[发明专利]一种用于快速强放热反应的新型连续流耦合反应器

说明书

本发明公开了一种用于快速强放热反应的新型连续流耦合反应器，包括反应器壳体；所述反应器壳体内由上至下设有微结构混合器与大通量管式反应器，大通量管式反应器入口与微结构混合器出口相连；微结构混合器用于将反应物料高效的混合与分散，并能精准的控制温度，将均匀混合后的反应物料快速引出至后端大通量管式反应器中进行反应；大通量管式反应器具有内换热管和外换热夹套，提供反应所需换热量。本发明中的新型连续流耦合反应器系统将具有微结构的混合器与大通量管式反应器组合在一起进行合理的优化匹配，在进行大通量操作时，保证反应器具有高效的混合、传质和传热性能的同时，还能通过调整内换热管的不同尺寸和折弯方式实现反应器换热面积的灵活调整。

技术领域

本发明涉及一种化工快速混合与反应设备领域的技术，具体是一种用于快速强放热反应的新型连续流耦合反应器系统。

背景技术

化学反应过程，尤其是快速强放热的非均相反应过程，对反应设备的混合和传递性能提出了很高的要求。传统反应装置常常由于反应体系内流动现象复杂，反应器内温度场和浓度场分布不均匀等问题无法达到理想的反应效果，也导致反应器的操作和对反应条件的精确控制变得十分困难。为了避免这些问题，传统反应过程常常在低负荷、产物大量回流等条件下进行操作以降低反应过程的风险，但是这种做法相对耗时，且有可能带来反应过程效率低、收率低等问题。对受混合和传递控制的反应过程进行过程强化，其关键在于提升反应器的混合、传质和传热能力。

近年来，连续流微反应器技术受到广泛关注并在多个领域进行应用。对于快速强放热的非均相反应过程，单一的连续流微反应器的混合、传质和传热效率仍有提升空间。中国专利CN107551967A和CN107442017A公开了两种强化连续流微反应器混合、传质和传热性能的方法和装置，通过缩小物料进口尺寸和在通道内增加挡板式结构实现过程强化。为了在保证微通道反应器混合、传递性能的基础上增加反应器的处理量，中国专利CN108686593A公开了一种多尺度微结构反应器，采用对撞混合的方式实现高通量下的快速高效混合和反应。

目前，在具有换热能力的连续流管式反应器中，反应物料一般走管程，换热介质走壳层，为实现连续流反应器的大通量操作，一般采用增加通道尺寸和数目的方式，反应器的传热面积随管径的增加减小，导致反应器在进行大通量操作时换热能力不足，反应器内温度分布不均匀，降低反应的选择性。另外，现有技术多采用单一反应器形式，无法同时满足混合、传质、传热和大通量的要求，特别是针对快速强放热的非均相体系，多种反应器形式的耦合显得尤为必要。

发明内容

本发明针对现有反应器技术中返混严重、传质传热速率不高，导致反应效率偏低，对于快速强放热反应，在反应器放大过程中，反应器尺寸的增加导致反应器内热量分布不均导致反应选择性降低，提出一种用于快速强放热反应的新型连续流耦合反应器系统，通过将微结构混合系统和大通量管式反应系统进行合理的优化匹配，在反应器进行大通量操作时，保证反应器具有高效的混合、传质和传热性能，实现反应器内浓度场和温度场的均匀分布，并能实现反应器换热面积的灵活调整。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于快速强放热反应的新型连续流耦合反应器，它包括上下连接在一起的、均为夹套式结构的微结构混合器和大通量管式反应器；所述微结构混合器和大通量管式反应器的内腔相互连通，且夹套腔互不连通；在所述微结构混合器的上端和大通量管式反应器的下端分别连接有与内腔相连通的物料进口和物料出口；

在所述微结构混合器外壁的上端部和下端部分别设置有与微结构混合器夹套腔相连通的循环出口管和循环水进口管；在所述微结构混合器的内腔设置有具有微孔结构的流体分散器；