CN112516949A - 具有产品分离功能的反应设备 - Google Patents

Abstract

具有产品分离功能的反应设备，包括分反罐，分反罐分为上圆台段、圆柱段和下圆台段，圆柱段侧壁上沿圆周交替设置多个切向进气的气体反应物进料管和切向进液的液体反应物进料管；上圆台段顶部设有低密度流体收集装置，通过低密度流体采集管收集反应的低密度流体产物；下圆台段底部设有用于收集含渣流体的沉渣收集装置、收集高密度流体的高密度流体收集装置和收集循环反应流体的循环反应流体收集装置；沉渣收集装置收集的含渣流体经沉淀后的上层流体经回流管进入循环反应流体收集装置，并随循环反应流体收集装置内的循环反应流体以切向方向被送入反应罐再次参与反应。本发明可边反应边分离，大大提高了化学反应速度，从而提高设备单位容积的产能。

Description

具有产品分离功能的反应设备

技术领域

本发明属于化工设备领域，具体涉及一种具有产品分离功能的反应设备。

背景技术

对于均相反应，目前用于生产化工产品的设备，有管式反应器、罐式、球形、塔形等多种。就加料、出料方式而言有连续式和间歇式两大类。就反应物的行进方式而言，有平行和逆向两类。所有反应器的产率，一方面要受化学平衡的制约，另一方面要得到产品，还必须对反应混合物进行或离心、或过滤、或蒸馏、或精馏等操作，这些操作势必会进一步降低产品产率。而单位时间的产能，还与反应物的浓度密切相关，越接近化学平衡反应速度越慢。平行或罐形反应器，反应速度会越来越低，以致于反应结束状态不得不大幅度偏离化学平衡。为此人们又设计了逆行反应器，但仍不能从根本上解决这个问题。

为克服现有化学反应设备的弊端，本申请拟提出一种新型化学反应器。

发明内容

本发明的目的是针对当前均相化学反应设备存在的弊端，提供一种可连续操作的、具有产品分离功能的反应设备。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：具有产品分离功能的反应设备，包括分反罐，分反罐的罐体自上而下分为上圆台段、圆柱段和下圆台段，在所述圆柱段侧壁上沿圆周交替设置若干个向罐体内切向进气的气体反应物进料管和切向进液的液体反应物进料管；所述上圆台段的顶部设有低密度流体收集装置，低密度流体收集装置通过低密度流体采集管和上圆台段的腔室连接，以收集反应的低密度流体产物；所述下圆台段的底部设有用于收集含渣流体的沉渣收集装置、收集高密度流体的高密度流体收集装置以及收集循环反应流体的循环反应流体收集装置；所述下圆台段的底部还设有管径依次增大的第一收集管、第二收集管和第三收集管；第三收集管上端和下圆台段的下端固定连接，第二收集管套设在第三收集管内，第二收集管上沿到第三收集管底面的距离大于第三收集管上相应位置处切向开口的大小，第二收集管从第三收集管底面露出的长度大于第二收集管上相应位置处切向开口的大小；第一收集管的管口和第二收集管底面的管口对接，且第一收集管底面封闭，第一收集管侧面设有切向开口；所述循环反应流体收集装置的进口和第一收集管的切向开口连接，出口和设置在分反罐圆柱段侧壁上的循环反应流体入口连接；所述高密度流体收集装置和第二收集管的切向开口连接，所述沉渣收集装置和第三收集管的切向开口连接；罐体内设有用以采集循环反应流体的循环反应流体采集装置，循环反应流体采集装置的循环反应流体采集管向下穿过第三收集管，并和第二收集管底面的管口连接，以连通第一收集管；所述循环反应流体采集管的外侧设有分离机构，分离机构和第二收集管上沿的喇叭口配合，以使高密度流体进入第二收集管、含渣流体进入第三收集管。

所述第二收集管由上下两段组成，其上段的顶部设有外扩的喇叭口，上段底部的外管壁设有与第三收集管底面管口螺接的外螺纹，其下段的顶部和第三收集管底面可拆卸连接，下段底面的管口设有连接所述循环反应流体采集管的内螺纹；所述第三收集管上部设有和所述下圆台段底端对接的喇叭口。

所述分离机构包括套装在循环反应流体采集管上的第一阻挡盘和第二阻挡盘，第一阻挡盘的边沿和第三收集管喇叭口的管壁之间留有第一采集缝，第二阻挡盘边沿和第二收集管上段的喇叭口内壁之间留有第二采集缝，第二收集管上段的喇叭口上沿和第三收集管的管壁之间留有第三采集缝，所述第一阻挡盘和循环反应流体采集管之间以及第二阻挡盘和循环反应流体采集管之间分别设有多个回流口；在罐体腔室内反应流体旋转的过程中，因离心力的作用，位于罐体腔室中心的密度较小的低密度流体被第一阻挡盘阻挡，而密度较大的流体则经第一采集缝进入第一阻挡盘和第二阻挡盘之间的高效分离腔，并被进一步分离成密度最大的含渣流体、密度居中的高密度流体以及低密度流体，高密度流体经第二采集缝进入第二收集管被高密度流体收集装置所收集，含渣流体经第三采集缝进入第三收集管，被沉渣收集装置所收集，低密度流体通过所述回流口返回继续参与反应。

需要说明的是，密度较大的流体进入高效分离腔被进一步分离后，得到的低密度流体的量远低于含渣流体和高密度流体。

所述沉渣收集装置所收集的含渣流体经沉淀后的上层流体通过回流管进入循环反应流体收集装置，循环反应流体收集装置的出口通过加压设备和设置在分反罐圆柱段上的循环反应流体入口连接，进入循环反应流体收集装置内的循环反应流体以切向方向被加压设备送入分反罐，为反应流体补充动能，并再次参与反应。

