[发明专利]气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工反应技术领域，特别是指一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器及方法。

背景技术

全混流是一种理想流动，返混程度无穷大，用具体的量化指标来说是无因次方差σθ²等于1。

全混流反应器主要应用在动力学研究方面，尤其是在快速反应的动力学研究方面，具有独特的优势。然而，全混流既然是一种理想流动，实现起来有很大的困难。多年来，为了实现全混流，研究人员做了大量的研究工作，开发了多种不同结构形式的反应器，其中典型的有篮筐式反应器和循环反应器。

篮筐式反应器将固体催化剂装载在高速旋转的篮筐中，气体或液体反应物与篮筐中的催化剂接触反应。这种形式的反应器返混程度完全依靠篮筐的转速来控制。篮筐式反应器结构复杂，反应物与催化剂不能充分接触，就目前了解到的情况看，σθ²最大可达0.8左右，虽然说已经是比较高了，但距离真正的全混流仍然有不小的差距。

另一种实现全混流的方法是采用循环反应器，即将反应器出口物料一部分返回到反应器入口。将返回到反应器入口的量与离开反应系统的量之比定义为循环比，一般当循环比大于25以上的时候，σθ²就可以达到0.8以上，如果要接近1，循环比需要非常大。在实验室进行动力学研究，如果是液相反应或液固相反应，采用循环反应器是比较方便的，因为用一台泵就可以对液体进行定量循环；而对于通常的气固相反应，采用循环反应器有一定的困难，因为从实验成本考虑，反应器不可能做得很大，也就不方便采用气压机来进行气体的循环。

对于授权公告号分别为CN2659539Y、CN2810740Y、CN201046396Y、CN1448211的发明专利以及申请号为95242992.6的实用新型公开都公开了用于物料混合的反应器，但是这些专利中公开的反应器都是采用在反应器内设置搅拌器或设置导流筒以及导流筒内的螺旋桨来使物料进行混合，这种反应器结构要靠搅拌器或螺旋桨来使反应物流动，结构复杂。而且对于气固相反应，如果搅拌器或螺旋桨转速低，由于内部损耗，速度很快就降下来，无法实现长时间反应，如果转速过高，则容易把固体打成碎屑，无法实现反应，而且由于这种反应器需要全封闭，因此搅拌器或螺旋桨的转动一般通过内外设置的磁铁，反应器内的磁铁安装在搅拌器或螺旋桨的轴上，通过外面的磁铁旋转带动它旋转，从而带动搅拌器或螺旋桨转动，这种传动方式很难实现搅拌器或螺旋桨高转速。因此上述搅拌器或螺旋桨式的反应器无法实现全混流。

因此，开发一种结构简单、操作方便、σθ²可以接近1的全混流反应器，是进行气固相反应动力学研究的科研人员梦寐以求的事情。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器。该反应器可利用自身结构实现气相或气固两相反应，结构简单，且可使无因次方差σθ²接近1。

本发明的另一目的是，还提供了一种采用上述反应器实现全混流的气相或气固两相流体流动方法，使用该方法可使无因次方差σθ²接近1。

为了解决上述问题，本发明采取以下技术方案：

一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，所述反应器包括相连接的上、下两部分，上、下两部分均为回转体，上、下回转体为自回转体的底部至上、下回转体相连接的方向回转体的截面直径逐渐增大的结构，在反应器的下回转体上设有至少一个气体进料通道，反应器顶部设有出气口，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。

优选的，所述反应器上回转体为球冠体，下回转体为倒圆锥体或倒圆台。

优选的，在反应器上设有催化剂进料通道，在出气口上设有过滤网。

优选的，在反应器的同一横截面上同顺时针或同逆时针设置有至少两个气体进料通道，优选为2个，更优选为4个。

优选的，所述气体进料通道设置在下回转体的1/2以下的位置，优选为1/6～1/2，所述反应器的上回转体为球冠体，所述球冠体的高度与球体半径之比优选为1/2～1/1。

优选的，所述反应器下回转体的两条母线的最大夹角大于等于15°，优选为15°～170°，更优选为60°～120°。

优选的，所述反应器下回转体的高度为20mm～10000mm；所述气体进料通道的出口直径为0.01mm～10mm，优选为0.1mm～3mm；所述反应器顶部出气口的直径为7mm～350mm。

一种利用上述反应器实现全混流反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：