CN206549612U - 一种高剪切折流反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及化工领域，具体涉及一种高剪切折流反应器，该反应器能够用于液液、气液、气液固、液固、气固等多相体系的反应、分离或混合，包括旋转体和壳体及液体分布器，所述旋转体包括旋转轴、上端盖、下端盖及设置在上端盖和下端盖之间的多层折流板，所述旋转轴伸入壳体与下端盖相连，下端盖通过呈环状设置在下端盖上的若干柱销与上端盖相连，上端盖为圆环状，所述上端盖通过环形密封装置与壳体相连；本实用新型结构简单，利用旋转体的转动，使得折流板随之转动，实现对气相、液相等流体的高速剪切和扰动以及流体在旋转体内的均匀分布，从而使多相体系快速达到分子尺度的均匀混合以及快速传质，提高反应速率、传质速率和产品收率。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工领域，具体涉及一种高剪切折流反应器，该反应器能够用于液液、气液、气液固、液固、气固等多相体系的反应、分离或混合。
背景技术
在反应、分离或混合过程中，经常需要将两种或多种物料充分混合，以使不同物料充分接触，从而使过程得到强化。如气液、气液固等吸收或吸收反应过程中，常采用传统塔器，多相物料在塔内接触面积、流体的湍动程度较低，无法实现快速的传质，从而使达到吸收目标需要较大的设备和较高的操作成本；在液液、气液固、气液、液固等混合或反应体系中，不同物料的充分混合、接触，可以使物料易于达到均匀混合，从而提升混合效果、产物产率和反应选择性。例如，对于简单的快速反应（如中和、燃烧等反应），强化混合可以有效提高表观反应速率，提高反应物的利用率，降低所需反应时间和反应器体积；对于快速复合反应，如硝化、溴化、烷基化、碘化、偶合、聚合、对称二胺酰化、自催化反应等反应，物料的混合效果将影响产物产率和反应选择性，从而影响产品的纯化、分离和生产成本。如果混合不足将导致产品产率显著下降。
强化传质与混合的设备有微通道反应器、旋转填料床（RPB）等。RPB是一种典型的强化相间传质和多相混合的设备。在RPB内由于转子的高速旋转所产生的巨大剪切力的作用，使流经转子填料的流体受到远大于地球重力的离心力的作用（通常为几十到几百个重力加速度）。由于填料对流体的持续破碎和切割作用，流体被剪切成非常微小的微元，流体的湍动效果、表面更新速度都得到了提升，从而大幅度提高了RPB中的微观混合和传质效果。但是，传统RPB存在流体在填料内沿轴向和周向分布不均、停留时间短、物料易于堵塞等问题。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单，可以实现对气相、液相等流体的高速剪切和扰动以及流体在旋转体内的均匀分布，从而使多相体系快速达到分子尺度的均匀混合以及快速传质，提高反应速率、传质速率和产品收率的一种高剪切折流反应器。
本实用新型一种高剪切折流反应器，包括旋转体和壳体及液体分布器，所述旋转体包括旋转轴、上端盖、下端盖及设置在上端盖和下端盖之间的多层折流板，所述旋转轴伸入壳体与下端盖相连，下端盖通过呈环状设置在下端盖上的若干柱销与上端盖相连，上端盖为圆环状，所述上端盖通过环形密封装置与壳体相连；
上端盖、下端盖及靠近下盖板中心处呈环状设置的柱销围成的柱状区域为旋转体内部区域，壳体、环形密封装置、上端盖、下端盖及远离下盖板中心处呈环状设置的柱销所围成的区域为旋转体外部区域；
所述折流板与柱销固定相连，相邻折流板之间设置有通道，通道将旋转体内部区域与旋转体外部区域连通；
所述液体分布器包括进液端和液体均布端，进液端通过管路与液体均布端相连，所述液体均布端穿过壳体并由上端盖中心处伸入旋转体内部区域；
所述壳体上设置有气体进口、气体出口及液体出口，气体出口设置在壳体上且位于环形密封装置及旋转体所围成的区域内，所述液体出口设置在壳体底面上；所述气体进口与气体出口、液体均布端与液体出口之间均通过折流板间的通道相连。
所述旋转轴上连接有一驱动装置。
优选地，折流板的厚度为1-20mm，相邻折流板的折流面之间的夹角为10-180度，且两折流板之间的距离为5-100mm。
优选地，折流板的厚度为2-10mm，相邻折流板的折流面之间的夹角为90-150度，且两折流板之间的距离为5-50mm。
