CN114177875A - 一种喷射环流反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷射环流反应器及其应用，所述喷射环流反应器具有专门设计的结构，提供了改善的混合效率和界面传质。本发明还提供了使用所述喷射环流反应器进行气相‑液相反应的方法。

Description

一种喷射环流反应器及其应用

技术领域

本发明属于化工设备装置领域，具体涉及一种气-液相反应器，特别是喷射环流反应器，该反应器包括具有瓣状轮廓的导流筒以及/或者具有三重结构的喷嘴。其能够有效提高气-液相反应的传质效率、原料转化率和目标产物选择性，能够减少设备投资，具有较高的经济效益。

背景技术

许多有机合成反应需要在同时存在气相物料、液相物料和任选的固相物料的条件下进行。例如烯烃氢甲酰化反应就是一种重要的有机合成反应，在现代工业中有着举足轻重的地位，在该反应中，在诸如钴、铑或钌元素配合物催化剂的作用下，烯烃与一氧化碳和氢气发生反应生成醛或醇，该醛、醇或其衍生物被大量用作增塑剂、织物添加剂、表面活性剂、溶剂和香料等工业原料，该反应的工艺是目前生产规模最大的均相催化反应工程。

工业上氢甲酰化生产醛或醇的过程在需要在有机溶剂中进行，在一个常规的氢甲醛化反应中，在一定的温度和压力条件下，将原料烯烃和合成气H₂/CO引入反应器中，使其与溶剂和催化剂的混合溶液接触，在液相内发生反应生成醛或醇。氢甲酰化的反应体系中的浓度和温度不均会对反应转化率、产物的时空产率、产物的正异比等结果造成显著影响，因此人们对气液两相具有极佳的气-液两相混合效果提出了极高的要求。

传统氢甲酰化工艺中大多采用搅拌釜来强化气液间的混合和传质。然而，搅拌器设计复杂且昂贵，并且极难达成所需性能标准。具体来说，由于单一大型的搅拌器搭配大型反应釜的设计容易产生大量流动死区，非常不利于混合和传质，所以工业上常采用多个较小的搅拌釜来代替单一的大型搅拌釜，这样一来进一步导致搅拌釜的投资进一步抬升。另外，由于搅拌器必须穿过加压反应器壁面，对密封带来了很大的挑战，同时受到搅拌轴转动的影响，对反应器壁和搅拌桨提出了很高的应力要求，同时搅拌桨作为动力机械，不可避免有着检修维护成本高，能量转化效率低等问题。

为了消除机械搅拌式反应釜的上述缺陷，现有技术也报道过采用鼓泡塔作为替代进行氢甲酰化反应。在此类鼓泡塔反应器中，反应气体从反应器底部鼓入，利用气体分布器促进反应气体在液相中的分散以增加传质面积，气泡在液相中上升，从而达到气液两相混合的目的。尽管鼓泡塔在一定程度上缓解了搅拌浆本身带来的设备制造和维护的相关问题，但是鼓泡塔产生的气泡随着反应的进行在反应器内部不均匀分布，造成浓度和温度的不均匀，仍然会严重影响反应的转化率和产物的选择性。

曾经有报道指出在反应器的筒体中使用导流筒可以一定程度改善环流和传质效果，还有报道认为在横截面为圆形的反应器内设置横截面为方形的导流筒可以得到最优化的环流和传质效果，但是这些设置方式仍然无法完全满足工艺过程的苛刻要求。

因此，迄今为止，本领域仍然迫切需要研发一种新型的反应器，该反应器需要通过对现有反应设备进行简单而廉价的改进，很高效地实现传质效果的显著改善，以实现反应效率的提高。

针对以上问题，申请人提出了一种用于进行气-液相反应的喷射环流反应器，通过对其中一个或多个组成部件进行重新设计，实现了气液混合效果的显著提高和停留时间的惊人改善，进而显著提高了气-液相反应的转化率、反应速率和产物的时空产率。基于上述研究成果，实现了本发明的技术目的。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种喷射环流反应器，所述反应器包括筒体，位于该筒体顶部的出气口和至少一个流体导入管，位于该筒体内部的喷嘴、导流筒和挡板，以及位于该筒体底部的出液口，其特征在于，所述导流筒的上部和下部均开放，所述导流筒与所述筒体共中心，所述喷嘴从上至下延伸入所述导流筒内，所述导流筒的横截面形状是中心对称的、该横截面的周边轮廓由三至三十个选自半圆形、半椭圆形、三角形、圆角三角形、梯形、圆角梯形、和瓣形的形状组成。

根据本发明的一个实施方式，所述导流筒的横截面形状由以下式I的函数确定：

f(x)＝A+(B+cSin(ax))^k1+(C+dCos(bx))^k2 式I

其中-100≤A≤100，-100≤B≤100，-100≤C≤100，-10≤a≤10,-10≤b≤10,-10≤c≤10,-10≤d≤10,0≤k1≤10,0≤k2≤10。根据本发明的另一个实施方式，式I所示函数的参数取值选自以下的一种或多种：a＝1.5,b＝1.5,c＝0,d＝3,A＝0,B＝0,C＝0,k1＝1,k2＝1；a＝2.5,b＝0,c＝2.5,d＝0,A＝15,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1；a＝10,b＝0,c＝0.1,d＝0,A＝1,B＝0,C＝0,k1＝1,k2＝1；a＝3,b＝3,

d＝1,A＝3,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1；a＝4,b＝4,

d＝-0.5,A＝1,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1。

根据本发明的另一个实施方式，所述筒体的内径或等效内径与筒体的高度之比为1:2至1:5。根据本发明的另一个实施方式，所述流体导入管的横截面直径与筒体直径之比为1:50至1:5。根据本发明的另一个实施方式，所述导流筒的直径与筒体直径的比值为(0.2-0.6):1。根据本发明的另一个实施方式，所述导流筒的长度与筒体直径的比值为(2.2-4.5):1。根据本发明的另一个实施方式，所述导流筒上端与反应器顶部之间的垂直距离与筒体直径的比值为(0.2-0.9):1。根据本发明的另一个实施方式，所述挡板设置在导流筒下端开口与出液口之间，挡板出液口之间的垂直距离与筒体直径的比值为(0.1-1):1。根据本发明的另一个实施方式，所述导流筒下端位于挡板上方，导流筒下端与挡板之间的垂直距离与筒体直径的比值为(0.1-1):1。