所述循环反应流体采集装置包括套在循环反应流体采集管上部的采集漏斗，采集漏斗的上沿固定连接下圆盘，采集漏斗的下端插入循环反应流体采集管内，所述下圆盘上贴合设置与之同轴心的上圆盘，上圆盘和下圆盘上分别设有以各自轴心为对称中心的条形通孔，且条形通孔的半径沿所在圆盘的径向逐渐增大，上圆盘上的条形通孔和下圆盘上的条形通孔以圆盘的轴向面互为镜像，上圆盘的条形通孔和下圆盘的条形通孔能够重合形成循环反应流体采集口；所述上圆盘和下圆盘与设置在分反罐顶部的循环反应流体采集调整装置连接，并在循环反应流体采集调整装置的带动下能够相对转动以及同步轴向移动，以调整所述循环反应流体采集口的空间位置。

所述的循环反应流体采集调整装置通过支架设置在所述低密度流体采集管的上方，循环反应流体采集调整装置还包括两根能够同步轴向移动、相对转动的内传动杆和外传动杆，以及轴向移动驱动机构和转动机构；所述内传动杆套设在外传动杆的杆腔内，且内传动杆的下端伸出并穿过上圆盘的中心孔后固定在下圆盘的中心，所述外传动杆的下端固定在上圆盘的上表面。

所述内传动杆上端具有伸出外传动杆的外螺纹段，外螺纹段和所述支架之间通过键连接，以使内传动杆只能轴向移动，外螺纹段还和第一蜗轮的中心孔螺纹连接，第一蜗轮转动设置在所述支架的顶部，与第一蜗轮配合连接的第一蜗杆水平设置在所述支架的顶部，第一蜗杆和轴向移动驱动机构连接；所述外传动杆外套装第二蜗轮，且第二蜗轮与导轨卡扣转动连接，与第二蜗轮配合连接的第二蜗杆水平设置在所述导轨卡扣上，第二蜗杆由所述转动机构驱动转动，所述导轨卡扣滑动安装在所述支架的竖向导轨上；所述内传动杆上外螺纹段下方的杆体上还设有定位销，定位销顶在所述导轨卡扣上表面的轴密封件上。

所述低密度流体采集管包括互相嵌套的内管和外管，内管和外管的管壁之间留有第二低密度流体采集缝，且外管管壁侧面沿切向开口并设置有连接管，以连接第二低密度流体收集装置，外管的下部连接在所述上圆台段的顶部开口处；所述内管中部和外管顶部固定连接，内管上部伸出外管，并在内管的管壁侧面沿切向开口并设置连接管，以连接第一低密度流体收集装置，内管上部的顶端和用以安装循环反应流体采集调整装置的支架连接；所述外管和内管的管壁下端以形成喇叭口的形式向下伸入所述上圆台段，且外管和内管的喇叭口均为内敛的喇叭口，内管的喇叭口下沿的位置低于外管的喇叭口下沿位置。

所述第一低密度流体收集装置、第二低密度流体收集装置以及高密度流体收集装置的结构相同，包括二分罐、产品含量测定仪和流量测控仪，二分罐罐体侧面设有入口管路，入口管路一端和相应的切向开口或连接管连接，另一端和二分罐上的切向入口连接，所述入口管路上还设有开关阀和单向阀；所述二分罐的顶部通过三通连接出口管路和所述产品含量测定仪，所述出口管路上还设有开关阀，所述流量测控仪通过三通安装在出口管路上，所述二分罐的底部还设有开关阀；在第一低密度流体收集装置或第二低密度流体收集装置的管路上还设有压力测控仪。

所述圆柱段的一侧还设有泄压管路和连接泄压管路的缓冲罐，缓冲罐的顶部和底部均通过管道连接外部容器。

本发明的基本原理可叙述如下。

设：流体进入分反罐的初流速为v₁，角速度为ω₁，分反罐中间圆柱段筒体的半径为R，流体采集口的半径为r，流体质点的质量为m，在采集口的内边沿的线速为v₂，角速度为ω₂。若暂不考虑摩擦阻力，或既考虑摩擦阻力同时又考虑当体系达到稳定的动态平衡后，流体输送动力产生的推动力与摩擦力的方向相反且大小相等，即流体质点所受的合外力为零，即则依据角动量守恒定律

L＝mR²ω₁＝mr²ω₂＝定值 ①

或L＝mv₁R＝mv₂r＝定值 ②

其中，L为流体质点的角动量。

由①、②得

ω₂/ω₁＝(R/r)² ③

v₂/v₁＝R/r ④

由向心力公式：F_高＝F_向＝ma＝mω²r＝mv²r/γ，可知流体质点在分反罐中间圆柱段内侧壁处的离心力：

流体质点在流体采集口的离心力：

于是，

对于本发明，由于R是r的几十～几百倍，甚至更高，因此，由③式可知ω₂是ω₁的几十或几百的平方倍，由④式可知，v₂是v₁的几十或几百倍，由⑤式可知，F_2离是F_1离的几十或几百的立方倍，本发明充分利用了“分反罐”对流体转速、线速和离心力的倍增作用。

可见，流体从进口到流体采集口，向心力(离心力)和向心加速度都大幅度提高到起初的(R/r)³倍。这样，对于给定的v₁、R，当r→无穷小时，则v₂、ω₂、F_2离、a₂→无穷大，其中以F_2离、a₂的变化速率最快。

可见，在流体输送动力产生的推动力与摩擦力的方向相反且大小相等，即流体质点所受的合外力为零时，本分反罐的状态可满足角动量守恒定律。设本发明的分反罐圆柱段的半径D＝2m，第1低密度气体采集口的半径d＝10cm，则D/d＝20，若循环流体的线速v₁＝50m/s，则在第1低密度气体采集口的边沿，流体的线速v₂＝1000m/s，由此产生的向心加速度就是重力加速度的204.1万倍(即重力的倍数)。而现行的最先进铀浓缩离心机，尽管转速可达78000r/min，内筒内径＝150mm(最大线速为612.6m/s)，其转筒内壁处产生的向心加速度最多也只是重力加速度的51.06万倍(即重力的倍数)。考虑到两物质的离心分离难易，只与“分子的质量差”成正比，而与两者的分子质量无关，而一般的化学反应，不是“大分子分解成小分子，就是小分子结合成大分子”，故反应物与产物大多都有较大的质量差，因而与分离²³⁵U和²³⁸U比要容易的多。当然针对一个具体化学反应，人们完全可以通过改变D/d和循环流体的线速v₁的值获得所需的分离能力。退一步说，还可以就某个难分离中间产品出口再串联若干个“分反罐”，以实现它们的彻底分离。

