多用途列管式填料反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及兩相物料、多相物料反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種多用途列管式填料反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)中，對于液液相反應(yīng)、氣液相反應(yīng)、氣固液相反應(yīng)，通常使用固定床、流化床、塔式反應(yīng)器、管道反應(yīng)器及各種傳統(tǒng)反應(yīng)釜等進行反應(yīng)。但這些反應(yīng)裝置中由于結(jié)構(gòu)原因會造成傳質(zhì)阻力較大而難以克服，經(jīng)常需要增加溶劑使用量，造成后處理及環(huán)保壓力增大；而其中反應(yīng)熱傳導(dǎo)困難孕含的安全隱患更為突出。這是一個行業(yè)內(nèi)迫切需要解決的重大難題。
[0003]為此，國內(nèi)外各種科研機構(gòu)和企業(yè)進行了大量的理論探討和實踐研宄。近年來，國外公司逐步推出了回路反應(yīng)器和更為先進的高通量-微通道連續(xù)流反應(yīng)器，對解決反應(yīng)中的傳質(zhì)阻力和熱傳導(dǎo)起到了較好的效果:
[0004]回路反應(yīng)器是將液液、氣液、氣固液反應(yīng)的液體通過文丘里噴射器將反應(yīng)氣體吸入后充分混合噴射于反應(yīng)器下部液面中，在液體內(nèi)形成大量的微小氣泡，借助這樣大量增加的氣液接觸面積，大幅降低了反應(yīng)傳質(zhì)阻力；而由此產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱，則隨著回路反應(yīng)器底部安裝的循環(huán)泵導(dǎo)出的反應(yīng)液體，進入外置式列管換熱器進行交換。理論上這種換熱器不受反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)制約，換熱器面積可以做到無限大，較好地解決了反應(yīng)熱的熱傳導(dǎo)問題。缺陷是傳質(zhì)阻力是減少了很多，但是我們從它的回路結(jié)構(gòu)上可以看出，從外置式換熱器出來的反應(yīng)液，一部分作為產(chǎn)物排出，進入后處理工序；另一部分則通過環(huán)路返回到文丘里噴射器的入口端，與初始反應(yīng)物料液混合進行再次回路返混循環(huán)。這種生熟料液混合方式在很多化學(xué)反應(yīng)中，產(chǎn)物與原料之間會產(chǎn)生副反應(yīng)和各種雜質(zhì)；這樣的反應(yīng)方式僅適用于硝化等反應(yīng)較為劇烈、完全地少數(shù)化學(xué)反應(yīng)，否則會造成反應(yīng)不完全。如果進行串聯(lián)反應(yīng)，即使不考慮設(shè)備投資，其中弊端也將被累積。另外，由于大量的反應(yīng)熱形成并集聚于反應(yīng)器下部液體內(nèi)，而要等待被循環(huán)泵導(dǎo)入到外置式換熱器后，熱能才會被交換，弊端顯而易見；價格昂貴也是這種設(shè)備難以普及致命的缺陷。
[0005]高通量-微通道連續(xù)流反應(yīng)器，比之則有顯著的優(yōu)點:同等流量的液態(tài)原料進入反應(yīng)器后，被分流后在大量微型廻轉(zhuǎn)回路中分別進行混合反應(yīng)。這樣，在單位時間、單位體積的反應(yīng)器中，流體被分散分流后又經(jīng)歷了比之正常通道漫長的多又反復(fù)混合的流程，且沒有任何返混現(xiàn)象發(fā)生。反應(yīng)迅速、徹底，還可以減少甚至不使用溶劑，產(chǎn)品純度、收率反而提高。由于其“三明治”夾層形態(tài)的扁平矩形特殊結(jié)構(gòu)，反應(yīng)微循環(huán)通道兩面整體貼合于熱載體交換器，反應(yīng)熱會被迅速移除。所以，該反應(yīng)器是迄今為止結(jié)構(gòu)、效能最為先進的化學(xué)反應(yīng)器。當然，它的材質(zhì)(特種玻璃、特種陶瓷)也是最好的，因此它的價格也是最為昂貴，制約了它在大型工業(yè)合成工藝中的普及應(yīng)用。
