[實(shí)用新型]一種快速移熱旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420704903.3
• 申請(qǐng)日: 2014-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN204320317U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉有智;袁志國;張巧玲;申紅艷;羅瑩;高璟;祁貴生;栗秀萍;焦緯洲;康小峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J19/28
• 分類號(hào): B01J19/28;C07C309/30;C07C309/31;C07C303/06
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于化工、石油化工傳質(zhì)反應(yīng)設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速移熱旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)設(shè)備，可用于快速、瞬間強(qiáng)放熱反應(yīng)。

背景技術(shù)

超重力技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種強(qiáng)化多相傳遞和反應(yīng)過程的突破性技術(shù)，其原理是在旋轉(zhuǎn)填料床（也稱為超重力機(jī)）中，填料轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)形成超重力環(huán)境，液體被填料剪切霧化，相間接觸面積增大，表面快速更新導(dǎo)致了相間傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)過程得到極大強(qiáng)化，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，縮短了反應(yīng)周期，提高了平行反應(yīng)中主反應(yīng)的選擇性；而且由于極好的微觀混合效應(yīng)，使得反應(yīng)按要求定量進(jìn)行，避免了串聯(lián)反應(yīng)等副反應(yīng)的發(fā)生，大大提高了反應(yīng)的選擇性和可控性。

目前旋轉(zhuǎn)填料床應(yīng)用于硝化、磺化、陽離子聚合、鹵化等工業(yè)生產(chǎn)中的常見反應(yīng)過程，它們的共同特點(diǎn)是反應(yīng)速率快，反應(yīng)過程受傳熱、傳質(zhì)和混合限制，因此旋轉(zhuǎn)填料床中極高的相間傳遞速率和極好的微觀混合效應(yīng)使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量顯著提高。如將旋轉(zhuǎn)填料床用于二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)的生產(chǎn)，經(jīng)過系統(tǒng)集成優(yōu)化后使兩條生產(chǎn)線的產(chǎn)能從280kt/a提高到500kt/a，單位產(chǎn)品能耗降低30％左右，且產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到世界領(lǐng)先水平；將旋轉(zhuǎn)填料床用于次氯酸的生產(chǎn)，次氯酸的產(chǎn)率由原先的80％提高到90％以上，生產(chǎn)效率大大提高，并節(jié)省了70％的設(shè)備投資；用于陽離子聚合制備丁基橡膠，產(chǎn)品的數(shù)均分子量在15-40萬，分布指數(shù)達(dá)到1.9，生產(chǎn)效率比常規(guī)攪拌釜提高2個(gè)數(shù)量級(jí)。但是對(duì)于快速且強(qiáng)放熱反應(yīng)，如甲苯的SO₃磺化，反應(yīng)活化能4.6kJ/kg，反應(yīng)放熱量711.3kJ/kg，是典型的快速強(qiáng)放熱反應(yīng)，采用旋轉(zhuǎn)填料床反應(yīng)器后，產(chǎn)品中甲苯磺酸異構(gòu)體分布為對(duì)位82%，間位4%，鄰位14%，未能充分體現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)填料床在提升產(chǎn)品質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)。就其原因：一方面是現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)填料床及其工藝只有外殼夾套冷卻移熱和反應(yīng)后，再利用換熱設(shè)備進(jìn)行移熱冷卻，換熱存在嚴(yán)重的滯后，很難精確控制反應(yīng)溫度；另一方面，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)填料床更主要是強(qiáng)化傳質(zhì)過程，即物料經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子后，實(shí)現(xiàn)瞬間混合與反應(yīng)，進(jìn)一步加速其快速，瞬間放熱量更大，使得反應(yīng)基本在較高溫度下進(jìn)行，副產(chǎn)物大大增加，從而限制了旋轉(zhuǎn)填料床在該類快速強(qiáng)放熱反應(yīng)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有超重力旋轉(zhuǎn)填料床設(shè)備在反應(yīng)熱不能有效移除，在反應(yīng)過程中造成諸多副反應(yīng)的發(fā)生，影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題，提供了一種快速移熱旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)設(shè)備，能適用于快速、瞬間強(qiáng)放熱反應(yīng)。