本发明的动能量平衡与物料平衡。分反罐排出的动能量可以用下式表示

其中，“低密1”、“低密2”、“高密1”、“含渣”分别为第1、第2低密度流体，高密度流体和密度最大的含渣高密度流体；“循环”为从循环流体采集口抽出的流体。⑨式等号右边的前4项的M值，可由投料总量按反应式的比例、反应特性、反应条件确定，其v值，在④式已经明确了

其中i＝低密1、低密2、高密1、含渣。所以有

其中，r_i为采集口或采集缝的半径，r_i1为其外半径，r_i2为其内半径，M_i为流体质量，R₀为分反罐柱体内壁半径，v₀为流体在分反罐内壁的线速度。把⑩式代入⑨式，就可得到的关系式：

式

的末项

不能使用⑩式处理，是因为m也是“r”的函数，而我们又不知道其函数关系。但由④式可知

则循环流体带出的动能为：

把式

代入式⑩可得

令分反罐排出的动能量E_排等于分反罐需要补充的动能量E_进，可得式

如下：

把循环流体采集口的最大半径r_循环1和最小半径r_循环2，分别代入

式，可以解得不同半径的循环流体采集口对应的循环流体的质量分别为m₁和m₂，显然，m₁＜m＜m₂。考虑到循环流体采集口的半径取值越小，循环流体从分反罐带出的能量越多，且循环流体采集口本身就是不规则形状，为此循环流体采集口的半径r_循环的取值，先近似地采用r_循环＝r_循环2+0.2×(r_循环1-r_循环2)，求出m值，再将m值代入

式右端，即可得分反罐需要补充的动能量E_进。

本发明的分反罐，其上部设置的低密度气体采集口和下部设置的采集缝对旋转的流体的阻力要比传统的旋流分离罐出口管小得多。本发明分反罐的高、低密度流体和循环反应流体，分别沿容器侧壁切向流出，也可以回收流体的部分动能并加以利用。

本发明与现有化工设备相比，其有益效果：

1、边反应边分离，可以大大地提高化学反应速度，从而提高设备单位容积的产能。

2、不需要另外配备原料与产品的分离设备，同时也避免了产品损失。

3、加热或冷却等附件的设置更方便且效果更佳。

4、不需要搅拌设备，也避免了搅拌装置的轴密封问题，有利于解决传统反应罐的“跑冒滴漏”，相对而言更为环保。

附图说明

图1为本发明的主结构示意图；

图2为俯视视角下，分反罐上的循环回路、进料管与罐体的连接示意图；

图3为分反罐和沉渣罐的连接示意图；

图4为图1中分反罐顶部A处放大图；

图5为图4中B处的放大图；

图6为图1中C处的放大图；

图7为图6中上圆盘和下圆盘的配合关系示意图；

图8为图1中D处的放大图；

图9为图1中E处的俯视放大图；

图10为本发明的控制柜；

图中标记：101、圆柱段，102、上圆台段，103、下圆台段，104、气体反应物进料管，105、液体反应物进料管，106、循环反应流体入口，107、泄压管，1071、泄压阀，1072、缓冲罐，1073、缓冲罐底开关；

201、外管，202、内管，203、第一低密度流体采集口，204、第二低密度流体采集口；

301、开关阀Ⅰ，302、单向阀Ⅰ，303、二分罐Ⅰ，304、视镜Ⅰ、305、罐底开关阀Ⅰ，306、第一低密度流体含量测定仪，307、流量测控仪Ⅰ；

401、开关阀Ⅱ，402、单向阀Ⅱ，403、二分罐Ⅱ，404、视镜Ⅱ，405、罐底开关阀Ⅱ，406、第二低密度流体含量测定仪，407、流量测控仪Ⅱ，408、压力测控仪；

501、传动杆，502、外传动杆，503、内传动杆，504、第一蜗轮，505、第一蜗杆，506、轴向移动驱动机构，507、止转键，508、支架，509、第二蜗轮，510、第二蜗杆，511、导轨卡扣，512、竖向导轨，513、旋转驱动机构，514、定位销，515、轴密封件；

601、上圆盘，602、下圆盘，603、采集漏斗，604、循环反应流体采集管，605、泄流口，606、条形通孔Ⅰ，607、条形通孔Ⅱ，608、埋头螺栓，609、循环反应流体采集口；

701、第一收集管，702、第二收集管，703、第三收集管，704、第一阻挡盘，705、第二阻挡盘，706、回流口，707、第一采集缝，708、高效分离腔，709、第二采集缝，710、第三采集缝，711、含渣流体切向出口，712、第一连接丝口，713、第二连接丝口，714、循环反应流体切向出口；

8、高密度流体收集装置，801、开关阀Ⅲ，802、单向阀Ⅲ，803、二分罐Ⅲ，804、视镜Ⅲ、805、高密度流体含量测定仪，806、流量测控仪Ⅲ，807、罐底开关阀Ⅲ；

9、沉渣收集装置，901、含渣流体出口开关阀，902、沉渣罐，903、含渣流体切向入口，904、反应流体采集管，905、沉渣罐视镜，906、罐体扣件，907、反应流体采集管扣件，908、沉渣罐切向出口，909、清污开关阀；

10、循环反应流体收集装置，1001、循环反应流体出口开关阀，1002、回流管，1003、回流开关阀，1004、单向阀Ⅳ，1005、取样阀，1006、反应温度测定仪，1007、循环反应流体流量测控仪，1008、分流头，1009、分流管开关阀，1010、循环风机；

