[发明专利]锥形螺旋管式射流反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工反应器，特别是涉及一种利用锥形螺旋管实现气液或液液射流混合的反应器。

背景技术

静态反应器及射流反应器是化工、石油等领域应用比较广泛的两种类型反应器。这两种反应器具有各自的适用范围及优缺点，比如静态反应器属于平推流反应器，反应过程无返混副产物少，并且通过改变流速或反应管长度可以控制不同的反应停留时间，但静态反应器长径比比较大，混合元件在强化反应的同时也使流动阻力显著增加。而射流反应器主要利用高速流体与低速流体之间的卷吸作用实现流体之间高效、快速混合，流体流动阻力小，但流体之间强烈混合的时间很短，反应停留时间很难人为控制，对于停留时间较长的反应适应性较差。本发明综合利用了以上两种反应器的结构及流动特点，同时具备了射流混合、对流混合及分布混合三种强化机理。该反应器既有静态反应器承压能力高、容积小、比表面积大、返混少、反应参数易于控制等优点，又具有射流反应器结构紧凑、操作可靠、混合效果好等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锥形螺旋管式射流反应器，该反应器比表面积大、压力波动小、反应参数易于控制，能有效地将传统釜式滴加反应的间歇生产方式转换为连续生产方式，特别适合于气液比较大的反应过程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

锥形螺旋管式射流反应器，包括锥形螺旋射流管、反应器管体、反应器夹套、反应器锥壳、反应器出口管、主流入口管、反应器法兰盖及射流入口管；锥形螺旋射流管由多个锥段构成，其螺旋管最大直径与最小之间的过渡段为一个锥段，锥段大端直径等于或小于反应器管体内直径，锥段小端直径根据主流的低速流体及射流的高速流体流动特性确定；锥形螺旋射流管的螺距根据主流流体的流动特性确定，保证主流流体在锥形螺旋射流管的扰流作用下形成径向流动，在层流状态下取1/8~1/4反应管内直径，在湍流状态下取1/4~1/2反应管内直径；锥形螺旋射流管的直径及壁厚取1~3mm。

所述的锥形螺旋管式射流反应器，锥形螺旋射流管内壁及外壁上、沿回转轴线垂直方向开有通孔，即射流孔，射流孔在螺旋管上，沿圆周方向等角度均布。

所述的锥形螺旋管式射流反应器，在反应器入口端，锥形螺旋射流管与射流入口管焊接连接，射流入口管与反应器法兰盖之间采用焊接或活套螺纹连接；在反应器出口端，锥形螺旋射流管的端部焊接封死，射流流体全部由射流孔流出。

所述的锥形螺旋管式射流反应器，主流流体通过主流入口管进入反应器管体内并充满后，射流流体由射流入口管进入锥形螺旋射流管通过射流孔沿反应器半径方向喷射到主流流体中，射流流体向外喷射到反应器管体内壁，向内喷射到反应器管体轴线。

进一步说明如下：

锥形螺旋管式射流反应器，包括锥形螺旋管、反应器管体、反应器夹套、反应器锥壳、反应器出口管、主流入口管、反应器法兰盖及射流入口管等。

锥形螺旋射流管是该反应器的核心关键部件，由直径较小的金属管螺旋盘绕而成，在反应管内形成三个或三个以上的锥管段（螺旋管最大回转直径与最小回转直径之间的过渡段称为一个锥段）。锥形螺旋管大端回转直径等于或略小于反应管内直径，其主要作用是支撑锥形螺旋管并使其与反应管对中。锥形螺旋管小端回转直径为反应管内直径的1/4左右，其具体值取决于射流流体与主流流体的流速及粘度，要保证最小回转直径处的射流流体能够快速到达反应器轴线。

锥形螺旋射流管的螺距根据主流流体（低速流体）的流动特性确定，螺距大小主要影响反应器内螺旋管锥段数量，进而影响锥形螺旋管对流体的扰流强度。随着螺距的减小螺旋射流管对主流的扰流作用增强，但当螺距减小到一定程度后，主流流体绕过螺管径向流动阻力显著增大，反而降低了流体的湍动程度及混合效果。

锥形螺旋管沿回转轴线垂直方向在管内外两侧开有射流孔，射流孔在螺旋管上沿圆周方向等角度排列。射流孔数量及射流孔直径确定的原则是每个射流孔内喷射出来的流体在主流中的径向影响范围要达到反应管内壁及反应管轴线，轴向影响范围要连接到相邻轴向射流孔射流影响范围。