本发明的第二个方面提供了一种喷射环流反应器，所述反应器包括筒体，位于该筒体顶部的流体导入管和出气口，位于该筒体内部的喷嘴、导流筒和挡板，以及位于该筒体底部的出液口，其特征在于，所述导流筒的上部和下部均开放，所述导流筒与所述筒体共中心，所述喷嘴从上至下延伸入所述导流筒内，所述喷嘴从上到下包括吸气室、混合段和扩散段，所述吸气室包括外管和内管，第一流体导入管与内管流体连通，第二流体导入管与外管流体连通，所述内管的下开口位于所述外管围出的空间内；扩散段的内径从上至下逐渐增大。根据本发明的一个实施方式，所述混合段内具有螺旋引流结构以及任选的挡流板或扰流板。

根据本发明的另一个实施方式，所述第二流体导入管的内径与所述第一流体导入管的内径之比为1:5至5:1。根据本发明的另一个实施方式，所述外管的内径与内管的内径之比为10:1至4:3。根据本发明的另一个实施方式，所述外管的垂直高度与内管的垂直高度之比为100:95至100:65。根据本发明的另一个实施方式，所述内管包括上部的均匀管部和下部的收缩管部，均匀管部的垂直高度与收缩管部的垂直高度之比为3:1至1:3，均匀管部的内径与收缩管部下口内径之比为10:1至2:1。根据本发明的另一个实施方式，所述吸气室的垂直高度:混合段的垂直高度:扩散段的垂直高度的比例为(1-5):1:(2-10)。根据本发明的另一个实施方式，所述内管的收缩管部下口内径与混合段内径的比例为(0.2-0.6):1。根据本发明的另一个实施方式，所述扩散段下口内径与混合段内径的比例为(2.5-1.5):1。

本发明的第三个方面提供了一种使用本发明的喷射环流反应器进行气-液相反应的方法，该方法包括以下步骤：

将气相原料和液相原料经由筒体顶部的至少一个流体导入管引入，经由喷嘴喷射入导流筒内部，

所述气相原料和液相原料在所述导流筒内下降，在导流筒下口和挡板之间至少部分地折回，在筒体内表面和导流筒外表面之间上升至导流筒上口处，再至少部分地从导流筒上口处进入导流筒内并下降，由此构成反应器内的流动循环，

在上述流动循环的过程中发生反应，并生成液相产物、液相副产物、气相原料和气相副产物中的至少一种，

任选地，将液相产物和/或液相副产物至少部分地从出液口引出，

任选地，将气相产物和/或气相副产物至少部分地从出气口引出。

根据本发明的一个实施方式，所述导流筒的横截面形状是中心对称的、该横截面的周边轮廓由三至三十个选自半圆形、半椭圆形、三角形、圆角三角形、梯形、圆角梯形、和瓣形的形状组成，所述导流筒的形状抑制流动循环中的涡流耗散，提高流动循环的方向有序性。

根据本发明的另一个实施方式，所述喷嘴从上到下包括吸气室、混合段和扩散段，所述吸气室包括顶部的第一流体导入管、侧部的第二流体导入管、外管和内管，第一流体导入管与内管流体连通，第二流体导入管与外管流体连通，所述内管的下开口位于所述外管围出的空间内；混合段的内表面具有螺旋引流结构；扩散段的内径从上至下逐渐增大，将第一原料流和第二原料流分别从筒体顶部的独立的流体导入管引入，所述第一原料流和第二原料流分别包含所述气相原料和液相原料中的至少一种，随后第一原料流经由第一流体导入管引入内管中，经过内管的均匀管部和收缩管部之后进入外管围出的空间内，第二原料流经由第二流体导入管进入外管围出的空间内，与第一原料流混合，在此混合过程中发生自发的起泡、搅拌和加速，然后双原料流混合物进入混合段，在混合段内表面的螺旋引流结构的作用下产生螺旋流动，然后双原料流混合物进入扩散段，在其中进一步发生减速、扩散、去湍流中的至少一种，然后双原料流混合物喷射入导流筒内部。

根据本发明的一个实施方式，混合段内还设置有挡流板或扰流板，用来对混合段内的螺旋流动和混合产生进一步的显著的优化效果，产生湍流强化作用。

根据本发明的另一个实施方式，所述气-液相反应是氢甲酰化反应，由一氧化碳、氢气与烯烃在存在溶剂和催化剂的条件下与烯烃反应生成比所述烯烃多一个碳原子的醛，

所述烯烃是C₂-C₁₈烯烃；

所述溶剂选自以下的至少一种：直链或支链的C₁-C₃₀烷烃、C₆-C₃₀芳烃、C₆-C₃₀杂芳烃、C₁-C₂₂醇、C₃-C₁₆酮、C₂-C₁₆醚、C₂-C₁₆酯、亚砜、取代或未取代的酚、C₂-C₁₀腈、醛；

所述催化剂选自以下的至少一种：铑基配合物催化剂、钴基配合物催化剂和钌基配合物催化剂。

根据本发明的另一个实施方式，所述烯烃选自以下的至少一种：1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、戊烯、C₆-C₁₈烯；

所述溶剂选自以下的至少一种：戊烷、石脑油、煤油、环己烷、甲苯、二甲苯、苯乙酮、苄腈、聚丁醛；

所述催化剂选自以下的至少一种：羰基铑配合物催化剂，羰基钌配合物催化剂，羰基钴配合物催化剂，以及含铑化合物、含钴化合物或含钌化合物与膦发生配合反应形成的铑-膦配合物催化剂、钴-膦配合物催化剂或钌-膦配合物催化剂；所述含铑化合物选自以下的至少一种：乙酰丙酮二羰基铑、乙酰丙酮三苯基膦羰基铑、三(三苯基膦)羰基氢铑、二(三苯基膦)氯化铑、二氯四羰基二铑、三氧化二铑、十二羰基四铑、十六羰基六铑、硝酸铑或醋酸铑；所述钌化合物选自以下的至少一种：乙酰丙酮二羰基钌、乙酰丙酮三苯基膦羰基钌、三(三苯基膦)羰基氢钌、二(三苯基膦)氯化钌、二氯四羰基二钌、三氧化二钌、十二羰基四钌、十六羰基六钌、硝酸钌或醋酸钌；所述钴化合物选自以下的至少一种：乙酰丙酮二羰基钴、乙酰丙酮三苯基膦羰基钴、三(三苯基膦)羰基氢钴、二(三苯基膦)氯化钴、二氯四羰基二钴、三氧化二钴、十二羰基四钴、十六羰基六钴、氯化钴、硝酸钴或醋酸钴；所述膦选自以下的至少一种：三烷基膦、三芳基膦、烷基二芳基膦、二烷基芳基膦、二环烷基芳基膦、环烷基二芳基膦、三芳烷基膦、三环烷基膦、烷基和/或芳基二膦、环烷基和/或芳基二膦、单有机亚磷酸盐、三有机亚磷酸盐和有机磷酸酯。