1041、离心泵，1042、进气阀，1043、气体原料流量测控仪，1044、单向阀Ⅴ，1045、气体原料切向入口；

1051、液压泵，1052、进液阀，1053、液体原料流量测控仪，1054、单向阀Ⅵ；

11、控制柜，1101、电源线，1102、各仪器电源及信号线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图1所示，一种具有产品分离功能的反应设备，包括作为反应器的分反罐以及用于收集反应产物的第一低密度流体收集装置、第二低密度流体收集装置、高密度流体收集装置8，还包括沉渣收集装置9、循环反应流体收集装置10、缓冲罐1072和控制柜11。

所述分反罐的结构如图1所示，其罐体分为上中下的“一柱二台”结构，分别是上部的上圆台段102、中部的圆柱段101和下部的下圆台段103，三者通过扣件固定连接，内部的腔室为反应腔。

在中部的圆柱段101上，沿圆周方向依次交替设置向罐体内切向进气的气体反应物进料管104和液体反应物进料管105，以图9所示可以看出气体反应物进料管104的设置方式，同样的，液体反应物进料管105也采用同样的设置方式。

在所述气体反应物进料管104和液体反应物进料管105的上方罐体上还均布有循环反应流体入口106，循环反应流体收集装置10将收集到的循环反应流体经所述的循环反应流体入口106再次送入分反罐参与反应。

在所述气体反应物进料管104和液体反应物进料管105的下方还设有一根泄压管107，泄压管107通过泄压阀1071和分反罐一侧的缓冲罐1072连接，缓冲罐1072顶部和底部分别设有连接外设容器的排出管，以排出气体和液体，并且在缓冲罐1072底部设有缓冲罐底开关1073。

下面在图1的基础上结合图2对分反罐的进料方式加以说明。在图2中，在分反罐的圆柱段101上均布有4个进料管，分别是两个气体反应物进料管104和两个液体反应物进料管105，且气体反应物进料管104和液体反应物进料管105交替设置。所述气体反应物进料管104的进气端沿进料方向依次设置离心泵1041、进气阀1042、气体原料流量测控仪1043、进气阀1042和单向阀Ⅴ1044，所述气体原料流量测控仪1043通过三通安装在对应管路上。所述液体反应物进料管105的进液端沿进料方向依次设置液压泵1051、进液阀1052、液体原料流量测控仪1053进液阀1052和单向阀Ⅵ1054，所述液体原料流量测控仪1053通过三通安装在对应管路上。

图2中所示的还有四个循环反应流体入口106，并均安装有循环风机1010，循环反应流体收集装置10收集到的循环反应流体通过分流管开关阀1009被循环风机1010再次经循环反应流体入口106沿切向送入分反罐内。

分反罐内的反应流体在反应过程中，其中的不同产物因密度的不同，在反应流体旋转离心力作用下可以被分离并被相应的收集装置所收集，下面对相关的收集装置的结构和设置方式进行说明。

反应产物中的低密度流体，在分反罐轴心附近因高速旋转产生的强大离心力而与密度较大的流体在垂直方向上分层，而后又在重力作用下，低密度流体向上移动，密度较大的流体则向下移动。因此，低密度流体收集装置设置在分反罐的顶部，密度较大的流体对应的收集装置设置在分反罐底部。

结合图1和图4，低密度流体收集装置还可以分成第一低密度流体收集装置和第二低密度流体收集装置，第一低密度流体的密度小于第二低密度流体的密度。在分反罐的上圆台段102的顶部还设有与罐体腔室连通的低密度流体采集管，低密度流体采集管通过不同位置的开口分别和第一低密度流体收集装置以及第二低密度流体收集装置连接。

如图4所示，低密度流体采集管包括相互嵌套的外管201和内管202，外管201下端为伸入所述上圆台段102腔室的、口部内敛的喇叭口，在喇叭口的大直径端外侧焊接有环形的下连接环，该下连接环夹在法兰盘之间以固定在上圆台段102顶部；所述内管202的下端也设有伸入所述上圆台段102腔室的、口部内敛的喇叭口，且内管202的喇叭口下沿位置低于外管201的喇叭口下沿位置，所述内管202的外径和外管201的内径之间留有间隙；所述内管202向上伸出外管201，内管202的顶部用以安装一个支架，该支架的结构和作用在下文予以阐述，内管202中部还设有一个上连接环，上连接环夹在法兰盘之间以固定在外管201的顶部；上圆台段102腔室内两种不同密度的流体在离心力作用下，第一低密度流体通过第一低密度流体采集口203进入内管202后沿切向进入第一低密度流体收集装置收集，第二低密度流体则经第二低密度流体采集口204进入内管202和外管201之间的第二低密度流体采集缝，再沿切向进入第二低密度流体收集装置收集。

第一低密度流体收集装置和第二低密度流体收集装置的结构如图1的上部所示。第一低密度流体收集装置包括连接所述内管202上部的连接管路，连接管路一端和内管202侧面切向出口连接，另一端和二分罐Ⅰ303的切向入口连接，连接管路上沿流体流动方向依次设置开关阀Ⅰ301和单向阀Ⅰ302，单向阀Ⅰ302仅允许流体流向二分罐Ⅰ303，二分罐Ⅰ303顶部通过三通分别连接第一低密度流体含量测定仪306和流出管路，流出管路上通过三通连接流量测控仪Ⅰ307，流出管路的末端也设置有开关阀Ⅰ301。二分罐Ⅰ303的底部还设有罐底开关阀Ⅰ305，罐体上设有用于观察的视镜Ⅰ304。

第二低密度流体收集装置包括连接所述外管201的连接管路，连接管路一端和外管201侧面切向出口连接，另一端和二分罐Ⅱ403的切向入口连接，连接管路上沿流体流动方向依次设置开关阀Ⅱ401和单向阀Ⅱ402，单向阀Ⅱ402仅允许流体流向二分罐Ⅱ403，在连接管路上还设有一个压力测控仪408(见图4)；二分罐Ⅱ403顶部通过三通分别连接第二低密度流体含量测定仪406和流出管路，流出管路上通过三通连接流量测控仪Ⅱ407，流出管路的末端也设置有开关阀Ⅱ401。二分罐Ⅱ403的底部还设有罐底开关阀Ⅱ405，罐体上设有用于观察的视镜Ⅱ404。

