[發明專利]一種用于快速強放熱反應的新型連續流耦合反應器

在審

• 申請號: 202011247730.3
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112473612A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 竇曉勇;趙鐸;史紅軍;陳聚良;喜素靜;孫浩杰;蘇遠海;羅正鴻;李光曉;劉塞爾;華東旭;李淵博
• 申請（專利權）人: 中國平煤神馬能源化工集團有限責任公司;上海平煤神馬科技有限公司;上海交通大學
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01F13/00;B01F15/00
• 代理公司: 成都其高專利代理事務所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 廖曾

本發明公開了一種用于快速強放熱反應的新型連續流耦合反應器，包括反應器殼體；所述反應器殼體內由上至下設有微結構混合器與大通量管式反應器，大通量管式反應器入口與微結構混合器出口相連；微結構混合器用于將反應物料高效的混合與分散，并能精準的控制溫度，將均勻混合后的反應物料快速引出至后端大通量管式反應器中進行反應；大通量管式反應器具有內換熱管和外換熱夾套，提供反應所需換熱量。本發明中的新型連續流耦合反應器系統將具有微結構的混合器與大通量管式反應器組合在一起進行合理的優化匹配，在進行大通量操作時，保證反應器具有高效的混合、傳質和傳熱性能的同時，還能通過調整內換熱管的不同尺寸和折彎方式實現反應器換熱面積的靈活調整。

技術領域

本發明涉及一種化工快速混合與反應設備領域的技術，具體是一種用于快速強放熱反應的新型連續流耦合反應器系統。

背景技術

化學反應過程，尤其是快速強放熱的非均相反應過程，對反應設備的混合和傳遞性能提出了很高的要求。傳統反應裝置常常由于反應體系內流動現象復雜，反應器內溫度場和濃度場分布不均勻等問題無法達到理想的反應效果，也導致反應器的操作和對反應條件的精確控制變得十分困難。為了避免這些問題，傳統反應過程常常在低負荷、產物大量回流等條件下進行操作以降低反應過程的風險，但是這種做法相對耗時，且有可能帶來反應過程效率低、收率低等問題。對受混合和傳遞控制的反應過程進行過程強化，其關鍵在于提升反應器的混合、傳質和傳熱能力。

近年來，連續流微反應器技術受到廣泛關注并在多個領域進行應用。對于快速強放熱的非均相反應過程，單一的連續流微反應器的混合、傳質和傳熱效率仍有提升空間。中國專利CN107551967A和CN107442017A公開了兩種強化連續流微反應器混合、傳質和傳熱性能的方法和裝置，通過縮小物料進口尺寸和在通道內增加擋板式結構實現過程強化。為了在保證微通道反應器混合、傳遞性能的基礎上增加反應器的處理量，中國專利CN108686593A公開了一種多尺度微結構反應器，采用對撞混合的方式實現高通量下的快速高效混合和反應。

目前，在具有換熱能力的連續流管式反應器中，反應物料一般走管程，換熱介質走殼層，為實現連續流反應器的大通量操作，一般采用增加通道尺寸和數目的方式，反應器的傳熱面積隨管徑的增加減小，導致反應器在進行大通量操作時換熱能力不足，反應器內溫度分布不均勻，降低反應的選擇性。另外，現有技術多采用單一反應器形式，無法同時滿足混合、傳質、傳熱和大通量的要求，特別是針對快速強放熱的非均相體系，多種反應器形式的耦合顯得尤為必要。

發明內容

本發明針對現有反應器技術中返混嚴重、傳質傳熱速率不高，導致反應效率偏低，對于快速強放熱反應，在反應器放大過程中，反應器尺寸的增加導致反應器內熱量分布不均導致反應選擇性降低，提出一種用于快速強放熱反應的新型連續流耦合反應器系統，通過將微結構混合系統和大通量管式反應系統進行合理的優化匹配，在反應器進行大通量操作時，保證反應器具有高效的混合、傳質和傳熱性能，實現反應器內濃度場和溫度場的均勻分布，并能實現反應器換熱面積的靈活調整。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種用于快速強放熱反應的新型連續流耦合反應器，它包括上下連接在一起的、均為夾套式結構的微結構混合器和大通量管式反應器；所述微結構混合器和大通量管式反應器的內腔相互連通，且夾套腔互不連通；在所述微結構混合器的上端和大通量管式反應器的下端分別連接有與內腔相連通的物料進口和物料出口；

在所述微結構混合器外壁的上端部和下端部分別設置有與微結構混合器夾套腔相連通的循環出口管和循環水進口管；在所述微結構混合器的內腔設置有具有微孔結構的流體分散器；