CN114522642B - 用于强放热反应的反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于强放热反应的反应釜，包括：釜体，夹套套装在釜体上，导流筒设于所述釜体内，气体分布器位于所述导流筒内，并可沿着导流筒的轴向方向运动，所述气体分布器由上到下呈螺旋状分布，并且螺旋状的层外缘靠近导流筒内壁，布气孔设于所述气体分布器上，并分别朝向反应釜的顶部和底部，循环筒套设在所述釜体上，并位于釜体的中下部处，循环机构设于所述循环筒内，用于使导流筒内外的原料经过循环筒循环交换。本发明，可以使布气孔不受朝向反应釜的底部情况的限制，避免固相沉积物堵塞布气孔，设置循环机构，有助于导流筒内外的气相原料和液相原料的两者结合。
Description
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，具体为一种用于强放热反应的反应釜。
背景技术
反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药和食品等领域，是用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器。现有反应釜存在传质及传热能力差的问题。传质差体现在：对于气液两相反应，目前设备大多采用单根管道直接将气体通入液相中，气泡大、气液传质系数低，气体不能高效利用进而导致反应速率慢。另外，传热性能差导致移出反应物料放出的热量不及时，进而产生安全问题。为了解决目前设备的缺点，授权公告号CN107837781B提出的一种用于强放热反应的反应釜，包括上釜体、下釜体、上釜体法兰盘、下釜体法兰盘、反应釜顶部液相原料进口、反应釜底部液相产物出口、反应釜顶部气相原料进口、夹套、夹套冷却水进口、夹套冷却水出口、导流筒、折流板、釜内蛇管、气体分布器，解决现有反应釜传质、传热差的问题。适用于含有气液传质的强放热反应，具有传质及传热效率高的优点。但是其在使用时也有以下不足：由于气体分布器是安装在导流筒内，且是与导流筒底部齐平，导流筒产生的是特定的流型，所以在通气时，气体是由下向上运动，这将有阻于气体向上运动。而且还受制于布气孔朝向反应釜底部影响以及仅依靠气动从底部向上运动，在单位时间内，气体与上部的原料接触较少，通入的气体和反应釜内的原料两者结合的反应速率有待于进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于强放热反应的反应釜，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于强放热反应的反应釜，包括：
釜体；
夹套，套装在釜体上；
导流筒，设于所述釜体内；
还包括：
气体分布器，位于所述导流筒内，并可沿着导流筒的轴向方向运动；
所述气体分布器由上到下呈螺旋状分布，并且螺旋状的层外缘靠近导流筒内壁；
布气孔，设于所述气体分布器上，并分别朝向反应釜的顶部和底部；
循环筒，套设在所述釜体上，并位于釜体的中下部处；
循环机构，设于所述循环筒内，用于使导流筒内外的原料经过循环筒循环交换。
优选的，所述循环筒以及位于循环筒内的导流筒上均开设有通孔，所述循环机构包括潜水泵，所述潜水泵的输入端连接有管道，输出端连接有喷管，其中所述管道通过导流筒上的通孔与导流筒联通，所述喷管安装在循环筒上的通孔内。
优选的，所述循环筒上的通孔内径大于导流筒上的通孔内径，所述喷管的头端可伸到循环筒外，且头端可朝上、水平或朝下设置。
优选的，所述导流筒的内壁安装有支架，所述支架上安装有插杆，所述插杆与布气孔位置相对，在初始时，该插杆与布气孔具有间隔，在所述气体分布器沿着导流筒的轴向方向运动时，所述插杆可贯穿上下两个布气孔。
优选的，所述插杆的直径小于上下两个布气孔的内径，所述气体分布器每层的布气孔内径由上到下逐渐变大。
优选的，位于所述导流筒的底部设有用于驱动气体分布器沿着导流筒的轴向方向运动的平稳机构。