反应产物中，密度较大的流体可以被进一步分离成高密度流体(需要分离的产品)、带有固体颗粒的含渣流体和少量的低密度流体，高密度流体和含渣流体由设置在下圆台段底部的收集装置分别进行收集。在收集时，高密度流体和含渣流体分别进入不同的收集管，不同的收集管对应连接相应的收集装置。该部分涉及的附图为图1、3、6、7、8，下面结合这些附图进行详细的说明。

如图8所示，所述的收集管包括管径依次增大的第一收集管701、第二收集管702和第三收集管703；第三收集管703上端和下圆台段103的下端固定连接，第二收集管702套设在第三收集管703内，第二收集管702上沿到第三收集管703底面的距离大于第三收集管703上相应位置处切向开口的大小，第二收集管702从第三收集管703底面露出的长度大于第二收集管702上相应位置处切向开口的大小；第一收集管701的管口和第二收集管702底面的管口对接，且第一收集管701底面封闭，第一收集管701侧面设有切向开口；所述循环反应流体收集装置和第一收集管701的切向开口连接，所述高密度流体收集装置8和第二收集管702的切向开口连接，所述沉渣收集装置9和第三收集管703的切向开口连接；罐体内设有用以采集循环反应流体的循环反应流体采集装置，循环反应流体采集装置的循环反应流体采集管604向下穿过第三收集管703，并和第二收集管702底面的管口连接，以连通第一收集管701；所述循环反应流体采集管604的外侧设有分离机构，分离机构和第二收集管702上沿的喇叭口配合，以使高密度流体进入第二收集管702、含渣流体进入第三收集管703。

进一步的，所述第二收集管702由上下两段组成，其上段的顶部设有外扩的喇叭口，上段底部的外管壁设有与第三收集管703底面管口螺接的第一连接丝口712，其下段的顶部和第三收集管703底面可拆卸连接，下段底面的管口设有连接循环反应流体采集管604的第二连接丝口713；所述第三收集管703上部设有和所述下圆台段103底端对接的喇叭口。

所述分离机构包括套装在循环反应流体采集管604上的第一阻挡盘704和第二阻挡盘705，在第一阻挡盘704和第二阻挡盘705之间为高效分离腔708；第一阻挡盘704的边沿和第三收集管703喇叭口的管壁之间留有第一采集缝707，第二阻挡盘705边沿和第二收集管702上段的喇叭口内壁之间留有第二采集缝709，第二收集管702上段的喇叭口上沿和第三收集管703的管壁之间留有第三采集缝710，所述第一阻挡盘704和循环反应流体采集管604之间以及第二阻挡盘705和循环反应流体采集管604之间分别设有多个回流口706；在罐体腔室内反应流体旋转的过程中，因离心力的作用，位于分反罐轴心的低密度流体被第一阻挡盘704阻挡，只有低密度流体外围、密度较大的流体以及少量的低密度流体经过第一采集缝进入高效分离腔708，且因高效分离腔708正好处于第三收集管703的变径位置，流体旋转半径变小、离心力变大，因此密度较大的流体被进一步分为密度最大的含渣流体、密度居中的高密度流体以及少量的低密度流体；分离出的少量的低密度流体可以通过回流口706向上回流重新参加反应，避免蓄积过多而混入需要收集的高密度流体内；分离出来的高密度流体再经过第二采集缝709进入第二收集管702后被高密度流体收集装置8所收集，含有固体颗粒的含渣流体的密度最大，经第三采集缝710进入第三收集管703，被沉渣收集装置9所收集。

所述高密度流体收集装置8的结构如图1所示，包括一根连接第二收集管702的连接管路，该连接管路一端和第二收集管702上的切向开口连接，另一端和二分罐Ⅲ上的切向进口连接，该连接管路上沿液流流向设置开关阀Ⅲ801、单向阀Ⅲ802，单向阀Ⅲ802仅允许高密度流体流向二分罐Ⅲ803；二分罐Ⅲ803的顶部通过三通连接高密度流体含量测定仪805和收集管路，收集管路上通过三通设有流量测控仪Ⅲ806，收集管路末端安装另一开关阀Ⅲ801；二分罐Ⅲ803的底部还设有罐底开关阀Ⅲ807，罐体上设有便于观察的视镜Ⅲ804。

所述沉渣收集装置9用于收集含有固体颗粒的反应流体，即含渣流体，其结构可参考图1、图3和图8。所述沉渣收集装置9包括连接第三收集管703的连接管路，该连接管路一端和第三收集管703侧面的切向开口连接，另一端和沉渣罐902罐体上的含渣流体切向入口903连接，连接管路上还设有两个沉渣流体出口开关阀901。所述的沉渣罐902顶部和中部的圆柱罐体通过罐体扣件906连接，罐体顶部中心孔插设一根反应流体采集管904，反应流体采集管904的外侧设有连接环，连接环和罐体顶部的法兰固定连接，反应流体采集管904伸入沉渣罐902的一端设有开口内敛的喇叭口，反应流体采集管904位于沉渣罐902外的一端依靠反应流体采集管扣件907和端盖连接密封，反应流体采集管904侧面设有沉渣罐切向出口908，并在沉渣罐切向出口908上安装出口管，出口管通过三通和所述循环反应流体收集装置10的回流管1002连接，并在回流管1002上安装回流开关阀1003，所述出口管的末端则安装备用的阀门。为了便于观察沉渣罐902内沉淀情况，在罐体上部还设有沉渣罐视镜903，在罐体底部设有清污开关阀909，以便排出罐内的沉淀。

含有固体颗粒的含渣流体经第三收集管703进入沉渣罐902，沉淀后的上清液可以沿反应流体采集管904进入回流管1002，并汇入循环反应流体收集装置10的循环反应流体中，被一道送入分反罐再次参与反应。