优选地，柱销均同心错位设置，柱销的直径为2-50mm，相邻柱销之间的径向距离为5-100mm，周向距离为10-100mm。
优选地，柱销的直径为4-20mm，相邻柱销之间的径向距离为10-30mm，周向距离为15-30mm。
或者优选地，所述密封装置为液体密封或梳齿密封，折流板所在平面与上盖板所在平面平行。
优选地，旋转轴与壳体之间设置有转轴密封，所述转轴密封为机械密封或磁力密封或干气密封或填料密封，
优选地，液体均布端为雾化喷嘴或均匀分布的液体喷嘴。
优选地，旋转体的转速为10-10000rpm，反应腔体内操作温度为0-500度，反应腔体内操作压力为0-50MPa。
优选地，旋转体转速为100-3500rpm，反应腔体内操作温度为20-200度，反应腔体内操作压力为0-10MPa。
本实用新型结构简单，利用旋转体的转动，使得折流板随之转动，实现对气相、液相等流体的高速剪切和扰动以及流体在旋转体内的均匀分布，从而使多相体系快速达到分子尺度的均匀混合以及快速传质，提高反应速率、传质速率和产品收率。
采用转动折流板可以使旋转体内的流体实现折流流动，增加流体在旋转体内的停留时间，以满足反应、分离以及混合等过程对接触时间的要求，实现相关过程的高效强化；
采用雾化喷嘴或均匀分布的液体喷嘴与多层旋转折流板结合，可以实现旋转体内流体沿轴向的均匀分布，避免因重力或多相间的扰流作用导致流体沿轴向分布不均等问题。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为柱销在下盖板上分布示意图。
附图标记：1-气体进口，2-旋转体，3-进液端，4-气体出口，5-液体均布端，6-环形密封装置，7-壳体，8-折流板，9-柱销，10-液体出口，11-转轴，12-电动机，13-转轴密封。
具体实施方式
本实用新型一种高剪切折流反应器，包括旋转体2和壳体7及液体分布器，其特征在于，所述旋转体2包括旋转轴11、上端盖、下端盖及设置在上端盖和下端盖之间的多层折流板8，所述旋转轴11伸入壳体7与下端盖相连，下端盖通过呈环状设置在下端盖上的若干柱销9与上端盖相连，上端盖为圆环状，所述上端盖通过环形密封装置6与壳体7相连；
上端盖、下端盖及靠近下盖板中心处呈环状设置的柱销9围成的柱状区域为旋转体2内部区域，壳体7、环形密封装置6、上端盖、下端盖及远离下盖板中心处呈环状设置的柱销9所围成的区域为旋转体2外部区域；
所述折流板8与柱销9固定相连，相邻折流板8之间设置有通道，通道将旋转体2内部区域与旋转体2外部区域连通；
所述液体分布器包括进液端3和液体均布端5，进液端3通过管路与液体均布端5相连，所述液体均布端5穿过壳体7并由上端盖中心处伸入旋转体2内部区域；
所述壳体7上设置有气体进口1、气体出口4及液体出口10，气体出口4设置在壳体7上且位于环形密封装置6及旋转体2所围成的区域内，所述液体出口10设置在壳体7底面上；所述气体进口1与气体出口4、液体均布端5与液体出口10之间均通过折流板8间的通道相连。
所述旋转轴11上连接有一驱动装置。驱动装置为电动机12。
折流板8的厚度为1-20mm，相邻折流板8的折流面之间的夹角为10-180度，且两折流板8之间的距离为5-100mm；也可选择折流板8的厚度为2-10mm，相邻折流板8的折流面之间的夹角为90-150度，且两折流板8之间的距离为5-50mm。
柱销9均同心错位设置，柱销9的直径为2-50mm，相邻柱销9之间的径向距离为5-100mm，周向距离为10-100mm，也可选择柱销9的直径为4-20mm，相邻柱销9之间的径向距离为10-30mm，周向距离为15-30mm。
所述密封装置为液体密封或梳齿密封，折流板8所在平面与上盖板所在平面平行。旋转轴11与壳体7之间设置有转轴密封13，所述转轴密封13为机械密封或磁力密封或干气密封或填料密封，液体均布端5为雾化喷嘴或均匀分布的液体喷嘴。
旋转体2的转速为10-10000rpm，反应腔体内操作温度为0-500度，反应腔体内操作压力为0-50MPa，也可选择旋转体2转速为100-3500rpm，反应腔体内操作温度为20-200度，反应腔体内操作压力为0-10MPa。