根据本发明的另一个实施方式，所述气-液相反应选自：氢甲酰化反应、费托合成反应、氢化反应、氧化反应、氯化反应、磺化反应、烷基化反应、羰基化反应、酯化反应、酯交换反应、催化异构化反应、以及废气的化学吸收。

在下文的具体实施方式部分中，结合附图对本申请开发的喷射环流气-液相反应器的结构设计以及采用该反应器进行的反应方法进行描述。

附图说明

附图中显示了本发明以及现有技术的一些设计形式。

图1显示了根据本发明一个实施方式的喷射环流反应器；

图2显示了图1所示喷射环流反应器实施方式的示意图，其中显示了反应器中物料的循环流动；

图3显示了根据本发明另一个实施方式的喷射环流反应器；

图4A显示根据本发明一个实施方式的喷嘴的示意图；

图4B显示根据本发明一个实施方式喷嘴的混合段的透视图，显示了混合段内设置的螺旋结构和挡板结构；

图4C显示图4B所示喷嘴的混合段的纵截面图，显示了混合段内设置的螺旋结构和挡板结构；

图5A-5B分别显示了作为对照的喷嘴设计方式；

图6A-6F分别显示根据本发明一些实施方式的导流筒横截面形状；

图7显示了根据本发明一些实施例和比较例的停留时间分布图。

在这些附图中，各附图标记所对应的部件名称如下：

1-出气口；2-筒体；3-出液口；5-喷嘴；5-3-第一流体导入管；5-1-第二流体导入管；5-2-扩散段；5-4-吸气室；5-5-混合段；6-导流筒；7-挡板

具体实施方式

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

如果没有特别指出，本说明书所用的术语“两种”指“至少两种”。

在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，但是优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。

在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他组分，也可以仅包括列出的组分。

在本发明中，当描述特定部件或物体相对于其他部件或物体的空间关系时，所采用的术语“之内”、“之外”、“之上”、“之下”等等，表示前者位于后者的内部、外部、上方或下方，二者可以直接接触，也可以相隔一定的距离或者由第三个部件或物体所间隔。

在此需要强调的是，在附图中显示以及在下文所述的仅仅是本发明的一些具体实施方式，本发明的保护范围不仅限于这些具体实施方式。本发明的保护范围由本发明的权利要求所限定，可能包括权利要求书范围内的任意技术方案，包括但不限于对这些具体实施方式的进一步改进和替代。

在下文中主要基于氢甲酰化反应对本发明一些优选的反应器和方法进行了描述和保证，但是此处需要强调的是，本发明反应器的用途和方法所涉及的反应不仅限于氢甲酰化反应，还可以用于可在气-液相体系中实施的任意其他的工艺，并且同样使得这些其他的工艺获得由于传质和传热带来的技术改善和收益，所述其他的工艺的例子包括化学反应，例如氢化反应、氧化反应、氯化反应、磺化反应、烷基化反应、羰基化反应、酯化反应、酯交换反应、催化异构化反应、以及废气的化学吸收等。另外，适合采用本发明的反应器和方法的气-液相反应中也有可能包含少量或痕量的固体组分，只要该固体组分能够在本发明反应器的筒体内或管道内流畅地流动，而不会导致局部沉积、积垢、堵塞、过热等问题即可。

在本发明中，除非有专门的限定，术语“反应器”、“气液相反应器”、“喷射环流反应器”和“喷射环流气液相反应器”可互换使用。

图1显示了根据本发明一个实施方式的喷射环流反应器的示意图，其包括作为外壳的筒体2，设置在该筒体2顶部的出气口1和设置在该筒体2底部的出液口3。所述筒体2用来封闭围绕出用于进行反应的内部空间，例如可以是一个不锈钢筒体(外壳)。出气口1用来在反应过程中或者反应结束之后，以连续、半连续或间歇的方式将反应器内的气态物料从反应器排出。所述气态物料可以包括以下的一种或多种：气态反应产物、气态副产物、溶剂蒸气、未反应的气态原料等，从出气口排出的气态物质可以根据需要进行收集、储存、纯化、衍生化、进一步反应、进一步分馏、输送去废气处理或者直接排放。在一些情况下，气-液相反应并不会生成任何气态产物或副产物，此时出气口1主要用于排出反应器内液面上方的部分气态物料以维持反应器内的正常压力。出液口3用来在反应过程中或者反应结束之后，以连续、半连续或间歇的方式将反应器内的液态物料从反应器排出。所述液态物料可以包括以下的一种或多种：液态反应产物、液态副产物、溶剂、未反应的液态原料等，从出液口排出的液态物质可以根据需要进行收集、储存、纯化、衍生化、进一步反应、进一步分馏、输送去废气处理或者直接排放。在一些情况下，气-液相反应并不会生成任何液态产物或副产物，此时出液口3主要用于将反应器内的液面高度维持在正常水平。根据本发明的一个实施方式，在反应器内进行反应的过程中或者在反应停止的情况下，经由所述出气口和出液口中的至少一个、以及/或者经由反应器上设置的其他出料口(例如设置在反应器侧壁上的出料口)将反应器内的气态物料和液态物料中的一种或两种至少部分地引出，在外界经过任选的处理(例如热交换、加热、冷却、pH调节、过滤、浓缩、稀释、氧化、还原、萃取、蒸馏、分馏、沉淀、吸附、纯化、加压、减压等)之后，再根据需要将气态物料和液态物料中的一种或两种至少部分地循环回到所述反应器中，例如通过喷嘴5循环回到反应器中，或者通过设置在反应器顶部、侧壁或底部的任意其他入口或喷嘴循环回到反应器中。

在筒体2上部还具有至少一个流体导入管5-3，该流体导入管5-3用来将一种或多种液相原料和一种或多种气相原料引入喷嘴5中。根据本发明的一个实施方式，仅包括一个流体导入管5-3，包括液相原料和气相原料在内的所有原料混合之后通过该单独的流体导入管5-3引入喷嘴5中。根据本发明的优选实施方式，包括2-10个流体导入管，例如包括两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个流体导入管，可以根据需要将一种或多种液相原料和一种或多种气相原料分别从不同的流体导入管引入，输送到喷嘴内。

