[实用新型]超声强化射流式反应器

说明书

本实用新型公开了一种超声强化射流式反应器，沿轴向，反应管的外壁设有若干组超声波发振装置；经轻相管进入的轻相液或轻相气，与经重相管进入的重相液汇聚于反应管中，在超声波辐射下进行本征反应，产生的轻相反应物和重相反应物，分别经聚集分离器，从反应管顶部的轻相出口和底部的重相出口排出。其通过超声将气体或液体破碎成很小的气泡或液滴，在很短时间内均匀分散于中等粘度液体，提供极大的相际接触面积，强化传质并提高表观反应速率和反应选择性。通过射流结合构件形成的负压，构成流体在反应腔内的流动力；无需提供额外动力。其结构简单，相际接触面积大，没有搅拌部件，不易泄漏；可广泛用于石油化工领域，具有很强的实用性和广泛的适用性。

技术领域

本实用新型涉及一种反应器，具体涉及一种超声强化射流式反应器，属于石油化工、生物化工、环境化工技术领域。

背景技术

不互溶气-液、液-液两相的混合分散对相间传质，即相际面积和总体传质系数影响显著。对于快速反应体系而言，例如苯的硝化和烷基化反应，相间传质是速控步骤，高效混合有助于促进传质，进而提高反应转化率和选择性。

混合过程机理包括宏观混合和微观混合，宏观混合主要是反应器借助外部输入的能量，带动主体相流体做宏观运动，同时通过形成的不同尺寸湍流涡破碎第二相流体，形成有一定尺寸分布的气泡或者液滴，从相含率角度来看，两相流体达到设备尺度上的均匀分布。微观混合是指尺寸比最小旋涡小的物质微团之间，通过层流扩散达到分子尺度上的均一混合。气-液、液-液两相混合一般遵循宏观混合机理进行，通常利用反应器中设置的运动部件和内构件，与待混合流体发生强烈相互作用，使第二相流体形成气泡或液滴，达到破碎和聚并的平衡，形成稳定均匀的分散物。

工业生产中，利用宏观混合和湍流分散作用，实现气-液、液-液两相混合的反应设备主要为搅拌反应釜、静态混合器、旋转填充床等。

化工生产中，最常见的搅拌反应釜主要由釜体和内部挡板、搅拌系统、传动电机及转轴密封装置组成。专利WO2014/118434介绍了一种强化气体分散的气- 液搅拌釜，釜内主桨叶下方有气体预混合腔，腔内有和主桨同轴(或异轴)微型桨叶，搅拌时气体先经腔内预混合分散，再由主桨进一步分散，获得更多均匀分布小气泡，强化了传质。对于具有中高粘度，两相有一定密度差的液-液反应体系，目前广泛采用卧式搅拌反应器，例如专利ZL200520078557.3公开了一种硫酸法烷基化工艺中的卧式反应器，卧式釜内有一个内循环导流筒、一组移除反应热的U型管束和一个偏心安装的涡轮桨。这种反应器内的返混强烈，易降低反应选择性。但是搅拌釜由于引入机械转动设备，因此，在中、高压操作条件下难以保证转动轴承的密封。

静态混合器是一类无机械转动的反应设备。两相流体在经过静态混合器时，被内置混合元件剪切为液膜，进而拉伸破碎为液滴，其数量按元件数的幂次方增加，通过多组元件后两相流体达到充分混合。静态混合器具有操作弹性大，结构紧凑、密封性好、制造成本低、安装方便等优点。然而，若反应可能产生固体，则易堵塞静态混合器，并且难以清理。此外，静态混合器还存在压降大的缺点。

旋转填充床是一类利用超重力进行混合反应的新型设备，两相流体在经过旋转填充床剪切为极微小的液膜、液丝或液滴，创造很大的两相接触面积，强化传质反应效果。ZL106929093公开了一种异丁烷与C3～C5烯烃烷基化的旋转填充床反应器，具有很好的反应原料和液体烷基化催化剂的分散效果，能及时撤出反应热，降低催化剂消耗，但是在烷基化较高反应压力下，该设备的动密封存在问题，而且过大的离心力容易使反应器边壁的液滴较易发生并聚。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于气-液、液 -液多相反应的超声强化射流式反应器。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

超声强化射流式反应器，沿轴向，反应管的外壁设有若干组超声波发振装置；