[發(fā)明專利]一種噴射環(huán)流反應器及其應用

在審

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• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN114177876A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設計）人: 孫清;趙陸海波;唐志永
• 申請（專利權）人: 上海睿碳能源科技有限公司
• 主分類號: B01J19/26
• 分類號: B01J19/26
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 江磊

本發(fā)明提供了一種噴射環(huán)流反應器及其應用，所述噴射環(huán)流反應器具有專門設計的結構，提供了改善的混合效率和界面?zhèn)髻|。本發(fā)明還提供了使用所述噴射環(huán)流反應器進行氣相?液相反應的方法。

技術領域

本發(fā)明屬于化工設備裝置領域，具體涉及一種氣-液相反應器，特別是噴射環(huán)流反應器，該反應器包括具有瓣狀輪廓的導流筒以及/或者具有三重結構的噴嘴。其能夠有效提高氣-液相反應的傳質效率、原料轉化率和目標產(chǎn)物選擇性，能夠減少設備投資，具有較高的經(jīng)濟效益。

背景技術

許多有機合成反應需要在同時存在氣相物料、液相物料和任選的固相物料的條件下進行。例如烯烴氫甲酰化反應就是一種重要的有機合成反應，在現(xiàn)代工業(yè)中有著舉足輕重的地位，在該反應中，在諸如鈷、銠或釕元素配合物催化劑的作用下，烯烴與一氧化碳和氫氣發(fā)生反應生成醛或醇，該醛、醇或其衍生物被大量用作增塑劑、織物添加劑、表面活性劑、溶劑和香料等工業(yè)原料，該反應的工藝是目前生產(chǎn)規(guī)模最大的均相催化反應工程。

工業(yè)上氫甲酰化生產(chǎn)醛或醇的過程在需要在有機溶劑中進行，在一個常規(guī)的氫甲醛化反應中，在一定的溫度和壓力條件下，將原料烯烴和合成氣H₂/CO引入反應器中，使其與溶劑和催化劑的混合溶液接觸，在液相內發(fā)生反應生成醛或醇。氫甲酰化的反應體系中的濃度和溫度不均會對反應轉化率、產(chǎn)物的時空產(chǎn)率、產(chǎn)物的正異比等結果造成顯著影響，因此人們對氣液兩相具有極佳的氣-液兩相混合效果提出了極高的要求。

傳統(tǒng)氫甲酰化工藝中大多采用攪拌釜來強化氣液間的混合和傳質。然而，攪拌器設計復雜且昂貴，并且極難達成所需性能標準。具體來說，由于單一大型的攪拌器搭配大型反應釜的設計容易產(chǎn)生大量流動死區(qū)，非常不利于混合和傳質，所以工業(yè)上常采用多個較小的攪拌釜來代替單一的大型攪拌釜，這樣一來進一步導致攪拌釜的投資進一步抬升。另外，由于攪拌器必須穿過加壓反應器壁面，對密封帶來了很大的挑戰(zhàn)，同時受到攪拌軸轉動的影響，對反應器壁和攪拌槳提出了很高的應力要求，同時攪拌槳作為動力機械，不可避免有著檢修維護成本高，能量轉化效率低等問題。

為了消除機械攪拌式反應釜的上述缺陷，現(xiàn)有技術也報道過采用鼓泡塔作為替代進行氫甲酰化反應。在此類鼓泡塔反應器中，反應氣體從反應器底部鼓入，利用氣體分布器促進反應氣體在液相中的分散以增加傳質面積，氣泡在液相中上升，從而達到氣液兩相混合的目的。盡管鼓泡塔在一定程度上緩解了攪拌漿本身帶來的設備制造和維護的相關問題，但是鼓泡塔產(chǎn)生的氣泡隨著反應的進行在反應器內部不均勻分布，造成濃度和溫度的不均勻，仍然會嚴重影響反應的轉化率和產(chǎn)物的選擇性。

曾經(jīng)有報道指出在反應器的筒體中使用導流筒可以一定程度改善環(huán)流和傳質效果，還有報道認為在橫截面為圓形的反應器內設置橫截面為方形的導流筒可以得到最優(yōu)化的環(huán)流和傳質效果，但是這些設置方式仍然無法完全滿足工藝過程的苛刻要求。

因此，迄今為止，本領域仍然迫切需要研發(fā)一種新型的反應器，該反應器需要通過對現(xiàn)有反應設備進行簡單而廉價的改進，很高效地實現(xiàn)傳質效果的顯著改善，以實現(xiàn)反應效率的提高。

針對以上問題，申請人提出了一種用于進行氣-液相反應的噴射環(huán)流反應器，通過對其中一個或多個組成部件進行重新設計，實現(xiàn)了氣液混合效果的顯著提高和停留時間的驚人改善，進而顯著提高了氣-液相反應的轉化率、反應速率和產(chǎn)物的時空產(chǎn)率。基于上述研究成果，實現(xiàn)了本發(fā)明的技術目的。

發(fā)明內容

根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種噴射環(huán)流反應器，所述反應器包括筒體，位于該筒體頂部的出氣口和至少一個流體導入管，位于該筒體內部的噴嘴、導流筒和擋板，以及位于該筒體底部的出液口，其特征在于，所述導流筒的上部和下部均開放，所述導流筒與所述筒體共中心，所述噴嘴從上至下延伸入所述導流筒內，所述導流筒的橫截面形狀是中心對稱的、該橫截面的周邊輪廓由三至三十個選自半圓形、半橢圓形、三角形、圓角三角形、梯形、圓角梯形、和瓣形的形狀組成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述導流筒的橫截面形狀由以下式I的函數(shù)確定：