根据本发明的一个特别优选的实施方式，反应器包括两个流体导入管，例如第一流体导入管5-3和第二流体导入管5-1，通过这两个流体导入管分别将第一原料流和第二原料流各自独立地引入喷嘴中，所述第一原料流和第二原料流各自包含气相原料和液相原料中的至少一种。例如，所述第一原料流可以包含一种气相原料、两种或更多种气相原料的混合物、一种液相原料、两种或更多种液相原料的混合物、或者一种或多种气相原料与一种或多种液相原料的混合物；所述第二原料流可以包含一种气相原料、两种或更多种气相原料的混合物、一种液相原料、两种或更多种液相原料的混合物、或者一种或多种气相原料与一种或多种液相原料的混合物。根据本发明的一个优选的实施方式，所述第一原料流包含反应中所需的所有液相原料(此处的液相原料包括液相反应物、液相稀释剂、液相助剂、液相添加剂等)，所述第二原料流包含反应中所需的所有气相原料(此处的气相原料包括气相反应物、气相稀释剂、气相助剂、气相添加剂等)。

参见本发明的图1，在所述筒体2内部，从上至下包括喷嘴5、导流筒6和挡板7，导流筒6具有由侧壁包围的封闭侧部以及开放的上口和下口，所述喷嘴延伸入导流筒6之内，喷嘴5开口的垂直高度低于导流筒6上口的垂直高度。挡板7介于导流筒6下口和筒体2底部之间，优选正对着导流筒6的下口。根据本发明的优选实施方式，反应器中各个部件的尺寸满足以下关系中的至少一种，优选同时满足以下所有的关系：所述筒体的内径D或等效内径与筒体的高度H之比为1:2至1:5，例如为以下比例中的一种：1:2.2、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:3.0、1:3.2、1:3.4、1:3.5、1:3.8、1:4.0、1:4.2、1:4.5、1:4.8、1:5.0；所述流体导入管的横截面直径D_N与筒体直径D之比为1:50至1:5，例如为以下比例中的一种：1:48、1:45、1:42、1:40、1:38、1:35、1:32、1:30、1:28、1:25、1:22、1:20、1:18、1:15、1:12、1:10、1:8、1:5；所述导流筒的直径D_DT与筒体直径D的比值为(0.2-0.6):1，例如为以下比例中的一种：0.22:1、0.25:1、0.28:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1、0.55:1、0.6:1；所述导流筒的长度L_DT与筒体直径D的比值为(2.2-4.5):1，例如为以下比例中的一种：2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.7:1、2.8:1、3.0:1、3.2:1、3.5:1、3.7:1、3.8:1、4.0:1、4.2:1、4.4:1、4.5:1；所述导流筒上端与反应器顶部之间的垂直距离a与筒体直径D的比值为(0.2-0.9):1，例如为以下比例中的一种：0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1；所述挡板设置在导流筒下端开口与出液口之间，挡板与出液口之间的垂直距离b与筒体直径D的比值为(0.1-1):1，例如为以下比例中的一种：0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1；所述导流筒下口位于挡板上方，导流筒下口与挡板之间的垂直距离c与筒体直径D的比值为(0.1-1):1，例如为以下比例中的一种：0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1。根据本发明的一个优选的实施方式，挡板的直径与筒体直径D的比值为(0.3-0.8):1，例如为以下比例中的一种：0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1。根据本发明的一个优选的实施方式，挡板的直径与导流筒直径或等效直径的比值为(1-1.8):1，例如为以下比例中的一种：1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1。

在本申请的全文中所述的直径都表示内径，“等效直径、等效内径、等价直径或当量直径”表示对于某部件横截面非圆形(特别是不属于像圆形和正方形这样的简单规则形状)的情况下，将该横截面形状换算成相等具有相同面积的等效圆形，以该等效圆形的直径作为所述“等效直径、等效内径、等价直径或当量直径”。换而言之，当描述两个部件或装置(例如导流筒)具有相同的“等效直径”的时候，则表明二者的横截面积完全相同。

根据本发明的一个实施方式，所述反应器的垂直高度H可以为0.5-70米，例如1-60米，或者5-60米，或者10-50米，或者20-40米，或者25-35米。本发明的反应器还可以在以上记载的尺寸的基础上按比例缩小或放大，例如将所有的尺寸按比例缩小或放大20倍，或者10倍，或者5倍，或者2倍。

根据本发明的一个优选的实施方式，所述筒体2、导流筒6和挡板7的横截面形状都是中心对称的形状，其中筒体2和挡板7的横截面几何形状是圆形或正方形，优选是圆形。优选地，在本发明反应器的所有垂直高度上，筒体2和导流筒6的横截面都是共中心的。在本发明中，所谓“横截面”表示与反应器纵轴相垂直的水平方向的横截面。

根据本发明的一些实施方式，所述导流筒6的横截面形状是中心对称的、该横截面的周边轮廓由三至三十个选自半圆形、半椭圆形、三角形、圆角三角形、梯形、圆角梯形、和瓣形的形状组成。优选地，所述导流筒6的横截面形状可以大体看作一个圆形，且该圆形的圆周不是圆弧组成，而是由三至三十个选自半圆形、半椭圆形、三角形、圆角三角形、梯形、圆角梯形、和瓣形的形状组成。根据本发明的一个优选的实施方式，所述导流筒的横截面形状由以下式I的函数确定：

f(x)＝A+(B+cSin(ax))^k1+(C+dCos(bx))^k2 式I

其中-100≤A≤100，-100≤B≤100，-100≤C≤100，-10≤a≤10,-10≤b≤10,-10≤c≤10,-10≤d≤10,0≤k1≤10,0≤k2≤10。

根据本发明的各种实施方式，以上式I中的A、B和C各自独立地是-100至100的数值或整数，例如可以为以下数值中的任意一个，或者是以下任意两个数值合并起来所获得的范围之内，或者是上述任意两个数值之间的小数：-100、-99、-98、-97、-96、-95、-94、-93、-92、-91、-90、-89、-88、-87、-86、-85、-84、-83、-82、-81、-80、-79、-78、-77、-76、-75、-74、-73、-72、-71、-70、-69、-68、-67、-66、-65、-64、-63、-62、-61、-60、-59、-58、-57、-56、-55、-54、-53、-52、-51、-50、-49、-48、-47、-46、-45、-44、-43、-42、-41、-40、-39、-38、-37、-36、-35、-34、-33、-32、-31、-30、-29、-28、-27、-26、-25、-24、-23、-22、-21、-20、-19、-18、-17、-16、-15、-14、-13、-12、-11、-10、-9、-8、-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100。