所述循环反应流体收集装置10的结构如图1所示，包括一根连接第一收集管的连接管路，该连接管路一端和第一收集管侧面的切向开口连接，另一端设有分流头，连接管路中间部分沿液流流向依次设置循环反应流体出口开关阀1001、回流管1002、单向阀Ⅳ1004、取样管、反应温度测定仪1006和循环反应流体流量测控仪1007，其中的回流管、取样管、反应温度测定仪1006和循环反应流体流量测控仪1007均通过三通和该连接管路连接，并在取样管上设置取样阀1005。所述的分流头1008具有四个分流管，每个分流管上设有分流管开关阀1009，分流管通过设置的循环风机1010和分反罐圆柱段101罐体上所设置的循环反应流体入口106连接，该部分的连接可参考图2。进入循环反应流体收集装置10的循环反应流体在循环风机的作用下沿切向被送入分反罐内，为分反罐的流体补充动能，并再次参与反应。

取样阀1005用于取样后分析反应流体的成分，以帮助确定循环反应流体采集装置中循环反应流体采集口609的最佳空间位置和孔径。

循环反应流体的收集需要通过设置在分反罐内的循环反应流体采集装置实现。循环反应流体采集装置的结构需要结合图4～7加以说明。

循环反应流体采集装置包括一根向下穿过第三收集管703的循环反应流体采集管604，循环反应流体采集管604底部和第二收集管702底面的管口连接，以连通第一收集管701；循环反应流体采集管604的上口套设在一个采集漏斗603的漏斗颈上，采集漏斗603的上沿通过埋头螺栓608固定连接下圆盘602，采集漏斗603的下端插入循环反应流体采集管604内，所述下圆盘602上贴合设置与之同轴心、且直径相等的上圆盘601，上圆盘601上设有两条以其轴心为对称中心的条形通孔Ⅰ606，下圆盘602上设有两条以其轴心为对称中心的条形通孔Ⅱ607，且每个条形通孔的半径沿所在圆盘的径向逐渐增大，上圆盘601上的条形通孔Ⅰ606的形状和下圆盘602上的条形通孔Ⅱ607的形状以圆盘的轴向面(即轴心所在的竖直面)互为镜像，如图7所示，7(a)为下圆盘602的俯视图，7(b)为上圆盘601的俯视图，将7(a)和7(b)叠加起来后得到7(c，0°)的状态示意图，此时所述条形通孔Ⅰ606和条形通孔Ⅱ607重合部分形成循环反应流体采集口609，当上圆盘相对于下圆盘旋转76°后，两圆盘上条形通孔的状态如图7(d，76°)所示，可以看出，循环反应流体采集口609的径向位置和大小有所变化，当上圆盘相对于下圆盘继续旋转至152°时，两圆盘上条形通孔的状态如图7(e，152°)所示，可以看出，循环反应流体采集口609的径向位置和大小进一步的变化，这样通过旋转上圆盘来调整两圆盘上条形通孔重合状态，就可以调整循环反应流体采集口609的径向位置，以满足不同反应的反应产物采集需要，而循环反应流体采集口609径向位置的改变又可以带来循环反应流体采集口609大小的改变。所述上圆盘601的旋转需要由分反罐顶部的循环反应流体采集调整装置进行控制。

进一步的，所述循环反应流体采集管604的上口为外扩的喇叭口，以降低采集漏斗603插入时的定位要求，并在该喇叭口的一侧开设一个泄流口605，循环反应流体采集管604内多余的液体可经泄流口605回流到分反罐的腔室。

进一步的，考虑到分反罐内不同高度位置的反应流体的成分不同，为了收集到最合适的循环流体，还需要对所述循环反应流体采集口609的位置进行轴向调整。轴向调整的幅度不能超出采集漏斗603漏斗颈和循环反应流体采集管604的套接长度，以免循环反应流体采集管604和采集漏斗603脱离。

参考图4～6所示，所述循环反应流体采集调整装置通过支架508设置在所述低密度流体采集管的上方，还包括两根能够同步轴向移动、且相对转动的内传动杆503和外传动杆502，以及轴向移动驱动机构和转动机构；所述内传动杆503套设在外传动杆502的杆腔内，且内传动杆503的下端伸出并穿过上圆盘601的中心孔固定在下圆盘602的中心，所述外传动杆502的下端固定在上圆盘601的上表面；所述外传动杆502和所述支架508底板的中心孔之间的缝隙由套设在外传动杆502上的轴密封件515进行动密封，该轴密封件515通过螺钉固定在所述支架508的底板上。

进一步的，所述内传动杆503上端具有伸出外传动杆502的外螺纹段，外螺纹段上设有键槽，以便能够和所述支架508之间通过止转键507连接，在内传动杆503轴向移动的过程中限制内传动杆503的转动，并通过键与键槽的配合为内传动杆503的轴向移动提供上部的导向。所述外螺纹段上还螺纹连接第一蜗轮504，形成丝杠丝母结构，第一蜗轮504转动设置在所述支架508的顶部，与第一蜗轮504配合连接的第一蜗杆505水平设置在所述支架508的顶部，第一蜗杆505和轴向移动驱动机构连接；所述外传动杆502外套装第二蜗轮509，且第二蜗轮509与导轨卡扣511转动连接，与第二蜗轮509配合连接的第二蜗杆510水平设置在所述导轨卡扣511上，第二蜗杆510由所述转动机构驱动，所述导轨卡扣511滑动安装在所述支架508的竖向导轨512上；所述内传动杆503上的外螺纹段下方的杆体上还设有定位销514，定位销514顶在所述导轨卡扣511上轴密封件515的上表面，该轴密封件515套装在所述内传动杆503上，并由螺钉固定在所述导轨卡扣511上，对内传动杆503和导轨卡扣511之间进行动密封。

所述转动机构和轴向移动驱动机构均可采用伺服电机，当伺服电机驱动第二蜗杆510旋转时，第二蜗杆510带动第二蜗轮509转动，进而带动外传动杆502旋转，使得上圆盘601相对于下圆盘602转动，实现对循环反应流体采集口609径向位置的调整；当另一伺服电机驱动第一蜗杆505旋转时，第一蜗杆505带动第一蜗轮504转动，第一蜗轮504通过外螺纹段的配合驱动内传动杆503上下轴向移动，向上移动时，下圆盘602推动上圆盘601以及外传动杆502同步上移，向下移动时，由定位销514推动导轨卡扣511带着外传动杆502下移，从而实现上下圆盘的高度位置的调整。这样就可实现对循环反应流体采集口609空间位置的调整。