使用时，气体从气体进口1进入壳体7内，由于气体出口4设置在气体出口4设置在壳体7上且位于环形密封装置6及旋转体2所围成的区域内，使得进入壳体7内的气体只能通过旋转体2后进入气体出口4，而液体从由进液端3进入液体均布端5后，通过旋转体2流出至液体出口10，液体在流经旋转体2时，在高速旋转的折流板8作用下与气体混合，折流板8转动使旋转体2内的液体和气体实现折流流动，增加流体在旋转体2内的停留时间，以满足反应、分离以及混合等过程对接触时间的要求，实现相关过程的高效强化；雾化喷嘴或均匀分布的液体喷嘴与多层旋转折流板8结合，实现旋转体2内气体和液体沿轴向的均匀分布，避免因重力或多相间的扰流作用导致流体沿轴向分布不均等问题；每个柱销9穿过折流板8，并固定在折流板8上，折流板8相互平行，且与旋转体2的上端盖和下端盖平行；
液体由旋转体2中心处的液体均布端5进入，液体均布端5的出口与折流板8进料内缘平行，由于液体流出液体均布端5时具有一定初速度，可以顺利进入折流板8内缘，被折流板8捕获，相邻两块折流板8平行放置，中间留有一通道，液体可以顺利通过折流板8。
实施例二：一种高剪切折流反应器内真空水脱氧
水由一种高剪切折流反应器上的进液端3进入，经液体均布端5进入反应器内腔，在旋转折流板8和柱销9作用下，在旋转体2内沿径向向外流动；真空泵抽气口接反应器气体出口4，在真空泵的作用下，从水中解吸的氧气在压力梯度作用下在旋转体2内沿径向向内流动，经反应器中心和气体出口4吸出，液体由液体出口10管排出，试验条件：真空度0.096MPa，液量600 L/h，转速800 rpm，温度26℃，水初始含氧量8.3 ppm，经本工艺脱氧后水含氧量降至20 ppb。
实施例三：一种高剪切折流反应器内甲基二乙醇胺脱除天然气中CO2
天然气从一种高剪切折流反应器气体进口1管进入设备，在压力推动下沿旋转体2外缘向内缘流动，甲基二乙醇胺吸收液由反应器上部的液体分布器进入反应器内部，并由旋转体2内缘向外缘流动。吸收液与天然气在旋转体2内部逆流接触并发生反应，吸收CO2。反应后天然气由气体出口4排出，吸收液由液体出口10管排出。试验条件：天然气流量20000m3/h，MDEA吸收液流量200 m3/h，转速150 rpm，温度40 ℃，压力70 atm，进口CO2浓度3%，出口CO2浓度0.3%。
实施例四：一种高剪切折流反应器内臭氧氧化降解苯酚
臭氧气体从一种高剪切折流反应器气体进口1进入设备，在压力推动下沿旋转体2外缘向内缘流动，含苯酚废水由反应器上部的液体分布器进入反应器内部，并由旋转体2内缘向外缘流动。臭氧气体和苯酚废水在旋转体2内部逆流接触并发生反应，使苯酚降解。反应后气体由气体出口4排出，废水由液体出口10管排出。试验条件：臭氧气体流量1 m3/h，臭氧含量60 mg/m3，苯酚浓度100 mg/L，液体流量100 L/h，转速1000 rpm，苯酚降解率85%。
实施例五：一种高剪切折流反应器内苯酚催化加氢
一种高剪切折流反应器采用高压磁力密封，折流板8和旋转体2表面负载过渡金属Pd催化剂。氢气从一种高剪切折流反应器气体进口1进入设备，在压力推动下沿旋转体2外缘向内缘流动，苯酚溶液由反应器上部的液体分布器进入反应器内部，并由旋转体2内缘向外缘流动。气体和液体在旋转体2内部逆流接触并发生反应，气体出口4关闭，液体由液体出口10排出，经循环泵循环进料。试验条件：氢气压力2 MPa，苯酚浓度0.2 mol/L，液体流量1m3/h，转速1000 rpm，反应时间0.5 h，温度160 ℃，苯酚转化率100%，环己酮选择性98%。
Claims (8)
1.一种高剪切折流反应器，包括旋转体（2）和壳体（7）及液体分布器，其特征在于，所述旋转体（2）包括旋转轴（11）、上端盖、下端盖及设置在上端盖和下端盖之间的多层折流板（8），所述旋转轴（11）伸入壳体（7）与下端盖相连，下端盖通过呈环状设置在下端盖上的若干柱销（9）与上端盖相连，上端盖为圆环状，所述上端盖通过环形密封装置（6）与壳体（7）相连；
上端盖、下端盖及靠近下盖板中心处呈环状设置的柱销（9）围成的柱状区域为旋转体（2）内部区域，壳体（7）、环形密封装置（6）、上端盖、下端盖及远离下盖板中心处呈环状设置的柱销（9）所围成的区域为旋转体（2）外部区域；
所述折流板（8）与柱销（9）固定相连，相邻折流板（8）之间设置有通道，通道将旋转体（2）内部区域与旋转体（2）外部区域连通；