根据本发明的各种实施方式，以上式I中的a、b、c和d各自独立地是-10至10的数值或整数，例如可以为以下数值中的任意一个，或者是以下任意两个数值合并起来所获得的范围之内，或者是上述任意两个数值之间的小数：-10、-9、-8、-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。

根据本发明的各种实施方式，以上式I中的k1和k2各自独立地是0至10的数值或整数，例如可以为以下数值中的任意一个，或者是以下任意两个数值合并起来所获得的范围之内，或者是上述任意两个数值之间的小数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。

根据本发明一个优选的实施方式中，所述导流筒的横截面具有图6A-6E所示的形状。根据本发明的一个优选的实施方式，所述导流筒的横截面形状由式I所决定，并且式I中各参数的取值为以下的一种或多种：导流筒横截面具有本发明图6A所示的形状，a＝2.5,b＝0,c＝2.5,d＝0,A＝15,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1；导流筒横截面具有本发明图6B所示的形状，a＝1.5,b＝1.5,c＝0,d＝3,A＝0,B＝0,C＝0,k1＝1,k2＝1；导流筒横截面具有本发明图6C所示的形状，a＝10,b＝0,c＝0.1,d＝0,A＝1,B＝0,C＝0,k1＝1,k2＝1；导流筒横截面具有本发明图6D所示的形状，a＝3,b＝3,

d＝1,A＝3,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1；以及，导流筒横截面具有本发明图6E所示的形状，a＝4,b＝4,

d＝-0.5,A＝1,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1。

图2显示了根据在本发明反应器中的物流循环。根据本发明的一个实施方式，在反应器中进行反应的时候，反应器内液相物料、气相物料和任选的固态物料装填在所述反应器中，所有这些物料总体混合物的上液面垂直高度至少不低于(优选高于)所述导流筒上口的垂直高度，以使得在筒体和导流筒之间向上流动的物料可以转向进入导流筒上口内。如图2所示，在本发明的一个实施方式中，气相原料和液相原料经由筒体顶部的至少一个流体导入管引入，经由喷嘴喷射入导流筒内部，所述气相原料和液相原料(以及任选的少量或痕量固态物料)在所述导流筒内下降，在导流筒下口和挡板之间至少部分地折回，在筒体内表面和导流筒外表面之间上升至导流筒上口处，再至少部分地从导流筒上口处进入导流筒内并下降，由此构成反应器内的流动循环；在上述流动循环的过程中发生反应，并生成液相产物、液相副产物、气相原料和气相副产物中的至少一种，任选地，在反应过程中或反应结束之后，将液相产物、液相副产物、未反应的液相原料和液相溶剂等液态物料中的至少一种至少部分地从出液口引出，任选地，在反应过程中或反应结束之后，将气相产物、气相副产物、未反应的原料气、气相稀释剂等气相物料中的至少一种至少部分地从出气口引出。在图2所示的该实施方式中，仅显示了一个流体导入管，气相原料和液相原料混合之后经由该单独的流体导入管引入喷嘴，经由喷嘴喷射入导流筒内。在本发明的一个实施方式中，在图1和图2所示的仅具有一个流体导流管的结构相当于将图4A所示的喷嘴结构省去吸气室中的内管、流体导入管5-1和混合段5-5得到的，剩下的外管、顶部流体引入管5-3和扩散段的尺寸与图4所示实施方式的相应尺寸相同。

根据本发明的另一个实施方式，反应在图3所示的反应器中进行。该反应器与图2的区别主要在于采用了两个流体导入管，即流体导入管5-3和流体导入管5-1。根据本发明的一个独立的优选的实施方式，图3的喷嘴5具有图4A所示的结构。具体来说，所述喷嘴5从上到下包括吸气室5-4、混合段5-5和扩散段5-2，所述吸气室包括顶部的第一流体导入管5-3、侧部的第二流体导入管5-1、外管和内管，第一流体导入管5-3与内管流体连通，第二流体导入管5-1与外管流体连通，所述内管的下开口位于所述外管围出的空间内；混合段内具有螺旋引流结构以及任选的挡流板或扰流板；扩散段的内径从上至下逐渐增大。在该图4A中，出于简化的目的，没有像图3那样绘制很长的导入管的管道，而仅仅用箭头标记流体导入管与喷嘴的连接位置。

根据本发明的优选实施方式，所述吸气室(包括其中的内管和外管在内)、混合段、扩散段在任意高度上的横截面形状分别为圆形。

上文中提到了反应器可以包括2-10个喷嘴导入管，优选包括两个喷嘴导入管，通过这些独立的喷嘴导入管分别将第一原料流和第二原料流各自独立地引入喷嘴中。对于包括两个喷嘴导入管的情况，这两个喷嘴导入管对应于喷嘴5的第一流体导入管5-3和第二流体导入管5-1相连。对于包括三个或更多个喷嘴导入管的情况，这些喷嘴导入管各自独立地与所述喷嘴内管或外管相连，用于实现根据需要调节向喷嘴输送的液相原料或气相原料的种类、比例、流速、压力等参数的目的。

根据一个优选的实施方式，反应器包括两个流体导入管，其中一个流体导入管5-3中供入第一原料流，并且将第一原料流输送至喷嘴5的内管；另一个流体导入管5-1中供入第二原料流，并将第二原料流输送至喷嘴5的外管。

根据本发明的一个优选的实施方式，第一原料流进入第一流体导入管之后，流入喷嘴的内管，从上至下经过内管的均匀管部和收缩管部，从收缩管部的下部开口流出；与此同时第二原料流进入第二流体导入管之后，流入喷嘴的外管，在外管和内管之间的空间内流动并与从内管流出的第二流体混合，然后向下流入混合段中。根据本发明的一个优选实施方式中，第一原料流在经过收缩管部并从收缩管部的下部开口流出的时候，其流速加快并在内管和外观之间的空间内产生搅动和混合的效果，显著促进第一原料流和第二原料流之间的混合效果。根据本发明的一个实施方式，在所述至少两种原料流在导入管中混合的过程中，通过高速旋流、水力剪力等方式将气相剪切破碎产生小气泡，所述小气泡包括纳米级、微米级、毫米级中的一种或多种。

