[发明专利]一种混合、反应、分离一体化液-液螺旋管旋流反应器

说明书

本发明公开了一种混合、反应、分离一体化液‑液螺旋管旋流反应器，包括螺旋管、溢流管、反应管和底流管，所述的反应管从上到下依次包括缓冲腔、混合反应腔、分离腔；所述的溢流管底部插入到反应管的混合反应腔，溢流管的顶部为溢流出口，溢流管的底部为溢流内部出口，所述的螺旋管缠绕在溢流管外，螺旋管的顶部设置连续相入口和分散相入口，螺旋管的底部插入到缓冲腔内；所述的底流管安装在反应管的底部与反应管对接，底流管的内部与分离腔连通，底流管的底部为底流出口。

技术领域

本发明涉及石油化工、生物反应、环境保护等工程领域，是一种用于液-液非均相反应的混合、反应、分离一体化液-液螺旋管旋流反应器。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

互不相溶的液-液非均相反应过程广泛存在于石油化工、生物反应、环境保护等工程领域，液-液非均相反应的关键在于实现液-液两相的高效混合、充分接触以提高反应速率，而相间的接触与混合是通过分散相以液滴的形式分散在连续相中，分散相的分散过程则是通过液滴的破碎和聚并实现，因此分散相液滴在连续相中的尺寸分布、运动形态对两相之间的相互作用有着直接的影响，且是影响反应速率及产物收率的重要因素，液滴破碎越剧烈分散相液滴的平均尺寸就越小，液-液两相之间的相接触界面面积就越大，越有助于两相的充分混合。液滴是多相流反应器热量和质量传递的重要载体，在液-液非均相反应体系中，多液滴并存的反应机理十分复杂，如在湍流作用下，部分液滴碰撞接触后发生聚并，还有一部分液滴在连续相的湍流脉动作用下发生破碎，分散相液滴尺寸的变化使得两相的相接触界面面积发生变化，从而影响着系统内的热量和质量传递，并进一步影响了混合反应效果。同时由于液-液非均相反应发生于相界面，因此两相相界面面积与反应速率直接相关，工业上多采用调控分散相尺寸等手段提高两相相界面面积，由此可见，液-液非均相反应体系中，分散相尺寸对界面面积有着显著影响，进而对化工过程的反应速率、传质速率和产品质量有重要影响，因此对不同类型反应器分散特性的研究引起了广泛的关注。

互不相溶的液-液非均相反应实际上是相际反应，影响反应速率的主要因素包括：反应物的理化性质、反应器结构形式、反应器中的流体力学条件等。

最常用的液-液非均相反应器有膜分散微反应器、微通道反应器、搅拌釜、静态混合器等。微反应器可将分散相液滴减小至纳米级别，但是产量较小；搅拌釜式反应器中不同位置处混合情况不同，搅拌桨或叶轮附近湍流程度较高，壁面出流动较平缓，容易造成反应物料混合不均匀，对于一些反应时间很短的快速反应，在反应过程中会释放大量的热，须在搅拌釜内设置盘管来释放反应产生的热量；静态混合器可在较宽雷诺数范围内使用，且无动部件，但是由于其内部结构复杂，反应器内部的清洗和维修是一个较大的难题。且上述反应器均单纯作为混合反应设备，须在后续过程中添加分离模块以完成整个工艺流程，因此对于反应时间较短的非均相反应除了提高混合水平之外，如何实现产物的及时分离避免副反应的发生也是提高产物收率的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种多功能反应器，可以在单一设备中实现液-液非均相反应的混合、反应与分离单元过程的一体化，借助该发明中提出的螺旋管旋流反应器内的三级混合降低分散相液滴的尺寸，提高两相的相接触界面面积，加快反应速率，同时实现反应产物的及时分离以降低副反应发生的概率，从而提高目标产物收率。

本发明采用的技术方案如下：

一种混合、反应、分离一体化液-液螺旋管旋流反应器，包括螺旋管、溢流管、反应管和底流管，所述的反应管从上到下依次包括缓冲腔、混合反应腔、分离腔；所述的溢流管底部插入到反应管的混合反应腔，溢流管的顶部为溢流出口，溢流管的底部为溢流内部出口，所述的螺旋管缠绕在溢流管外，螺旋管的顶部设置连续相入口、分散相入口，螺旋管的底部插入到缓冲腔内；所述的底流管安装在反应管的底部与反应管对接，底流管的内部与分离腔连通，底流管的底部为底流出口。