[0006]綜上所述，在大型工業(yè)化生產(chǎn)中，如何減小化學(xué)反應(yīng)時的傳質(zhì)阻力，較快速及時速傳導(dǎo)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能或者反應(yīng)所需的熱能，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種多用途列管式填料反應(yīng)器，既可減小反應(yīng)物料的傳質(zhì)阻力，又能較快速及時傳導(dǎo)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能或者反應(yīng)所需的熱能。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種多用途列管式填料反應(yīng)器，包括:具有載熱體進口和載熱體出口的殼體，與所述殼體兩端相連的封頭，設(shè)置于所述殼體內(nèi)且供反應(yīng)物料反應(yīng)的若干根反應(yīng)管；其中，所述反應(yīng)管內(nèi)填充有填料。
[0010]優(yōu)選的，所述反應(yīng)物料為液相反應(yīng)物料，位于所述殼體頂端的所述封頭設(shè)置有反應(yīng)物料進口，或者所述殼體的三分之一處設(shè)置有反應(yīng)物料進口且所述反應(yīng)物料進口靠近所述殼體的頂端；位于所述殼體底端的所述封頭設(shè)置有產(chǎn)物出口。
[0011]優(yōu)選的，所述多用途列管式填料反應(yīng)器的反應(yīng)物料進口處設(shè)置有將所述液相反應(yīng)物料霧化至所述反應(yīng)管內(nèi)的霧化噴射器。
[0012]優(yōu)選的，所述霧化噴射器包括:導(dǎo)向管，多個與所述導(dǎo)向管連通的布液管，所述布液管設(shè)置有覆蓋每一根所述反應(yīng)管的管口的噴嘴。
[0013]優(yōu)選的，所述反應(yīng)物料包括液相反應(yīng)物料、氣相反應(yīng)物料，或者所述反應(yīng)物料包括液相反應(yīng)物料、氣相反應(yīng)物料和固相反應(yīng)物料；位于所述殼體底端的所述封頭設(shè)置有氣相反應(yīng)物料進口，位于所述殼體頂端的所述封頭設(shè)置有液相反應(yīng)物料進口，或者所述殼體的三分之一處設(shè)置有液相反應(yīng)物料進口且所述液相反應(yīng)物料進口靠近所述殼體的頂端；所述封頭設(shè)置有產(chǎn)物出口。
[0014]優(yōu)選的，所述反應(yīng)物料包括液相反應(yīng)物料、氣相反應(yīng)物料，或者所述反應(yīng)物料包括液相反應(yīng)物料、氣相反應(yīng)物料和固相反應(yīng)物料；位于所述殼體頂端的所述封頭設(shè)置有氣相反應(yīng)物料進口和液相反應(yīng)物料進口，位于所述殼體底端的所述封頭設(shè)置有產(chǎn)物出口。
[0015]優(yōu)選的，所述多用途列管式填料反應(yīng)器設(shè)置有將所述反應(yīng)物料混合并噴射至所述反應(yīng)管內(nèi)的文丘里噴射器。
[0016]優(yōu)選的，所述殼體為一級殼體，所述載熱體進口位于所述殼體的底端，所述載熱體出口位于所述殼體的頂端。
[0017]優(yōu)選的，所述殼體包括至少兩級相連的分殼體，相鄰兩段所述分殼體通過法蘭和密封墊相連，相鄰兩段所述分殼體內(nèi)的所述反應(yīng)管的管口相對應(yīng)；所述載熱體進口和所述載熱體出口均設(shè)置于每個所述分殼體上。
[0018]優(yōu)選的，所述反應(yīng)管的外壁具有螺紋、環(huán)形紋或者滾花處理面。