混合段5-5内包括螺旋结构和任选的挡流板或扰流板结构，图4B和4C分别显示了本发明喷嘴5的混合段的透视图和纵向截面图。

根据本发明的实施方式，所述螺旋结构可以是连续的或不连续的，例如可以包括1个从混合段的顶部延伸到底部的连续螺旋结构，或者包括2-10个不连续的螺旋结构，每个螺旋结构之间可以具有纵向间距或者不存在纵向间距。例如图4B和4C显示了在混合段中可以包括两个不连续的彼此相同的螺旋结构，每个螺旋结构包括三个完整的螺旋周期，两个不连续的螺旋结构之间没有纵向间隔。

根据本发明的一些实施方式，所述混合段中包括挡流板或者扰流板。在本发明中，所述挡流板或扰流板可以用来在双原料流混合物流过该混合段的过程中施加额外的剪切作用，以产生体积更小的小气泡，所述小气泡包括纳米级、微米级、毫米级中的一种或多种。在图4B和图4C所示的实施方式中，所述挡流板或者扰流板是沿着纵向在混合段内壁延伸的矩形细长板的形式，各个挡流板或扰流板在圆周方向上的间隔角度(在横截面上观察到的间隔角度)为30度至120度，例如40度至90度，或者50度至60度，也即每间隔上述角度即设置一个沿着纵向在混合段内壁延伸的矩形细长板。根据另一个实施方式，每个挡流板或者扰流板沿着横截面方向上的长度为混合段横截面直径的0.5-30％，例如5-25％，或者10-20％，或者12-18％，或者14-15％。根据另一个实施方式，每个挡流板或者扰流板沿着纵向在混合段内壁延伸的长度随着每层螺旋之间间距的变化而变，例如为每层螺旋之间间距的10-90％，或者15-80％，或者20-70％，或者30-60％，或者40-50％。

本发明的喷嘴可以满足以下限定条件的至少一种，优选同时满足以下限定条件：所述第二流体导入管的内径与所述第一流体导入管的内径之比为1:5至5:1，例如为以下比例中的一种：1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1；所述外管的内径与内管的内径(此处的内管内径表示内管的均匀管部的内径)之比为10:1至4:3，例如为以下比例中的一种：9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、2:1、4:3；所述外管的垂直高度与内管的垂直高度之比为100:95至100:65，例如为以下比例中的一种：100:92、100:90、100:88、100:85、100:82、100:80、100:78、100:75、100:72、100:70、100:68；所述内管包括上部的均匀管部和下部的收缩管部，均匀管部的垂直高度与收缩管部的垂直高度之比为3:1至1:3，例如为以下比例中的一种：2.5:1、2:1、1.5:1、1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.8、1:3，均匀管部的内径与收缩管部下口内径之比为10:1至2:1，例如为以下比例中的一种：9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1；所述吸气室的垂直高度:混合段的垂直高度:扩散段的垂直高度的比例为(1-5):1:(2-10)；所述内管的收缩管部下口内径与混合段内径的比例为(0.2-0.6):1，例如为以下比例中的一种：0.3:1、0.4:1、0.5:1；所述扩散段下口内径与混合段内径的比例为(2.5-1.5):1，例如为以下比例中的一种：2.4:1、2.3:1、2.2:1、2.1:1、2.0:1、1.9:1、1.8:1、1.7:1、1.6:1。

在本发明的一些实施方式中，可以根据需要在反应器的一个或多个部件的外部或内部添加其他的器件，例如阀门、流量计、温度计、压力计、换热装置、挡板、法兰、螺纹、销、翼片，以及它们的任意组合。

不希望受限于任何具体的理论，在现有技术中为了减少导流筒内外的流动死区，希望导流筒的横截面具有尽可能简单和均匀的形状，希望其尽可能减少诸如边角之类的可能带来死区的结构。因此，现有技术的常规看法是导流筒的横截面形状为圆形的情况下可以实现最优化的传质和传热效果。类似地，现有技术的常规看法也认为最简单的喷嘴结构能够实现最优化的传质和传热效果。

但是与现有技术的这些常规看法相反，申请人在研究中意外地发现，通过采用特别限定的导流筒形状和尺寸、喷嘴结构和尺寸、或者上述二者的组合，反而实现了极佳的减少死区、在反应器内的各个区域实现全方位改善传质的效果，此处结构的设计和传质改善的效果与现有技术的常规看法是完全背道而驰的。当使用本发明的反应器进行诸如氢甲酰化反应这样的气-液相反应时，获得了显著改善的原料转化率、产物时空产率和反应速率。

实施例

在以下实施例中具体列举了本发明的优选实施方式，但是应当理解，本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1：使用本发明的反应器进行氢甲酰化反应

在该实施例1中构建了如图1所示的反应器，该反应器各部件的尺寸如下表1所示，使用的喷嘴只具有一个流体导入管5-3，该反应器内导流筒的横截面形状如图6B所示，由式I决定，其中a＝2.5,b＝0,c＝0,d＝0,A＝15,B＝2.5,C＝0,k1＝2,k2＝0。

反应开始前，将0.702g二羰基乙酰丙酮铑Rh(acac)(CO)₂以及7.038g三苯基膦在3.6L的甲苯中混合，利用磁力搅拌装置，将上述催化剂溶液搅拌15min，使之混合均匀。将反应器安装密封完毕后先用氮气吹扫15min。将上述催化剂溶液加入所述反应器中，在反应器外缠绕加热丝，设定监测装置保持反应器内温度维持在90℃±2℃，通过向反应器内填充氮气，保持反应器内的压力维持在2.5MPa，通过流体导入管5-3向反应器内输入1-丁烯(液相)和合成气(气相)的气液混合物，其中1-丁烯进料的质量流量为0.616kg/h，合成气的进料质量为0.150kg/h，所述合成气是一氧化碳和氢气的混合物，二者的体积比约为1:1。在反应过程中，反应器中的液相物料以3L/min的流速从出液口3连续引出，从引出的液流中回收产物、副产物和未反应的原料物质之后，经由外部循环管路将催化剂溶液与新鲜的补充催化剂溶液输送至流体导入管5-3，使得由流体导入管5-3输入的上述循环催化剂溶液、新鲜催化剂溶液和1-丁烯液相的总流量为3L/min，以保持反应器内液面保持不变。间歇地释放反应器中的气相，使得反应器内的压力保持在2.5MPa。

气含量通过以下方式测定：利用压差法测得反应器内的平均气含率，其压差法测定平均气含率的计算公式为：

其中，L为气体鼓进去之后的液位；H为清液位。

湍动强度通过以下方式测定：湍动强度用脉动速度均方和与时均速度之比来表示脉动的大小。用以下公式计算湍动强度：

I＝0.16·Re^-0.125

停留时间通过以下方式测定：停留时间采用示踪技术来实现，在反应器入口瞬时注入少量的饱和KCl溶液，与此同时在反应器出口检测电导率。电导率经电导率-浓度标准曲线转换后可得到溶液浓度。定义取样处示踪剂的浓度定义为c(t)，示踪颗粒停留时间分布函数为：