本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：快速移熱旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)設(shè)備，包括外殼、可高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子，填料轉(zhuǎn)子內(nèi)腔設(shè)有液體分布器，液體分布器與進(jìn)液管連接，填料轉(zhuǎn)子安裝于轉(zhuǎn)軸之上，外殼內(nèi)自上而下為同軸設(shè)置、相互隔離的進(jìn)氣室和主腔室，主腔室內(nèi)上部為高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子、下部為軸套保護(hù)罩，主腔室頂部連接排氣管，主腔室底部連接排液管，填料轉(zhuǎn)子內(nèi)腔頂部開孔與進(jìn)氣室連通，進(jìn)氣室上部側(cè)面連接進(jìn)氣管，填料轉(zhuǎn)子處設(shè)置傳熱結(jié)構(gòu)，外殼內(nèi)壁裝有冷卻夾套。

所述的填料轉(zhuǎn)子包括上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤，上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤分別裝有上轉(zhuǎn)盤夾套和下轉(zhuǎn)盤夾套，下轉(zhuǎn)盤靠近中心處上面再裝一層小夾套，上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤通過內(nèi)、外兩排圓形布置的若干圓管連接，內(nèi)、外圈圓管分別裝在靠近轉(zhuǎn)子內(nèi)腔和外腔的邊緣處，內(nèi)圈圓管連通上轉(zhuǎn)盤的夾套和下轉(zhuǎn)盤上的小夾套，外圈圓管連通上轉(zhuǎn)盤夾套和下轉(zhuǎn)盤夾套，內(nèi)外圈圓管之間的空間裝有若干間距的同心環(huán)狀填料支撐，填料支撐內(nèi)部裝有填料，填料支撐周向密布開孔，下轉(zhuǎn)盤焊接于轉(zhuǎn)軸上，所述轉(zhuǎn)軸為空心結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸分為上下分隔的兩段，上段對(duì)應(yīng)下轉(zhuǎn)盤小夾套的部位開孔并與小夾套連通，下端對(duì)應(yīng)下轉(zhuǎn)盤夾套的部位開孔并與下轉(zhuǎn)盤夾套連通。

所述的轉(zhuǎn)軸頂端穿出進(jìn)氣室頂部中心部位與冷卻液的進(jìn)液管連接、底端穿出主腔室底部中心部位與冷卻液的排液管連接，轉(zhuǎn)軸與冷卻液進(jìn)、排液管之間使用高速旋轉(zhuǎn)接頭連接，轉(zhuǎn)軸底部連接被動(dòng)皮帶輪，通過皮帶與電機(jī)相連接。

所述轉(zhuǎn)軸12為空心軸，上下段分隔部位為實(shí)心，實(shí)心處與下轉(zhuǎn)盤6中間層鋼板焊接連接，兩端分別通過高速旋轉(zhuǎn)頭與冷卻液管路連。

所述的轉(zhuǎn)軸套于軸套內(nèi)，軸套固定于主腔室底部，軸套在軸套保護(hù)罩里邊，軸套保護(hù)罩是圓筒形結(jié)構(gòu)的鋼圈。軸套保護(hù)罩的直徑小于下轉(zhuǎn)盤直徑。

所述的進(jìn)氣室與主腔室之間設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，所述的密封結(jié)構(gòu)包括上密封蓋和下密封蓋，上密封蓋固定在殼體上端板，下密封蓋與上轉(zhuǎn)盤連接，上、下密封蓋上設(shè)有迷宮環(huán)，上、下密封蓋的迷宮環(huán)相嵌在一起，迷宮環(huán)的最外圈設(shè)置油封氈圈。