[發明專利]一種高流量比快速混合器及利用上述混合器的環形反應系統

有效

• 申請號: 202110588709.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113332947B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 駱培成;張夢雪;李春慧;武永軍;姚瀚植
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01J19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

本發明公開了一種高流量比快速混合器，包括反應筒體，所述反應筒體包括同心設置的外筒體和內筒體，內外筒體之間形成環形通道；所述反應筒體上連有大流量流體進液管和大流量流體出液管，大流量流體進液管和大流量流體出液管均與環形通道連通；內筒體沿縱向依次設有第一換熱區、緩沖室和第二換熱區，緩沖室連有小流量流體進液管，緩沖室的側壁上設有多個通孔，緩沖室通過通孔與環形通道連通；第一換熱區和第二換熱區分別設有與其對應的換熱介質入口和換熱介質出口，換熱區內還設有擋板，換熱介質從擋板一側的換熱介質入口進入換熱區，換熱介質穿過擋板與換熱區之間的縫隙后從擋板另一側的換熱介質出口排出換熱區。本發明還公開了利用上述混合器進行胺基連續硝化反應的環形反應系統。

技術領域

本發明涉及一種高流量比快速混合器，還涉及利用上述混合器進行胺基連續硝化反應的環形反應系統。

背景技術

化學工業反應中，各類放熱反應(如硝化、磺化和加氧等)占了很大的比例，其工藝過程復雜多變，因此不安全因素較多。有統計表明此類放熱反應的化工事故常常是由于反應溫度失控所導致的，如果能合理控制反應過程的升溫程度，就可以確保反應工藝的安全性，進而避免許多事故的發生。據Barton對英國間歇式化工過程中發生的反應失控事故進行的統計分析結果表明：化學工藝條件問題引發的事故所占比例為29％，21％的事故是由于加料出現問題，19％的事故是因為溫度控制出現問題，10％是由攪拌引發的。因此，如何將強放熱、快反應的工藝體系中多股流體間進行高效混合反應，合理控制反應過程溫度在安全范圍之內，對于化工安全生產具有重要的意義。

常規釜式反應器通過機械攪拌進行傳質，其單位體積的傳熱面積有限，尤其在反應釜尺寸較大時，換熱面積遠不能滿足換熱需求，導致反應放出的熱量不能及時移除。同時，釜式反應器內容易產生局部熱點，尤其對于硝化反應等危險工藝，容易導致爆炸事故的發生。為了消除安全隱患，在攪拌釜反應器內進行此類反應時，大多需要將反應物料緩慢滴加入反應器內，以控制反應過程的溫升，此種方法雖然大大降低了反應危險性，但是生產效率低下、副反應多、產品純度降低以及產品性質不穩定。此外許多研究者提出利用環形管式反應器進行硝化反應，該工藝主要由循環泵、反應管道以及冷卻器三個部分組成一個封閉循環系統，將反應物料在管式反應器內進行循環，利用較大流量的循環物料稀釋連續加入的新鮮物料，控制反應速率、及時移除反應熱。如瑞典國際化工有限公司在20世紀80年代開發并實現了循環泵式硝化工藝的工業化，將反應過程的溫升控制在15℃以內。河南開普化工股份有限公司在硝基苯硝化中采用環形硝化工藝，在環形硝化器的右上端保留攪拌槳，以強化新鮮氯苯和混酸之間的混合效果，同時將攪拌槳設計為軸流推進式，推動液體向下運動進入換熱器，通過兩臺管殼式換熱器將反應熱及時移除，與傳統釜式硝化工藝相比，環形硝化反應器的傳熱效率提高10倍以上。但目前環形硝化工藝主要針對硝化反應速率較慢的情況，當反應速率較快時，無法實現新鮮加入的物料與循環物料之間的快速混合，并且在幾何結構放大的過程中存在較大的放大效應。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術中當反應速率較快時，環形硝化反應器存在的無法快速混合新加入物料與循環物料以及幾何結構放大效應較大的問題，提供一種高流量比快速混合器，還提供了利用上述混合器進行快速硝化或者硝酸酯化的環形反應系統；本發明混合器能夠在反應速率較快時，實現新加入物料與循環物料的快速混合，并且通過形成多個分散的反應熱點實現對溫升的控制。

技術方案：本發明所述的高流量比快速混合器，包括反應筒體，所述反應筒體包括同心設置的外筒體和內筒體，內外筒體之間形成環形通道；所述反應筒體上連有大流量流體進液管和大流量流體出液管，大流量流體進液管和大流量流體出液管均與環形通道連通；內筒體沿縱向依次設有第一換熱區、緩沖室和第二換熱區，緩沖室連有小流量流體進液管；緩沖室的側壁上設有多個射流小孔，緩沖室通過射流小孔與環形通道連通；第一換熱區和第二換熱區分別設有與其對應的換熱介質入口和換熱介質出口，換熱區內還設有擋板，換熱介質從擋板一側的換熱介質入口進入換熱區，換熱介質穿過擋板與換熱區之間的縫隙后從擋板另一側的換熱介質出口排出換熱區。