[发明专利]多阶梯循环式喷射反应器

说明书

技术领域

本发明涉及反应器，具体而言，涉及阶梯循环式喷射反应器。

背景技术

喷射反应器是一种具有高强度混合效果的反应器形式，它通过流体高速喷射从而使得反应物之间可以相互剪切成微小颗粒充分混合，增加反应物各相之间的接触面积，能够强化传质与传热，加快反应速率，改善浓度和温度分布，抑制副反应，提高反应的选择性，因此喷射反应器特别适合于气液、液液等多相反应过程。随着经济发展和工业生产规模的扩大以及降低能耗的要求，喷射反应器也越来越要求趋于大型化，内部结构的多样化。

但在放大过程中，喷射反应器受到两个重要因素的制约，一是射流的有效作用深度，二是射流的有效混合半径。也就是说，如果反应器的高度与半径尺寸太大时，将会导致喷射器混合性能的下降，最终影响反应效果。如为了实现在反应器容积大大提高后仍能保持流体的高度湍流和优良的混合性能，则必须大大强化喷射循环系统的电机功率，而这往往是非线性的。也就是说，当反应器达到一定容积时，所配套的循环泵电机功耗与反应器容积成非线性关系--—这是由喷射器的结构所决定的。因此，现有的喷射反应器要么混合性能良好，但是能耗高，要么能耗较低，但混合性能不好。

传统的喷射反应器只能够形成喷射流，而在喷射流的末端仍然有相当多的动能和势能没有被引导着使用，造成反应器的反应腔的下端的反应物扰动非常不均匀，这会使得许多动能和势能转化为热能，从而使得反应的能量利用率降低，并且使得反应不可控性增加。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有混合性能优良、能耗低的优点的阶梯循环式喷射反应器。

根据本发明实施例的阶梯循环式喷射反应器包括：本体，所述本体内具有反应腔，所述反应腔的壁上设有进料口、出料口、循环出料口和循环进料口；喷射管，所述喷射管通过所述循环进料口伸入到所述反应腔内；外循环管，所述外循环管的第一端与所述循环出料口连通，所述外循环管的第二端与所述喷射管的进口连通；循环泵，所述循环泵设在所述外循环管上；和阶梯循环管，所述阶梯循环管设在所述反应腔内，所述喷射管的出口端通过所述阶梯循环管的进口伸入到所述阶梯循环管内。

根据本发明实施例的阶梯循环式喷射反应器具有混合性能优良、能耗低等优点。

另外，根据本发明实施例的阶梯循环式喷射反应器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述出料口位于所述进料口的上方，所述循环出料口设在所述反应腔的底壁上，所述循环进料口设在所述反应腔的顶壁上，所述喷射管和所述阶梯循环管竖直地设置，其中所述阶梯循环管的纵截面为矩形。

根据本发明的一个实施例，所述阶梯循环管为多个，所述喷射管的出口端通过位于最上方的所述阶梯循环管的进口伸入到位于最上方的所述阶梯循环管内，相邻两个所述阶梯循环管中的位于上方的一个的出口端通过相邻两个所述阶梯循环管中的位于下方的一个的进口伸入到相邻两个所述阶梯循环管中的位于下方的一个内。

根据本发明的一个实施例，多个所述阶梯循环管由上向下为第一级阶梯循环管、第二级阶梯循环管、……和第N级阶梯循环管，N为大于等于2的整数，其中相邻两个所述阶梯循环管中的位于上方的一个为上一级阶梯循环管，相邻两个所述阶梯循环管中的位于下方的一个为下一级阶梯循环管，所述上一级阶梯循环管的伸入到所述下一级阶梯循环管内的部分的长度与所述下一级阶梯循环管的直径的比值大于等于0.1且小于等于0.3。

根据本发明的一个实施例，每个所述阶梯循环管的直径大于等于5毫米且小于等于200毫米，所述喷射管的直径为d0，所述第一级阶梯循环管的直径为d1，所述第二级阶梯循环管的直径为d2，……，所述第N级阶梯循环管的直径为dn，其中所述喷射管的直径和多个所述阶梯循环管的直径满足以下关系式：

根据本发明的一个实施例，所述第一级阶梯循环管的长度为h1，所述第二级阶梯循环管的长度为h2，……，所述第N级阶梯循环管的长度为hn，其中所述h1大于等于100毫米且小于等于1000毫米，多个所述阶梯循环管的长度满足以下关系式：