[实用新型]一种撞击流多相反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及液-液混合多相反应，特别涉及流体粘度较大、液-液不互溶的多相反应，尤其是浓硫酸或离子液体催化异丁烷烷基化反应，属于石油化工、环境工程、制药工程等领域。

背景技术

随着我国汽车保有量的快速增长，尾气排放对大气污染的影响日益增加，油品质量是影响汽车尾气排放的重要因素，加快推进油品质量升级，如何生产符合国家日益严格的环保标准的清洁汽油调和组分，是国家资源环境/绿色制造的重大战略需求。烷基化油与其它组分相比，不含烯烃和芳烃，几乎不含硫,并且具有较高的辛烷值和较低的蒸汽压，是一种最为理想的清洁汽油，优势显而易见。目前我国烷基化油生产面临着前所未有的发展机遇和空间。

目前工业应用的浓硫酸或离子液体等液体酸催化异丁烷烷基化反应，浓硫酸和碳四的混合效果直接影响烷基化油的质量和收率。反应温度降低有利于减少副反应，提高辛烷值。但是浓硫酸或离子液体在低温情况下粘度增大，影响异丁烷向酸相的传质从而使得反应效率降低，同时会引起聚合、裂解等复杂的副反应。当液相中发生复杂的快速平行竞争反应或者连串竞争反应时，反应产物或者中间产物与原料某组分会进一步反应，以至于反应原料之间的初始混合效果极大地影响最终的产物分布、产品的收率和质量，并同时影响全生产过程的设计和能耗等指标。所以设计高效的液-液混合设备，实现液-液的初始快速混合，对于提高产品的质量、减少副产物的收率、优化整个生产过程具有重要的意义。

液-液混合的机理主要有层流混合和湍流混合。一般流体自然混合的分子扩散系数仅有1.0～10cm/s，而主体对流、涡旋运动的扩散系数则可达到其10万倍左右。对于高粘度液体之间的混合过程通常为层流混合，其混合主要借助于流体的分子扩散，如能够在低温情况下把高粘度液体的粘度降低，则可实现混合过程转变为湍流混合以强化传质的效果。工业生产中利用湍流混合机理实现液-液混合的设备主要有搅拌反应釜、射流喷射混合器、撞击流混合器、静态混合器、动态混合器等。其中，采用机械搅拌的形式混合流体的过程所对应的宏观混合时间较长，过程主要受宏观混合控制，其它几种形式的混合设备常用于低粘度液体之间的快速混合。

工业生产中最常见的搅拌反应釜主要由筒体、挡板和搅拌系统、传动及密封装置构成。对于具有高粘度液体的烷基化反应，目前广泛采用的有带搅拌装置的卧式反应器，专利ZL200520078557.3介绍了一种硫酸法烷基化工艺中的卧式反应器，主体是一个卧式压力容器，有一个内循环管、一个取走反应热的管束和一个混合螺旋桨。这种反应器内的返混较大，不利于提高反应的转化率。美国专利US6194625B1介绍了一种分段进料的烷基化反应器，反应区被分隔成几个串联的区段，将新鲜原料分隔成几股分别引入每个反应区段，而循环使用的高粘度反应物则是串流式的，每个反应区段内采用机械搅拌的方式进行混合。这种结构虽然克服了返混较大的问题，但结构过于复杂。另外，这两种结构都采用了固定转速电动机驱动的搅拌桨，很容易因密封不严而发生泄漏。静态混合器是最近20年发展起来的一种没有机械转动的混合设备。流体在流经静态混合器时，被混合元件分割成很薄的薄片，其数量按元件数的某次方增加，最终成为微小的液滴，从而达到充分的混合。静态混合器具有操作成本低，占地面积小，结构紧凑、不易泄漏、没有转动构件和制造安装方便等优点。但是，对于可能有固体产生的混合过程，容易使静态混合器堵塞，很难进行清理。此外，静态混合器还存在压降过大等致命缺点。