[发明专利]一种高流量比快速混合器及利用上述混合器的环形反应系统

说明书

本发明公开了一种高流量比快速混合器，包括反应筒体，所述反应筒体包括同心设置的外筒体和内筒体，内外筒体之间形成环形通道；所述反应筒体上连有大流量流体进液管和大流量流体出液管，大流量流体进液管和大流量流体出液管均与环形通道连通；内筒体沿纵向依次设有第一换热区、缓冲室和第二换热区，缓冲室连有小流量流体进液管，缓冲室的侧壁上设有多个通孔，缓冲室通过通孔与环形通道连通；第一换热区和第二换热区分别设有与其对应的换热介质入口和换热介质出口，换热区内还设有挡板，换热介质从挡板一侧的换热介质入口进入换热区，换热介质穿过挡板与换热区之间的缝隙后从挡板另一侧的换热介质出口排出换热区。本发明还公开了利用上述混合器进行胺基连续硝化反应的环形反应系统。

技术领域

本发明涉及一种高流量比快速混合器，还涉及利用上述混合器进行胺基连续硝化反应的环形反应系统。

背景技术

化学工业反应中，各类放热反应(如硝化、磺化和加氧等)占了很大的比例，其工艺过程复杂多变，因此不安全因素较多。有统计表明此类放热反应的化工事故常常是由于反应温度失控所导致的，如果能合理控制反应过程的升温程度，就可以确保反应工艺的安全性，进而避免许多事故的发生。据Barton对英国间歇式化工过程中发生的反应失控事故进行的统计分析结果表明：化学工艺条件问题引发的事故所占比例为29％，21％的事故是由于加料出现问题，19％的事故是因为温度控制出现问题，10％是由搅拌引发的。因此，如何将强放热、快反应的工艺体系中多股流体间进行高效混合反应，合理控制反应过程温度在安全范围之内，对于化工安全生产具有重要的意义。

常规釜式反应器通过机械搅拌进行传质，其单位体积的传热面积有限，尤其在反应釜尺寸较大时，换热面积远不能满足换热需求，导致反应放出的热量不能及时移除。同时，釜式反应器内容易产生局部热点，尤其对于硝化反应等危险工艺，容易导致爆炸事故的发生。为了消除安全隐患，在搅拌釜反应器内进行此类反应时，大多需要将反应物料缓慢滴加入反应器内，以控制反应过程的温升，此种方法虽然大大降低了反应危险性，但是生产效率低下、副反应多、产品纯度降低以及产品性质不稳定。此外许多研究者提出利用环形管式反应器进行硝化反应，该工艺主要由循环泵、反应管道以及冷却器三个部分组成一个封闭循环系统，将反应物料在管式反应器内进行循环，利用较大流量的循环物料稀释连续加入的新鲜物料，控制反应速率、及时移除反应热。如瑞典国际化工有限公司在20世纪80年代开发并实现了循环泵式硝化工艺的工业化，将反应过程的温升控制在15℃以内。河南开普化工股份有限公司在硝基苯硝化中采用环形硝化工艺，在环形硝化器的右上端保留搅拌桨，以强化新鲜氯苯和混酸之间的混合效果，同时将搅拌桨设计为轴流推进式，推动液体向下运动进入换热器，通过两台管壳式换热器将反应热及时移除，与传统釜式硝化工艺相比，环形硝化反应器的传热效率提高10倍以上。但目前环形硝化工艺主要针对硝化反应速率较慢的情况，当反应速率较快时，无法实现新鲜加入的物料与循环物料之间的快速混合，并且在几何结构放大的过程中存在较大的放大效应。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中当反应速率较快时，环形硝化反应器存在的无法快速混合新加入物料与循环物料以及几何结构放大效应较大的问题，提供一种高流量比快速混合器，还提供了利用上述混合器进行快速硝化或者硝酸酯化的环形反应系统；本发明混合器能够在反应速率较快时，实现新加入物料与循环物料的快速混合，并且通过形成多个分散的反应热点实现对温升的控制。

技术方案：本发明所述的高流量比快速混合器，包括反应筒体，所述反应筒体包括同心设置的外筒体和内筒体，内外筒体之间形成环形通道；所述反应筒体上连有大流量流体进液管和大流量流体出液管，大流量流体进液管和大流量流体出液管均与环形通道连通；内筒体沿纵向依次设有第一换热区、缓冲室和第二换热区，缓冲室连有小流量流体进液管；缓冲室的侧壁上设有多个射流小孔，缓冲室通过射流小孔与环形通道连通；第一换热区和第二换热区分别设有与其对应的换热介质入口和换热介质出口，换热区内还设有挡板，换热介质从挡板一侧的换热介质入口进入换热区，换热介质穿过挡板与换热区之间的缝隙后从挡板另一侧的换热介质出口排出换热区。