优选的，所述平稳机构包括驱动电机、带齿的环形轨、固定板以及带齿的驱动轮，所述固定板用于支撑所述驱动电机通过驱动轮驱动环形轨平稳升降。
优选的，所述驱动电机通过锥齿轮组带动驱动轮，所述环形轨安装有滑动杆，所述固定板上安装有用于滑动杆插装滑动的滑块，所述环形轨的顶部安装有顶板，所述气体分布器的底部安装在顶板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
气体分布器呈呈螺旋状分布，每层均具有布气孔，使得在单位时间内，气相原料与上部的原料接触面积及气量更大，也配合导流筒达到增强环流的目的，气泡分布在上、中、下部位处，形成小泡，在反应釜内停留时间长，因此气态氧迅速转化为液态氧，传质效率高，三氯化磷迅速被氧化生成三氯氧磷。通过气体分布器在导流筒内上下运动以及插杆，可以使布气孔不受朝向反应釜的底部情况的限制，避免固相沉积物堵塞布气孔。通过设置循环机构，有助于导流筒内外的气相原料和液相原料的两者结合。
附图说明
图1为本发明内部示意图；
图2为本发明图1中A处放大示意图；
图3为本发明图2中釜体的原料流动方向示意图；
图4为本发明平稳机构的结构示意图；
图5为本发明平稳机构的侧视示意图。
图中：1釜体、2夹套、3导流筒、4气体分布器、5布气孔、6平稳机构、7驱动电机、8固定板、9环形轨、10顶板、11锥齿轮组、12驱动轮、13滑动杆、14滑块、15驱动轮轴、16轨道齿、17循环筒、18潜水泵、19喷管、20管道、21通孔、22支架、23插杆、24驱动轮轴支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：
一种用于强放热反应的反应釜，包括：
釜体1；
夹套2，套装在釜体1上；
导流筒3，设于所述釜体1内；
还包括：
气体分布器4，位于所述导流筒3内，并可沿着导流筒3的轴向方向运动；
所述气体分布器4由上到下呈螺旋状分布，并且螺旋状的层外缘靠近导流筒3内壁；
布气孔5，设于所述气体分布器4上，并分别朝向反应釜的顶部和底部；
循环筒17，套设在所述釜体1上，并位于釜体1的中下部处；
循环机构，设于所述循环筒17内，用于使导流筒3内外的原料经过循环筒17循环交换，以使处于导流筒3外的原料在竖直方向呈环流进入到导流筒3内，所述原料为液相原料以及其内溶入的气相原料。
具体的，位于所述导流筒3的底部设有用于驱动气体分布器4沿着导流筒3的轴向方向运动的平稳机构6。所述平稳机构6包括驱动电机7、带齿的环形轨9、固定板8以及带齿的驱动轮12，所述固定板8用于支撑所述驱动电机7通过驱动轮12驱动环形轨9平稳升降。所述驱动电机7通过锥齿轮组11带动驱动轮12，所述环形轨9的一侧安装有滑动杆13，所述固定板8上安装有用于滑动杆13插装滑动的滑块14，所述环形轨9的顶部安装有顶板10，所述气体分布器4的底部安装在顶板10上。
如图4至图5所示，在本发明中，通过平稳机构6可以驱动气体分布器4在导流筒3内沿轴向方向上下运动。此种方式，以气体分布器4主动运动，一方面可以使分布在气体分布器4上的布气孔5不受朝向反应釜的底部情况的限制，另一方面是可以使由布气孔5流出的气相原料如氧气，产生气泡，进一步减小气泡尺寸，而且由于气体分布器4呈螺旋状分布，每层均具有布气孔5，使得在单位时间内，气相原料与上部的原料接触面积及气量更大，也配合导流筒3达到增强环流的目的。
本发明中，在通过平稳机构6驱动气体分布器4上下运动时，可以使整个气体分布器4运动更加平稳、而且运动精准。具体的，驱动电机7的转轴驱动锥齿轮组11带动驱动轮轴以使驱动轮12转动，由于驱动轮12可以与环形轨9啮合，所以可驱动环形轨9上下运动，通过环形轨9带动其上的顶板10上下运动，进而驱动气体分布器4同步运动。本发明中，如图4所示，驱动轮12上具有一分部齿，环形轨9内壁具有对称的轨道齿16，通过驱动轮12转动，驱动轮12的齿与两侧的轨道齿16啮合，可以使环形轨9(周期的)上升和下降。通过设置滑动杆13和滑块14插装滑动配合，可以使环形轨9相对于固定板8运动。
