[发明专利]一种准确调节与控制液相旋流流速的多相管式旋流反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相管式旋流反应器，尤其涉及一种准确调节与控制液相旋流流速的多相管式旋流反应器。

背景技术

对于管式或平推流反应器中的多相反应体系，从理论上讲发生的物理、化学反应过程，主要依靠布朗运动或重力作用等因素发生的反应质之间碰撞或接触的几率决定的。因此，在一些情况下，其反应过程动力学较慢、生产效率低，设备较大或反应管长，造成设备用材料和加工费用高。为了提高反应速度或提高生产效率、优化反应条件，需要优化或加强液相（均相或非均相）混合程度，传统的方法是安装机械搅拌或在管壁上安装翼片或挡板等来实现，但前者增加了设备投资和操作费用，后者的混合强度不易调节和预测等现象。

发明内容

本发明提供一种液相旋流和气相微孔喷射技术于一体的多相（液、固、气）管式旋流反应器，它可方便调节和控制液相的旋流流速、气相通入量和形成微小气泡，以及多相体系在反应器内的停留时间，克服了传统管式反应器的缺陷，优化或强化多相反应体系的混合强度，提高了反应效率。

为实现上述目的，多相管式旋流反应器包括流速调节旋流器、气相喷射器、管式反应器和排料控制阀。所述的流速调节旋流器中的旋流管下端与气相喷射器中的旋流管上端连接；气相喷射器旋流管的下端与管式旋流反应器的反应管的上端连接；所述的排料控制阀安装在所述管式反应器的反应管末端；所述的旋流器旋流管、喷射器旋流管和管式反应器的反应管均安装在同一轴心线上。

进一步，所述的流速调节旋流器包括：进料管、旋流器旋流管、流速调节阀和旋流器外夹套。所述的旋流器外夹套由外夹套管、上密封盖和下密封盖构成，所述的旋流器外夹套下端与旋流器旋流管外壁密封连接；在所述的旋流器旋流管中段或位于旋流器外夹套内，均匀开设若干个旋流切向狭缝；所述的旋流切向狭缝为矩形狭缝，其方向相切于旋流器旋流管的内圆。进一步，所述的旋流器旋流管为一直管，在它的上段设置内螺纹。所述的流速调节阀的前段为活塞或圆柱形状，并与旋流管内圆相匹配；其后段设置外螺纹与旋流管的内螺纹相匹配。通过旋转流速调节阀调节旋流切向狭缝的大小，在工作状态下以便调节液相旋流流速。

进一步，所述的进料管分为轴向进料管和侧向进料管。所述的轴向进料管垂直设置在旋流器外夹套的上密封盖中心，其轴心与所述旋流管轴心一致，并且连通旋流器外夹套和旋流器旋流管构成的空腔；所述的侧向进料管，水平设置在旋流器外夹套的中部，与所述的外夹套管内圆相切，并且连通旋流器外夹套和旋流器旋流管构成的空腔。

进一步，所述的气相喷射器由进气管、喷射器旋流管、和喷射器外夹套构成。所述的喷射器外夹套设置在喷射器旋流管外部，其端部均与喷射器旋流管的外壁密封连接；所述的进气管水平设置在所述的喷射器外夹套的中上部，并与所述的喷射器旋流管和所述的喷射器外夹套形成的空腔连通；所述的喷射器旋流管，其内径与流速调节旋流器的旋流管内径和管式反应器的反应管的内径相同。在喷射器旋流管管壁上位于喷射器外夹套内设有微孔，在一定压力条件下，气体通过进气管和该微孔进入喷射器旋流管内，在液相旋流和轴向流动共同切应力的作用下，形成微小气泡并与液相混合，导致气体成分迅速溶入液相或造成气、液大比表面现象，以便于进行多相反应。

进一步，所述的管式反应器的反应管与所述旋流器旋流管和所述喷射器旋流管设置在同一轴心线上；所述的旋流器旋流管、喷射器旋流管和管式反应器的反应管共同构成本发明多相管式旋流反应器的反应体系。所述管式反应器的内径和轴向长度之比，由反应体系的性质和优化操作条件确定。

上述多相管式旋流反应器，能够应用于多级串联反应体系，即把所述的多相管式旋流反应器的反应管下端与下一级多相管式旋流反应器的进料管相接，以此构成二级或多级串联旋流管式反应器。

进一步，根据液相体系物理、化学反应的性质和要求，在单级或多级串联应用中，在所述的每级进料管处，加入相应的化学试剂。

为进一步强化或优化多相反应体系的混合作用，尤其对于大尺寸管式反应器，可以在本发明的多相管式旋流反应器的反应管体系内设置翼叶或挡板。