对于需要冷却或加热的反应，本发明可以在分反罐外设置夹套进行加热或冷却，又可以在循环反应流体收集装置外设置加热器或冷却器，其效果优于传统反应器，但该种设置方式属于常规技术，因此不做过多说明。

本发明还通过控制柜11对反应设备中的各种设备加以控制，并获得相关信息，例如第一低密度气体含量测定仪、流量测控仪、压力测控仪、反应温度测定仪、循环风机、离心泵、液压泵等，这些也属于本领域的常规技术，因此也不做过多的说明。

下面以相应的实施方式进一步的说明本发明的使用方法。

实施例：反应原料为一种气体和一种液体

步骤1：开启气体反应物进料管104和液体反应物进料管105上的阀门，开启分流管开关阀1009、含渣流体出口开关阀901(近沉渣罐侧)和回流开关阀1003，关闭缓冲罐底开关1073以及各产品收集装置进口端的开关阀Ⅰ301、开关阀Ⅱ401、开关阀Ⅲ801，关闭循环反应流体出口开关阀1001和各个二分罐罐底的开关阀305、405、807，关闭沉渣罐902的清污开关阀909，关闭各产品收集装置出口端的开关阀Ⅰ301、开关阀Ⅱ401、开关阀Ⅲ801，然后打开控制柜11上的总电源开关。

步骤2：按下控制柜11上压力测控仪的设置按钮，设置分反罐的工作压力，再按一次按钮使其弹起，即进入测定压力状态；同样的方法对流量测控仪Ⅰ307、流量测控仪Ⅱ407、流量测控仪Ⅲ806、循环反应流体流量测控仪1007、气体原料流量测控仪1043、液体原料流量测控仪1053的流量以及反应温度测控仪1006的温度进行设置，然后再调整内传动杆503轴向移动距离和上圆盘601的转动角度，移动距离可设置为15cm，转动角度为76°。

步骤3：开启离心泵1041和液压泵1051，向分反罐供料，当分反罐内压力临近设定值后，先要开启循环反应流体出口开关阀1001，启动各个循环风机1010，使反应流体旋转起来，待分反罐压力达到设定值后，再开启各产品收集装置进口端的开关阀Ⅰ301、开关阀Ⅱ401、开关阀Ⅲ801，以及开启远离沉渣罐的含渣流体出口开关阀901，开启各产品收集装置出口端的开关阀。

步骤4：观察第一低密度流体含量测定仪306、第二低密度流体含量测定仪406、高密度流体含量测定仪805的读数，当高于要求时，可以加大相关流量设定值，低于要求时应减小相关的流量设定值，同时要调整反应物的流量，直到所有产品均符合规定要求，即可收集各种产品，并将之前收集到的不纯的产品加入到气体原料或液体原料中，重新参与反应。

步骤5：在上述操作中，若任一步出现误操作或出现反应异常引起泄压阀1071开启，则应立即关闭控制柜11的总电源，认真查出原因，回收溢出液体或气体，纠正后再试机。

步骤6：原料常常会带入少量惰性固体颗粒，反应本身也可能生成少量不溶物，由于分反罐中反应流体不停旋转，而固体颗粒的密度一般都比流体颗粒密度大，所以这些固体颗粒必定沿分反罐内壁边旋转、边下沉，并且旋转速度越来越高，强力摩擦器壁。也就是说它们最后只能被集中到沉渣罐902罐底，因此当通过沉渣罐902的视镜观察到固体界面时，在不停产的情况下，关闭含渣流体出口开关阀901(近沉渣罐侧)和回流开关阀1003，开启沉渣罐902上的罐体扣件906和反应流体采集管扣件907，打开沉渣罐902清除其中的沉淀物后，复原设备即可。

步骤7：停止生产时，先关闭离心泵、液压泵的电源而后关闭进料侧的进气阀和进液阀，接着关闭各产品收集装置入口端的开关阀Ⅰ301、开关阀Ⅱ401、开关阀Ⅲ801，再关闭各产品收集装置出口端的开关阀Ⅰ301、开关阀Ⅱ401、开关阀Ⅲ801，接着关闭控制柜总电源，最后关闭循环反应流体出口开关阀1001和远离沉渣罐的含渣流体出口开关阀901。

停止生产后，如继续生产，在重新开机后，原则上应重复上述1～4步。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.具有产品分离功能的反应设备，包括分反罐，分反罐的罐体自上而下分为上圆台段、圆柱段和下圆台段，其特征在于：在所述圆柱段侧壁上沿圆周交替设置若干个向罐体内切向进气的气体反应物进料管和切向进液的液体反应物进料管；所述上圆台段的顶部设有低密度流体收集装置，低密度流体收集装置通过低密度流体采集管和上圆台段的腔室连接，以收集反应的低密度流体产物；所述下圆台段的底部设有用于收集含渣流体的沉渣收集装置、收集高密度流体的高密度流体收集装置以及收集循环反应流体的循环反应流体收集装置；所述下圆台段的底部还设有管径依次增大的第一收集管、第二收集管和第三收集管；第三收集管上端和下圆台段的下端固定连接，第二收集管套设在第三收集管内，第二收集管上沿到第三收集管底面的距离大于第三收集管上相应位置处切向开口的大小，第二收集管从第三收集管底面露出的长度大于第二收集管上相应位置处切向开口的大小；第一收集管的管口和第二收集管底面的管口对接，且第一收集管底面封闭，第一收集管侧面设有切向开口；所述循环反应流体收集装置的进口和第一收集管的切向开口连接，出口和设置在分反罐圆柱段侧壁上的循环反应流体入口连接；所述高密度流体收集装置和第二收集管的切向开口连接，所述沉渣收集装置和第三收集管的切向开口连接；罐体内设有用以采集循环反应流体的循环反应流体采集装置，循环反应流体采集装置的循环反应流体采集管向下穿过第三收集管，并和第二收集管底面的管口连接，以连通第一收集管；所述循环反应流体采集管的外侧设有分离机构，分离机构和第二收集管上沿的喇叭口配合，以使高密度流体进入第二收集管、含渣流体进入第三收集管。