具体的，所述导流筒3的内壁安装有支架22，所述支架22上安装有插杆23，所述插杆23与布气孔5位置相对，在初始时，该插杆23与布气孔5具有间隔，在所述气体分布器4沿着导流筒3的轴向方向运动时，所述插杆23可贯穿上下两个布气孔5。所述插杆23的直径小于上下两个布气孔5的内径，所述气体分布器4每层的布气孔5内径由上到下逐渐变大。
如图1所示，在本发明中，气体分布器4呈螺旋状，气体分布器4的侧壁靠近导流筒3的内壁，每层气体分布器4上均具有布气孔5，这样可以使在通过接入气体分布器4入口的气相原料，可以被通入到导流筒3内，且分布在上、中、下部位处，而不是由原先的底部向上部运动。这样将使得在单位时间内可以使气相原料与筒内的原料接触面积及通入的气量更大。而且由于气体分布器4每层的布气孔5内径由上到下逐渐变大，也就是说螺旋形上部的布气孔5内径小于中部布气孔5内径，中部布气孔5内径小于底部布气孔5，这样设置的目的有一是克服中部及底部压力影响气相原料流出布气孔5，二是当中部尤其是底部的布气孔5流出的气相原料的气泡尺寸较大，因螺旋形和导流筒3产生的环流作用，可以使较大尺寸的气泡在向上运动时尺寸减小，进而导致气相与液相接触面积更大。
如图2或图3所示，在本发明中，通过设置插杆23，每层插杆23与每层对应的布气孔5处于同一轴线方向上。这样在气体分布器4可以在导流筒3内上下运动时，插杆23可以插入到上下两个布气孔5内，可以避免固相沉积物堵塞布气孔，解决了布气孔5受朝向反应釜的底部限制的不足。而且由于插杆23的直径小于上下两个布气孔5的内径，所以即使是在插杆23插入到布气孔5内时，布气孔5依然可以流出气相原料，不受插入影响。
具体的，所述循环筒17以及位于循环筒17内的导流筒3上均开设有通孔21，所述循环机构包括潜水泵18，所述潜水泵18的输入端连接有管道20，输出端连接有喷管19，其中所述管道20通过导流筒3上的通孔21与导流筒3联通，所述喷管19安装在循环筒17上的通孔21内。所述循环筒17上的通孔21内径大于导流筒3上的通孔21内径，所述喷管19的头端可伸到循环筒17外，且头端可朝上、水平或朝下设置。
如图3所示，在本发明中，通孔21是设置在位于循环筒17内的导流筒3以及循环筒17上的，所以导流筒3内、循环筒17内以及循环筒17外联通。在潜水泵18的作用下，使得导流筒3内的原料可以被循环到循环筒17外，循环筒17外的原料可以被循环到导流筒3内。由于循环筒17上的通孔21内径大于导流筒3上的通孔21内径，所以由循环筒17外进入到导流筒3内的原料不会使导流筒3内出现扰流，即不影响导流筒3内形成环流。当通过潜水泵18将导流筒3内原料循环到循环筒17外时，又可以在喷管19处产生一定程度的湍流，从而便于釜体1与通入到夹套2内的冷却水换热充分，反应釜内物料可被有效冷却。
如图3所示，在本发明中，在釜体1内的原料经由循环筒17外进入到导流筒3内时，可以在竖直方向即a箭头，呈环流进入到导流筒3内，而喷管19的头端可伸到循环筒17外，且头端可朝上、水平或朝下设置。在喷管19的头端朝上时，由导流筒3内原料循环到循环筒17外时，喷管19处产生一定程度的湍流，将影响以环流方式进入到导流筒3内原料，但是由于导流筒3内原料溶入了较多气相原料，所以有利于导流筒3内外的气相原料和液相原料的两者结合。在喷管19的头端朝下时，虽然喷管19处产生一定程度的湍流，将对以环流方式进入到导流筒3内原料环流影响最小，但是导流筒3内外的气相原料和液相原料的两者结合效率也随之减弱。而在喷管19的头端水平时，上述湍流对环流影响程度，以及气相原料和液相原料的两者结合效率能够得到兼得。
本发明，以用于三氯氧磷合成过程为例进行简述：