其中，公式中Q_L为液相流量，m³/h；M为示踪剂总物质的量，mol。

平均停留时间为：

转化率通过以下方式测定：产物组成用气相色谱仪分析测定，测定醛和底物的峰面积，其转化率的用以下公式计算：

公式中A：峰面积；F：校正因子。

使用气相色谱测定从出液口导出的液体流中目标产物正戊醛与所有其他异戊醛的摩尔比。上述所有技术测得的表征结果汇总列于表3。

表1：实施例1中采用的反应器各部件的尺寸

	尺寸(mm)
		反应器内径D	120
导流筒等效直径D<sub>DT</sub>	30
		反应器高度H	400
导流筒高度L<sub>DT</sub>	240
		导流筒上口距反应器上端距离a	80
挡板距反应器下端距离b	36
		导流筒下端距挡板距离c	24
流体导入管内径D<sub>N</sub>	8

实施例2：

该实施例按照与实施例1相同的方式进行，唯一的区别在于，采用图6A所示轮廓的导流筒，该轮廓由式I的函数决定，其中a＝2.5,b＝0,c＝2.5,d＝0,A＝15,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1。该导流筒的等效直径也为30mm。表征结果汇总列于表3。

实施例3：

该实施例按照与实施例1相同的方式进行，唯一的区别在于，采用图6C所示轮廓的导流筒，该轮廓由式I的函数决定，其中a＝10,b＝0,c＝0.1,d＝0,A＝1,B＝0,C＝0,k1＝1,k2＝1。该导流筒的等效直径也为30mm。表征结果汇总列于表3。

实施例4：

该实施例按照与实施例1相同的方式进行，唯一的区别在于，采用图6D所示轮廓的导流筒，该轮廓由式I的函数决定，其中a＝3,b＝3,

d＝1,A＝3,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1。该导流筒的等效直径也为30mm。表征结果汇总列于表3。

实施例5：

该实施例按照与实施例1相同的方式进行，唯一的区别在于，采用图6E所示轮廓的导流筒，该轮廓由式I的函数决定，其中a＝4,b＝4,

d＝-0.5,A＝1,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1。该导流筒的等效直径也为30mm。表征结果汇总列于表3。

比较例1：

该比较例按照与实施例1相同的方式进行，唯一的区别在于，导流筒的横截面为圆形，该导流筒的直径为30mm。表征结果汇总列于表3。

实施例6：

该实施例按照与实施例1相同的方式进行，唯一的区别在于，采用图6F所示轮廓的导流筒，该轮廓不符合式I的函数。该导流筒的等效直径也为30mm。表征结果汇总列于表3。

实施例7：

该实施例按照与实施例1相同的方式进行，区别在于，导流筒的横截面为圆形，该导流筒的直径为30mm，并且使用图4A所示的喷嘴，1-丁烯进料以76.5kg/h的质量流量从第一流体导入管5-3进入，合成气进料以0.328kg/h的质量流量从第二流体导入管5-1进入，如图4B所示，混合段具有两段不连续的螺旋结构，每个螺旋结构延伸三个周期，相邻螺旋结构相互交错，该喷嘴的混合段具有图4B所示的挡流板，沿着混合段中的螺旋结构一共设置了18个挡流板，所述挡流板沿着螺旋结构设置在混合段的侧壁上，并且高度是螺旋结构在空间上限定的自由高度的70％，沿着轴向的长度是混合段内径的7％。表征结果汇总列于表3。实施例7中使用的喷嘴的尺寸如下表2所示，实施例7采用的除了喷嘴以外的其他反应器部件尺寸如上表1所示。

表2：实施例7中采用的喷嘴各部分的尺寸

	尺寸(mm)
		喷嘴外管内径	8
喷嘴外管纵向长度	18
		内管的均匀管部内径	6
内管的均匀管部纵向长度	8
		内管的收缩管部最下端内径	1
内管的收缩管部纵向长度	8
		第一流体导入管内径	6
第二流体导入管内径	6
		混合段内径	6
混合段纵向长度	6
		扩散段最下端内径	8
扩散段纵向长度	44

比较例2：

该比较例按照与实施例7相同的方式进行，区别在于，使用图5A所示的喷嘴，该喷嘴没有混合段，且扩散段的纵向长度等于实施例7所用喷嘴的混合段与扩散段纵向总长度之和，其他部分与图4A所示喷嘴相应的尺寸相同。表征结果汇总列于表3。

比较例3：

该比较例按照与实施例7相同的方式进行，区别在于，使用图5B所示的喷嘴，该喷嘴与图4A所示的喷嘴的区别在于，只有一个连接至顶部的流体导入管，没有外管，内管只有均匀管部而没有收缩管部，其他部分与图4A所示喷嘴相应的尺寸相同。表征结果汇总列于表3。

实施例8：

该实施例按照与实施例7相同的方式进行，区别在于，该反应器内导流筒的横截面形状如图6B所示，由式I决定，其中a＝1.5,b＝1.5,c＝0,d＝3,A＝0,B＝0,C＝0,k1＝1,k2＝1。该导流筒的等效直径为30mm。表征结果汇总列于表3。

实施例9：

该实施例按照与实施例8相同的方式进行，区别在于，该反应器内导流筒的横截面形状如图6D所示，由式I决定，其中a＝3,b＝3,

d＝1,A＝3,B＝0,C＝0,k1＝2,k2＝1。该导流筒的等效直径为30mm。表征结果汇总列于表3。

表3本发明各实施例和比较例的反应表征结果

从以上实验数据可以看到，本发明的实施例相对于采用常规技术的比较例实现了技术进步。申请人特此强调，对于催化领域，特别是本发明实施例实施的氢甲醛化催化反应，反应物转化率和产物选择性哪怕0.5％或1％的改善都是非常有价值的，可能代表着巨大的商业利益，甚至可能是该催化工艺是否能够真正商业化的关键所在。

利用数值模拟软件对该喷射环流反应器的流动行为进行数值模拟，流动行为模拟完成后，在流体中添加无质量的微颗粒再次进行数值模拟，统计其微颗粒从进入流场到从底部出口离开流场的时间，图中示出的是数值模拟中颗粒的流动轨迹。

Claims (10)

