[发明专利]平行的喷射环流反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连续地转化一种具有至少另一种流体的液体的装置。

背景技术

液体是一种基本上不可压缩的可流动的介质。气体是一种可以压缩的可流动的介质。流体或者是一种液体，或者是一种气体。一种尤其是借助于一种气体或者一种液体而流化的，在一定条件下为粉末状的固体材料按照本发明同样也是一种流体。

按照本发明，输入的液体是指一种材料或者混合材料，它位于整套装置里在反应条件下处于流体的集合状态，并且具有至少一种反应物。所谓气体是指一种纯的气体或者一种混合气体，后者具有至少一种反应物和必要时一种惰性气体。具有两种反应物的气体的一种实例是由氢和一氧化碳组成的合成气体，它例如使用于加氢甲酰化。

对于喷射环流反应器(英语jet loop reactor)来说，按照本发明是指一种用于连续地转化一种液体和至少另一种流体的装置，其中液体在压力下经过一个喷嘴进入反应腔里，并纵向沿着主流动方向流过反应腔，在反应腔的位于喷嘴对面的端部反向，迎着主流动方向返回流动，并重新在主流动方向上加速，从而在反应腔之内形成一种内部的液体回路(环路)。第二种流体被液体流动一起带走，并对于沿着回路的行程作出反应。液体因此用作为工作射流介质。为了使动能传入液体，反应腔配置有一个外部液体回路，在这回路里一部分液体在反应腔之外的回路里运行。在外部液体回路里设有一个泵，它给液体流加上了用于在反应器里建立环路流动所必需的动能。喷嘴相应地从外部液体回路供给液体。已知的喷射环流反应器表示于图1a和1b中。

在喷射环流反应器技术方面良好的入门资料为：P.Zehner，M，Krause所著“泡罩塔”，Ullmann’s工业化学百科全书，电子释放，第7卷，4章，Wiley-VCH，Weinheim(2005)。

对于在气体/液体系统里或者也在气体/液体/液体-系统里有效地实施多相反应来说，为了避免材料运输的限制，所参与相的强烈混合具有重要意义。这在技术上通过一系列不同的反应器方案来实现，在搅拌压煮锅处开始，经过泡罩塔和装料体柱一直到具有静力混合器的管式反应器。[K.Schuegerl；”用于嗜氧微生物过程的生物反应器”；Chem-ing-Tech.52，(12)，1980，951-965]。这种系统的缺点在于：其材料转换系数(k_La)部分来说比较低。

为了改善材料的转换，特别是在多相催化器里，已经开发了各种不同的反应器方案，它们的共同的特征是回路流动大。[E.H.Stitt：“精细化工的可供选择的多相反应器-在搅拌槽那边的领域？”化学工程。J.90，2002，47-60]。通过相应的混合装置，如喷嘴或者孔板，产生必需的材料交流面。基于多料喷嘴的特殊反应器已经做过深入的试验。[N.Raebiger；“在射流驱动的环路反应器中的流体动力学和物料交换”；实践工艺技术：热工技术，TUEV出版社，Rheinland公司，科隆，1988]，并且，如在DE 19836807中所述的那样，成功地使用在一种加氢甲酰化的试验设备中。反应器的特征在于，高的空间-时间-增益和在气体-和液体相之间的物料转换速度。此外取消了通常对于气体反馈必需的环路压缩器，这是因为未转换的气体通过喷嘴在反应器里又重新分散成液体。在反应器里的气体含量可以通过料位和喷嘴的气体抽吸相对位置自由选择。在反应器里出现的大的循环流除此之外可以实现一种差不多无梯度的运行方式。

在一种单个的喷射环流-反应器里高度/直径比这里只能在从3至10的狭窄范围里变动，以便保证在可代表的反应器结构高度时充足的反应容积。混合性能和物料转换在敦实的实施形式中受到负面的影响，这只是可以有条件地通过在一个反应器里布置几个喷嘴和引导管来补偿【Y.Gan et al.；”具有低的高度-直径比的喷射环流反应器的配置研究”；化学反应器工程技术。15(3)，1999，268-274】。此外由于表面-容积比小更使排热变差。这可能使得在反应器里采用场管用于放大热交换面成为必要，例如在DE 19854637中所述的那样，因而除了内部的循环流动影响之外，还要考虑较高的结构费用。

具有一种长细比(反应器的高度与反应器的直径之比)H/D＞10的反应器可以实现比较更大的气体含量，然而并不适合于由于小的容积而按比例放大。根据得出的反应器高度，在反应器放大至至关重要的反应容积时越来越产生高的内部压力损失，并以此形成一种超高的能量消耗，这导致了反应器能力的明显变差。由于较小的直径这里然而可以实现一种充足的热交换功率，而没有附带的损失。

发明内容