液相原料：原料三氯化磷由泵经三氯化磷贮槽输送釜体1中，气相原料：氧气通过气体分布器14分散于三氯化磷液体中。气体分布器14呈呈螺旋状分布，每层均具有布气孔5，使得在单位时间内，气相原料与上部的原料接触面积及气量更大，也配合导流筒3达到增强环流的目的，气泡分布在上、中、下部位处，形成小泡，在反应釜内停留时间长，因此气态氧迅速转化为液态氧，传质效率高，三氯化磷迅速被氧化生成三氯氧磷。通过气体分布器14在导流筒3内上下运动以及插杆23，可以使布气孔5不受朝向反应釜的底部情况的限制，避免固相沉积物堵塞布气孔5。通过设置循环机构，有助于导流筒3内外的气相原料和液相原料的两者结合，在控制釜体1内温度均匀并保持在90℃。当反应釜中三氯氧磷含量仅为3％-5％时出料，进入下一级反应釜经蒸馏纯化得到最终产品三氯氧磷。
本发明，其余未叙述部分均可与现有技术相同、或为公知技术或可采用现有技术加以实现，此处不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种用于强放热反应的反应釜，包括：
釜体（1）；
夹套（2），套装在釜体（1）上；
导流筒（3），设于所述釜体（1）内；
其特征在于，还包括：
气体分布器（4），位于所述导流筒（3）内，并可沿着导流筒（3）的轴向方向运动；
所述气体分布器（4）由上到下呈螺旋状分布，并且螺旋状的层外缘靠近导流筒（3）内壁；
布气孔（5），设于所述气体分布器（4）上，并分别朝向反应釜的顶部和底部；
循环筒（17），套设在所述釜体（1）上，并位于釜体（1）的中下部处；
循环机构，设于所述循环筒（17）内，用于使导流筒（3）内外的原料经过循环筒（17）循环交换；
所述循环筒（17）以及位于循环筒（17）内的导流筒（3）上均开设有通孔（21），所述循环机构包括潜水泵（18），所述潜水泵（18）的输入端连接有管道（20），输出端连接有喷管（19），其中所述管道（20）通过导流筒（3）上的通孔（21）与导流筒（3）联通，所述喷管（19）安装在循环筒（17）上的通孔（21）内；
所述导流筒（3）的内壁安装有支架（22），所述支架（22）上安装有插杆（23），所述插杆（23）与布气孔（5）位置相对，在初始时，该插杆（23）与布气孔（5）具有间隔，在所述气体分布器（4）沿着导流筒（3）的轴向方向运动时，所述插杆（23）可贯穿上下两个布气孔（5）；
所述插杆（23）的直径小于上下两个布气孔（5）的内径，所述气体分布器（4）每层的布气孔（5）内径由上到下逐渐变大；
所述循环筒（17）上的通孔（21）内径大于导流筒（3）上的通孔（21）内径。
2.根据权利要求1所述的一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于，所述喷管（19）的头端可伸到循环筒（17）外，且头端可朝上、水平或朝下设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于，位于所述导流筒（3）的底部设有用于驱动气体分布器（4）沿着导流筒（3）的轴向方向运动的平稳机构（6）。
4.根据权利要求3所述的一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于，所述平稳机构（6）包括驱动电机（7）、带齿的环形轨（9）、固定板（8）以及带齿的驱动轮（12），所述固定板（8）用于支撑所述驱动电机（7）通过驱动轮（12）驱动环形轨（9）平稳升降。
5.根据权利要求4所述的一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于，所述驱动电机（7）通过锥齿轮组（11）带动驱动轮（12），所述环形轨（9）的一侧安装有滑动杆（13），所述固定板（8）上安装有用于滑动杆（13）插装滑动的滑块（14），所述环形轨（9）的顶部安装有顶板（10），所述气体分布器（4）的底部安装在顶板（10）上。
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