1.一种喷射环流反应器，所述反应器包括筒体，位于该筒体顶部的至少一个流体导入管和出气口，位于该筒体内部的喷嘴、导流筒和挡板，以及位于该筒体底部的出液口，所述至少一个流体导入管与所述喷嘴流体连通，所述至少一个流体导入管至少包括第一流体导入管和第二流体导入管，其特征在于，

所述导流筒的上部和下部均开放，所述导流筒与所述筒体共中心，所述喷嘴从上至下延伸入所述导流筒内，

所述喷嘴从上到下包括吸气室、混合段和扩散段，所述吸气室包括外管和内管，第一流体导入管与内管流体连通，第二流体导入管与外管流体连通，所述内管的下开口位于所述外管围出的空间内；扩散段的内径从上至下逐渐增大。

2.如权利要求1所述喷射环流反应器，其特征在于，所述喷嘴满足以下结构限定中的至少一种：

a)所述第二流体导入管的内径与所述第一流体导入管的内径之比为1:5至5:1；

b)所述外管的内径与内管的内径之比为10:1至4:3；

c)所述外管的垂直高度与内管的垂直高度之比为100:95至100:65；

d)所述内管包括上部的均匀管部和下部的收缩管部，均匀管部的垂直高度与收缩管部的垂直高度之比为3:1至1:3，均匀管部的内径与收缩管部下口内径之比为10:1至2:1；

e)所述吸气室的垂直高度:混合段的垂直高度:扩散段的垂直高度的比例为(1-5):1:(2-10)；

f)所述内管包括上部的均匀管部和下部的收缩管部，所述内管的收缩管部下口内径与混合段内径的比例为(0.2-0.6):1；

g)所述扩散段下口内径与混合段内径的比例为(2.5-1.5):1。

3.如权利要求1所述喷射环流反应器，其特征在于，所述混合段内具有螺旋引流结构。

4.如权利要求3所述喷射环流反应器，其特征在于，所述混合段内具有挡流板或扰流板。

5.如权利要求1所述喷射环流反应器，其特征在于，所述导流筒的横截面形状是中心对称的，该横截面的周边轮廓由瓣形的形状组成。

6.一种进行气-液相反应的方法，该方法使用如权利要求1-5中任一项所述的喷射环流反应器进行，该方法包括以下步骤：

将气相原料和液相原料经由筒体顶部的至少一个流体导入管引入，经由喷嘴喷射入导流筒内部，

所述气相原料和液相原料在所述导流筒内下降，在导流筒下口和挡板之间至少部分地折回，在筒体内表面和导流筒外表面之间上升至导流筒上口处，再至少部分地从导流筒上口处进入导流筒内并下降，由此构成反应器内的流动循环，

在上述流动循环的过程中发生反应，并生成液相产物、液相副产物、气相原料和气相副产物中的至少一种，

任选地，将液相产物和/或液相副产物至少部分地从出液口引出，

任选地，将气相产物和/或气相副产物至少部分地从出气口引出。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法使用如权利要求5所述的喷射环流反应器进行，所述导流筒的形状抑制流动循环中的涡流耗散，提高流动循环的方向有序性。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法使用如权利要求1-5中任一项所述的喷射环流反应器进行，

将第一原料流和第二原料流分别从筒体顶部的独立的流体导入管引入，所述第一原料流和第二原料流分别包含所述气相原料和液相原料中的至少一种，

随后第一原料流经由第一流体导入管引入内管中，经过内管的均匀管部和收缩管部之后进入外管围出的空间内，第二原料流经由第二流体导入管进入外管围出的空间内，与第一原料流混合，形成双原料流混合物，

然后双原料流混合物进入混合段，在混合段内表面的螺旋引流结构的作用下产生螺旋流动，

然后双原料流混合物进入扩散段，在其中进一步发生减速、扩散、去湍流中的至少一种，

然后双原料流混合物喷射入导流筒内部。

9.如权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述气-液相反应是氢甲酰化反应，由一氧化碳、氢气与烯烃在存在溶剂和催化剂的条件下与烯烃反应生成比所述烯烃多一个碳原子的醛，

所述烯烃是C₂-C₁₈烯烃；

所述溶剂选自以下的至少一种：直链或支链的C₁-C₃₀烷烃、C₆-C₃₀芳烃、C₆-C₃₀杂芳烃、C₁-C₂₂醇、C₃-C₁₆酮、C₂-C₁₆醚、C₂-C₁₆酯、亚砜、取代或未取代的酚、C₂-C₁₀腈、醛；

所述催化剂选自以下的至少一种：铑基配合物催化剂、钴基配合物催化剂和钌基配合物催化剂。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述烯烃选自以下的至少一种：1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、戊烯、C₆-C₁₈烯；

所述溶剂选自以下的至少一种：戊烷、石脑油、煤油、环己烷、甲苯、二甲苯、苯乙酮、苄腈、聚丁醛；

所述催化剂选自以下的至少一种：羰基铑配合物催化剂，羰基钌配合物催化剂，羰基钴配合物催化剂，以及含铑化合物、含钴化合物或含钌化合物与膦发生配合反应形成的铑-膦配合物催化剂、钴-膦配合物催化剂或钌-膦配合物催化剂；所述含铑化合物选自以下的至少一种：乙酰丙酮二羰基铑、乙酰丙酮三苯基膦羰基铑、三(三苯基膦)羰基氢铑、二(三苯基膦)氯化铑、二氯四羰基二铑、三氧化二铑、十二羰基四铑、十六羰基六铑、硝酸铑或醋酸铑；所述钌化合物选自以下的至少一种：乙酰丙酮二羰基钌、乙酰丙酮三苯基膦羰基钌、三(三苯基膦)羰基氢钌、二(三苯基膦)氯化钌、二氯四羰基二钌、三氧化二钌、十二羰基四钌、十六羰基六钌、硝酸钌或醋酸钌；所述钴化合物选自以下的至少一种：乙酰丙酮二羰基钴、乙酰丙酮三苯基膦羰基钴、三(三苯基膦)羰基氢钴、二(三苯基膦)氯化钴、二氯四羰基二钴、三氧化二钴、十二羰基四钴、十六羰基六钴、氯化钴、硝酸钴或醋酸钴；所述膦选自以下的至少一种：三烷基膦、三芳基膦、烷基二芳基膦、二烷基芳基膦、二环烷基芳基膦、环烷基二芳基膦、三芳烷基膦、三环烷基膦、烷基和/或芳基二膦、环烷基和/或芳基二膦、单有机亚磷酸盐、三有机亚磷酸盐和有机磷酸酯。

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