[發明專利]一種氣液固三相攪拌釜式反應器

有效

• 申請號: 202110182216.4
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112915953B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 張猛;許彥達;李廣忠;黃賀源;李坤
• 申請（專利權）人: 中國天辰工程有限公司
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;B01J4/00
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 王春梅

本發明提供了一種氣液固三相攪拌釜式反應器，包括釜體，釜體的頂部插接有攪拌軸，攪拌軸上從上到下依次設有漏斗、斜葉攪拌槳、第一轉向錐形體、第二轉向錐形體以及導流細化槳，釜體內的腔體外側均布有若干導流細化板，釜體的底部設有氣體噴射器。該種氣液固三相攪拌釜式反應器，斜葉攪拌槳在轉動的過程中執行氣液擴散和反應液泵送作用，導流細化槳在轉動過程中執行導流、細化顆粒和氣泡的作用，導流細化板執行導流、細化顆粒和氣泡的作用，氣、液、固三相在上述構件的多重作用下，在反應器內形成大尺度的軸向、徑向的運動和分子水平的混合，使反應物料分布更為均勻，反應進行更加徹底，反應放熱更加均勻，同時大尺度的循環流動降低了返混的程度。

技術領域

本發明屬于甘氨酸生產技術領域，特別是涉及一種氣液固三相攪拌釜式反應器。

背景技術

甘氨酸是氨基酸系列中結構最為簡單的一種氨基酸，在分子中同時具有酸性和堿性官能團，溶于極性溶劑，而難溶于非極性溶劑。甘氨酸是一種重要的有機化工原料，其可用在食品、飼料、藥物加工等領域。

目前，工業化和具有工業化前景的生產甘氨酸的工藝主要有氯乙酸氨解法、施特雷克法、氫氰法及生物合成法等。氯乙酸氨解法是以烏洛托品為催化劑，氯乙酸、氨氣為原料，經過氨化、混晶分離、母液回收、甘氨酸精制等過程得到甘氨酸，生產甘氨酸同時副產氯化銨。又根據溶劑的不同分為醇相法與水相法，醇相法采用甲醇為溶劑，氯乙酸、氨、烏洛托品、甲醇按一定的配比在氨化攪拌釜式反應器于溫度：60-115℃、pH：6.0-7.5、壓力：0-10bar條件下進行反應；當反應進行到一定程度時，反應產物甘氨酸會因在溶劑甲醇中的溶解度較小的原因而以固體形式析出，此時，氨化反應釜內呈現出氣-液-固三相；反應的母液經離心機將固體分離后，其中一部分母液作為循環母液重新送至反應器，另一部分進入后續工段進行回收處理。

目前，已公布的發明專利中未有適用于氯乙酸氨解法制備甘氨酸反應器的專門報道。然而，氨化反應作為整個工藝的核心，同時反應器作為關鍵設備，其在整個工藝中的重要性不言而喻，這其中涉及到氣液反應過程中的傳熱、傳質過程和氣液固三相之間的動量傳遞即相分布問題；傳熱、傳質、動量傳遞的好壞直接決定甘氨酸產品的產量和品質。具體來講：

(1)氯乙酸氨化反應為放熱反應，反應過程中會放出大量熱量，根據化學反應平衡原理，降低溫度更有利甘氨酸的生成；但是反應溫度過低，會導致反應速度慢、反應不充分、生產周期長，影響產量，同時循環水的消耗也會增加。反應溫度過高，會造成反應進行過于劇烈，難以控制反應進行的程度，不利于安全生產，同時副產物增多，導致甘氨酸產品品質和產量下降。

(2)氯乙酸氨化反應為氣液非均相反應，反應過程中氣液兩相接觸面積的大小即氣泡大小和氣相分散程度直接影響甘氨酸產品的質量和轉化率。換句話說，氣泡越小、氣相越分散，相應的氣液接觸面積也越大，反應進行的越徹底，甘氨酸產品的品質和轉化率也越高。

(3)隨著固體甘氨酸和固體氯化銨在反應液中析出，反應釜內的動量傳遞情況也越復雜，固體對反應的影響主要集中在固體會占據氣相的空間，從而影響氣液傳質的過程；同時，由于固體密度較大，部分會沉積到反應器底部，形成死區，甚至堵塞卸料口，影響反應的正常進行。

同時，需要強調的是，氯乙酸溶液呈現出明顯的酸性，雖然在反應過程中，反應液的pH需要控制在6.0-7.5之間，但是仍然需要特殊考慮反應器的抗腐蝕性。另外，傳統攪拌釜式反應器具有返混程度較大的特點，使得不同停留時間的物料發生混合，對反應的進行造成不利的影響。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在克服上述現有技術中存在的缺陷，提供一種氣液固三相攪拌釜式反應器，以實現氣液兩相在反應器內良好的傳熱和傳質過程、氣液固三相在反應器內良好的動量傳遞過程以及減小不同停留時間物料之間的返混程度，同時為已經具備一定產能的甘氨酸生產廠家和打算規劃生產甘氨酸的廠家提供安全可靠且經濟環保的氨化反應器。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：