[0019]本發(fā)明提供的多用途列管式填料反應(yīng)器的使用方法為:反應(yīng)物料進入反應(yīng)管，反應(yīng)物料無論流量大小，在反應(yīng)管內(nèi)均被分解為流經(jīng)曲折的填料表面一層薄薄的液膜，在此，液液反應(yīng)的液相反應(yīng)物料在噴霧和液膜狀態(tài)下相互反復(fù)混合；氣液反應(yīng)的液相反向物料和氣固液反應(yīng)中的液體(包括混合有粉末催化劑和液相反應(yīng)物料的液體)在以液膜形態(tài)反復(fù)混合流動的同時，與填料中通透的氣相反應(yīng)物料形成反復(fù)的氣液交換。由于上述反應(yīng)中的液膜橫截面極薄，流動形態(tài)轉(zhuǎn)換很快，因此傳質(zhì)阻力極低；同時，反應(yīng)會產(chǎn)生熱能，甚至是劇烈地放熱，熱能通過填料、反應(yīng)管壁可即時、迅速地傳導(dǎo)至殼體內(nèi)的熱載體并被吸收交換。液相反應(yīng)物料以液膜形態(tài)經(jīng)過漫長的填料表面自上而下(一般為反應(yīng)管高度的數(shù)倍)從反應(yīng)管下口滴落，匯集到反應(yīng)器下部封頭處流出，不會出現(xiàn)任何反應(yīng)物料再接觸初始原料的返混現(xiàn)象。
[0020]本發(fā)明提供的多用途列管式填料反應(yīng)器，通過在反應(yīng)管內(nèi)填充填料，由于填料阻力小，傳質(zhì)效率高，則有效減小了反應(yīng)物料的傳質(zhì)阻力，縮短了反應(yīng)時間，減少了副反應(yīng)；同時，通過在反應(yīng)管內(nèi)填充填料，使得液相反應(yīng)物料在反應(yīng)管內(nèi)形成液膜，有利于反應(yīng)物料充分混合以及充分反應(yīng)；反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量，通過填料進行散熱并將熱量傳遞給反應(yīng)管，殼體內(nèi)的載熱體與反應(yīng)管進行熱交換，有效提高了傳熱效率。
[0021]同時，本發(fā)明提供的多用途列管式填料反應(yīng)器可作為蒸發(fā)器、精餾器使用，或合二為一使用:液相反應(yīng)物料或者混合有粉末催化劑和液相反應(yīng)物料的液體從多用途列管式填料反應(yīng)器上部1/3處水平進入，通過布液器、垂直安裝的噴嘴將其均勻混合地分布于各個反應(yīng)管的入口，經(jīng)填料以降膜形態(tài)向下流動，比相同體積的普通列管式薄膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積增加10倍以上，蒸發(fā)效率大幅增加。隨著殼體內(nèi)熱載體設(shè)定并傳導(dǎo)至填料表面的相應(yīng)液體沸點溫度的加熱，流下的特定組分液膜也會在反應(yīng)器內(nèi)部真空條件下不斷沸騰而向上蒸發(fā)形成蒸氣，通過上層反應(yīng)管內(nèi)的填料表面時經(jīng)過精確地溫度設(shè)定，進行進一步氣體交換和升膜蒸發(fā)，交換后的較純特定組分蒸汽通過殼體頂部封頭的產(chǎn)物出口流出；而沸點較高，較重的液體因為達不到沸點，則順著填料逐漸流到反應(yīng)器下部，自殼體底部封頭的出口流出。
[0022]本發(fā)明提供的多用途列管式填料反應(yīng)器作為氣體吸收交換器使用時，氣體由殼體下部封頭的反應(yīng)物料進口或由側(cè)面口引入，通過壓力使氣體由反應(yīng)管內(nèi)填料空隙向上流動。在此過程中會不斷與經(jīng)填料流下的吸收液膜進行氣液交換。經(jīng)填料內(nèi)部充分的錯流交換吸收后的較純凈氣體通過殼體頂部封頭的產(chǎn)物出口排出，而與氣體吸收充分交換后的液體自下口流出。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖引伸獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實施例提供的多用途列管式填料反應(yīng)器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為圖1中列管式填料反應(yīng)器的霧化噴射器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實施例提供的多用途列管式填料反應(yīng)器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實施例提供的多用途列管式填料反應(yīng)器中反應(yīng)管的結(jié)