2.根据权利要求1所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述第二收集管由上下两段组成，其上段的顶部设有外扩的喇叭口，上段底部的外管壁设有与第三收集管底面管口螺接的外螺纹，其下段的顶部和第三收集管底面可拆卸连接，下段底面的管口设有连接所述循环反应流体采集管的内螺纹；所述第三收集管上部设有和所述下圆台段底端对接的喇叭口。

3.根据权利要求2所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述分离机构包括套装在循环反应流体采集管上的第一阻挡盘和第二阻挡盘，第一阻挡盘的边沿和第三收集管喇叭口的管壁之间留有第一采集缝，第二阻挡盘边沿和第二收集管上段的喇叭口内壁之间留有第二采集缝，第二收集管上段的喇叭口上沿和第三收集管的管壁之间留有第三采集缝，所述第一阻挡盘和循环反应流体采集管之间以及第二阻挡盘和循环反应流体采集管之间分别设有多个回流口；在罐体腔室内反应流体旋转的过程中，因离心力的作用，位于罐体腔室中心的低密度流体被第一阻挡盘阻挡，密度较大的流体经第一采集缝进入第一阻挡盘和第二阻挡盘之间的高效分离腔，并被进一步分离成密度最大的含渣流体、密度居中的高密度流体以及低密度流体，高密度流体经第二采集缝进入第二收集管被高密度流体收集装置所收集，含渣流体经第三采集缝进入第三收集管，被沉渣收集装置所收集，低密度流体通过所述回流口返回继续参与反应。

4.根据权利要求1所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述沉渣收集装置所收集的含渣流体经沉淀后的上层流体通过回流管进入循环反应流体收集装置，循环反应流体收集装置的出口通过加压设备和设置在分反罐圆柱段上的循环反应流体入口连接，进入循环反应流体收集装置内的循环反应流体以切向方向被加压设备送入分反罐，为反应流体补充动能，并再次参与反应。

5.根据权利要求1所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述循环反应流体采集装置包括套在循环反应流体采集管上部的采集漏斗，采集漏斗的上沿固定连接下圆盘，采集漏斗的下端插入循环反应流体采集管内，所述下圆盘上贴合设置与之同轴心的上圆盘，上圆盘和下圆盘上分别设有以各自轴心为对称中心的条形通孔，且条形通孔的半径沿所在圆盘的径向逐渐增大，上圆盘上的条形通孔和下圆盘上的条形通孔以圆盘的轴向面互为镜像，上圆盘的条形通孔和下圆盘的条形通孔能够重合形成循环反应流体采集口；所述上圆盘和下圆盘与设置在分反罐顶部的循环反应流体采集调整装置连接，并在循环反应流体采集调整装置的带动下能够相对转动以及同步轴向移动，以调整所述循环反应流体采集口的空间位置。

6.根据权利要求5所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述的循环反应流体采集调整装置通过支架设置在所述低密度流体采集管的上方，循环反应流体采集调整装置还包括两根能够同步轴向移动、相对转动的内传动杆和外传动杆，以及轴向移动驱动机构和转动机构；所述内传动杆套设在外传动杆的杆腔内，且内传动杆的下端伸出并穿过上圆盘的中心孔后固定在下圆盘的中心，所述外传动杆的下端固定在上圆盘的上表面。

7.根据权利要求6所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述内传动杆上端具有伸出外传动杆的外螺纹段，外螺纹段和所述支架之间通过键连接，以使内传动杆只能轴向移动，外螺纹段还和第一蜗轮的中心孔螺纹连接，第一蜗轮转动设置在所述支架的顶部，与第一蜗轮配合连接的第一蜗杆水平设置在所述支架的顶部，第一蜗杆和轴向移动驱动机构连接；所述外传动杆外套装第二蜗轮，且第二蜗轮与导轨卡扣转动连接，与第二蜗轮配合连接的第二蜗杆水平设置在所述导轨卡扣上，第二蜗杆由所述转动机构驱动转动，所述导轨卡扣滑动安装在所述支架的竖向导轨上；所述内传动杆上外螺纹段下方的杆体还设有定位销，定位销顶在所述导轨卡扣上表面的轴密封件上。

8.根据权利要求1所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述低密度流体采集管包括互相嵌套的内管和外管，内管和外管的管壁之间留有第二低密度流体采集缝，且外管管壁侧面沿切向开口并设置有连接管，以连接第二低密度流体收集装置，外管的下部连接在所述上圆台段的顶部开口处；所述内管中部和外管顶部固定连接，内管上部伸出外管，并在内管的管壁侧面沿切向开口并设置连接管，以连接第一低密度流体收集装置，内管上部的顶端和用以安装循环反应流体采集调整装置的支架连接；所述外管和内管的管壁下端以形成喇叭口的形式向下伸入所述上圆台段，且外管和内管的喇叭口均为内敛的喇叭口，内管的喇叭口下沿的位置低于外管的喇叭口下沿位置。

9.根据权利要求8所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述第一低密度流体收集装置、第二低密度流体收集装置以及高密度流体收集装置的结构相同，包括二分罐、产品含量测定仪和流量测控仪，二分罐罐体侧面设有入口管路，入口管路一端和相应的切向开口或连接管连接，另一端和二分罐上的切向入口连接，所述入口管路上还设有开关阀和单向阀；所述二分罐的顶部通过三通连接出口管路和所述产品含量测定仪，所述出口管路上还设有开关阀，所述流量测控仪通过三通安装在出口管路上，所述二分罐的底部还设有开关阀；在第一低密度流体收集装置或第二低密度流体收集装置的管路上还设有压力测控仪。

10.根据权利要求1~9任一项所述的具有产品分离功能的反应设备，其特征在于：所述圆柱段的一侧还设有泄压管路和连接泄压管路的缓冲罐，缓冲罐的顶部和底部均通过管道连接外部容器。

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