所述液体分布器包括进液端（3）和液体均布端（5），进液端（3）通过管路与液体均布端（5）相连，所述液体均布端（5）穿过壳体（7）并由上端盖中心处伸入旋转体（2）内部区域；
所述壳体（7）上设置有气体进口（1）、气体出口（4）及液体出口（10），气体出口（4）设置在壳体（7）上且位于环形密封装置（6）及旋转体（2）所围成的区域内，所述液体出口（10）设置在壳体（7）底面上；所述气体进口（1）与气体出口（4）、液体均布端（5）与液体出口（10）之间均通过折流板（8）间的通道相连；
所述旋转轴（11）上连接有一驱动装置。
2.如权利要求1所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述折流板（8）的厚度为1-20mm，相邻折流板（8）的折流面之间的夹角为10-180度，且两折流板（8）之间的距离为5-100mm。
3.如权利要求2所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述折流板（8）的厚度为2-10mm，相邻折流板（8）的折流面之间的夹角为90-150度，且两折流板（8）之间的距离为5-50mm。
4.如权利要求1所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述柱销（9）均同心错位设置，柱销（9）的直径为2-50mm，相邻柱销（9）之间的径向距离为5-100mm，周向距离为10-100mm。
5.如权利要求4所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述柱销（9）的直径为4-20mm，相邻柱销（9）之间的径向距离为10-30mm，周向距离为15-30mm。
6.如权利要求1-5任意一项所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述密封装置为液体密封或梳齿密封，折流板（8）所在平面与上盖板所在平面平行。
7.如权利要求6所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述旋转轴（11）与壳体（7）之间设置有转轴密封（13），所述转轴密封（13）为机械密封或磁力密封或干气密封或填料密封。
8.如权利要求7所述一种高剪切折流反应器，其特征在于，所述液体均布端（5）为雾化喷嘴或均匀分布的液体喷嘴。
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| CN201720128028.2U CN206549612U (zh) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | 一种高剪切折流反应器 |
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| CN201720128028.2U CN206549612U (zh) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | 一种高剪切折流反应器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106732210A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-05-31 | 西安强华环保科技有限公司 | 一种高剪切折流反应器 |
| CN111097338A (zh) * | 2018-10-29 | 2020-05-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种液固径向移动床反应装置 |
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2017
- 2017-02-13 CN CN201720128028.2U patent/CN206549612U/zh not_active Expired - Fee Related
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