[发明专利]一种热补偿式喷射反应系统

说明书

本发明涉及一种热补偿式喷射反应系统，包括喷射反应器、工作流体和引射流体，喷射反应器包括器体和喷咀，器体上设有引射流体入口和反应器出口，工作流体通过喷咀射流喷入器体内，引射流体通过引射流体入口进入器体内，工作流体与引射流体在射流卷吸作用下混合并发生放热化学反应，其中工作流体或引射流体中至少有一种发生气化过程，气化过程所需的气化潜热由放热化学反应的反应热来补偿，气化及反应后的物料由反应器出口排出。本发明通过相变热与反应热的能量匹配，降低或避免因反应放热导致的体系温升，获得最佳的反应温度分布，不仅有助于改善反应效果，如提高反应效率，减少副反应，提高产品收率等，还可实现反应热的原位利用，避免能量浪费。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种热补偿式喷射反应系统，尤其是涉及用于放热反应的热补偿式喷射反应系统。

背景技术

放热化学反应在化学工业领域十分常见，如氧化、硝化、氟化、光气化及重氮化等过程，此类反应通常反应速度很快，对反应器移热能力要求苛刻，在常规搅拌釜等设备中如果控制不当，容易引起飞温、冒料、副反应加剧甚至爆炸等现象。

众所周知，喷射器是以带压工作流体为动力，利用射流对引射流体的卷吸及“混合激波”进行能量和质量传递的过程强化设备，具有结构简单、可靠性高、密封性好等优点，用作反应器时可连续操作，生产效率高，物料停留时间短且无返混，因此适合快速反应过程。但由于移热能力有限，常规喷射反应器系统在放热反应特别是强放热反应体系中的应用还存在很大挑战。

专利CN202010056904.1和专利CN202010047598.5分别公布了采用带气相回路的文丘里喷射反应器制备壬醛和正戊醛的系统，涉及的反应分别是辛烯和丁烯与合成气(氢气和一氧化碳)的氢甲酰化反应，属于强放热反应，但该反应器未涉及相变过程，需借助换热器给循环液相降温，避免反应放热导致体系温度大幅升高。专利CN201710359380.1公布了一种多级、多功能喷射反应器系统及其操作方法，该系统可多级连续反应也可多级并联反应，用于放热反应特别是强放热反应体系时，可通过多级反应控制反应进度，进而控制升温速率，但仍然不能自我消纳反应放出的热量，仍需依赖其他移热手段。

至今工业上应用的喷射反应器系统均不涉及明显的相变过程，因此不具有利用相变热消纳反应热的热补偿功能，其在放热反应特别是强放热反应体系中的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热补偿式喷射反应系统。

基于喷射反应器，工作流体通过喷咀射流喷出后，通过对引射流体的卷吸和混合，二者发生放热化学反应，工作流体和引射流体中至少有一种发生气化过程，其所需的气化潜热由反应热来补偿，实现反应热的原位利用，并有效降低或避免因反应放热导致的体系温升。

本发明的热补偿式喷射反应系统尤其适合作为用于放热反应的热补偿式喷射反应系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种热补偿式喷射反应系统，包括喷射反应器、工作流体和引射流体，所述喷射反应器包括器体和喷咀，器体上设有引射流体入口和反应器出口，所述工作流体通过喷咀射流喷入器体内，所述引射流体通过引射流体入口进入器体内，所述工作流体与引射流体在射流卷吸作用下混合并发生放热化学反应，其中工作流体或引射流体中至少有一种发生气化过程，所述气化过程所需的气化潜热由所述放热化学反应的反应热来补偿，气化及反应后的物料由反应器出口排出。

在本发明的一个实施方式中，所述工作流体和引射流体中至少有一个的进料状态为液相或气液混合物。优选地，所述工作流体为液相，所述引射流体为气相。

在本发明的一个实施方式中，所述喷咀为单喷嘴型或多喷嘴型。

在本发明的一个实施方式中，所述喷咀的喷射方向与器体的轴向平行。