本發(fā)明涉及化工、石油化工、環(huán)境、制藥、輕工等領(lǐng)域的氣液反應(yīng)裝置，特別涉及具有傳質(zhì)性能好的一種連續(xù)高剪切快速氣液反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

石油、化工、輕工、醫(yī)藥和環(huán)境保護等生產(chǎn)過程中廣泛存在氣液反應(yīng)，比如：氫化、氯化、磺化、尾氣吸收等單元操作，屬于具有重要意義的化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域。常用的氣液反應(yīng)器根據(jù)其總體結(jié)構(gòu)特點可以分為塔式反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、膜式反應(yīng)器及噴射反應(yīng)器。操作方式上有連續(xù)和半連續(xù)兩種，一般的氣體均為連續(xù)方式，液體可以間歇和連續(xù)。氣液兩相的接觸可以常用板式、填料、鼓泡和膜式等。對于氣液反應(yīng)而言，存在傳質(zhì)與反應(yīng)兩個步驟，一般地傳質(zhì)過程通常過程的控制步驟，其傳質(zhì)阻力主要存在于液膜，如果欲進行的氣液反應(yīng)是瞬時反應(yīng)，則傳質(zhì)速率是反應(yīng)器生產(chǎn)強度的關(guān)鍵問題，強化液相湍動將有助于減小傳質(zhì)阻力，所以選擇一種傳質(zhì)效率高的氣液反應(yīng)器型式，是獲得反應(yīng)器的高生產(chǎn)強度和高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵之一；另外，對于管式反應(yīng)器中能否維持氣泡的大小和穩(wěn)定性是氣液反應(yīng)效率的關(guān)鍵之二。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)高剪切快速氣液反應(yīng)器，既有管式反應(yīng)器的承壓能力高、容積小、返混少、反應(yīng)參數(shù)易于控制等優(yōu)點，又具有高剪切力、快速細化氣泡和液滴提高氣液比表面積、提供快速預(yù)混合、維持氣泡大小和穩(wěn)定性優(yōu)點。

按照本發(fā)明所提供設(shè)計方案，所述的一種連續(xù)高剪切快速氣液反應(yīng)器，包括反應(yīng)器的高剪切預(yù)混合器(1)、端蓋筒體(2)、液體進料口(3)、氣體進料口(4)、端蓋法蘭(5)、反應(yīng)管法蘭(6)、反應(yīng)管(7)、靜態(tài)混合器(8)和反應(yīng)管夾套(9)，其特征在于：高剪切預(yù)混合器(1)與端蓋筒體(2)相連，液體進料口(3)和氣體進料口(4)設(shè)置在端蓋筒體(2)內(nèi)，靜態(tài)混合器(8)在反應(yīng)管(7)內(nèi)，反應(yīng)管夾套(9)設(shè)置在反應(yīng)管(7)外側(cè)，端蓋筒體(2)和反應(yīng)管(7)通過端蓋法蘭(5)和反應(yīng)管法蘭(6)連接。

所述的高剪切預(yù)混合器(1)包括電機(1.1)、軸(1.2)、機座(1.3)、定子(1.4)、動力轉(zhuǎn)子(1.5)、連接塊(1.6)和機械密封(1.7)。電機(1.1)與機座(1.3)連接成整體，并與軸(1.3)連接，機械密封(1.7)安裝在軸(1.2)上，并與連接塊(1.6)形成整體，定子(1.4)安裝在連接塊(1.6)上，動力轉(zhuǎn)子(1.5)安裝在軸(1.2)上，并與定子(1.4)形成配合。

所述的定子(1.4)上開有2排齒，分別為定子外圈齒(1.4.1)和定子內(nèi)圈齒(1.4.2)，而內(nèi)外2排齒的若干缺口為氣液兩相出口的定子槽孔。

所述的動力轉(zhuǎn)子(1.5)帶有4個轉(zhuǎn)子葉片(1.5.1)，轉(zhuǎn)子外圓環(huán)(1.5.2)和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓環(huán)(1.5.3)周向側(cè)面開有若干氣液兩相出口的轉(zhuǎn)子槽孔，轉(zhuǎn)子葉片(1.5.1)的外端與轉(zhuǎn)子內(nèi)外圓環(huán)連接成整體。

所述的動力轉(zhuǎn)子(1.5)和定子(1.4)安裝配合間隙在0.5～2mm。

本發(fā)明有益效果是高剪切預(yù)混合器引入了高速旋轉(zhuǎn)的動力轉(zhuǎn)子和定子的組合，端蓋結(jié)構(gòu)上有進液口和進氣口，這兩個口伸入到動力轉(zhuǎn)子的中心，動力轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)提供強大的動力，動力轉(zhuǎn)子隨直徑方向的動能增加而位能減少，從而使動力轉(zhuǎn)子外圍高動能的流體壓力低于轉(zhuǎn)子中心低動能的壓力，產(chǎn)生空位狀態(tài)，流體由動力轉(zhuǎn)子中心向轉(zhuǎn)子外圍流動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中心空位，形成該區(qū)域的真空，液體和氣體分別從進料口吸入；兩相流體經(jīng)過動力轉(zhuǎn)子帶有槽孔的內(nèi)外圓環(huán)流出，在動力轉(zhuǎn)子和定子小間隙(0.5～2mm)腔體內(nèi)剪切、撞擊，由動力轉(zhuǎn)子中心到該區(qū)域離心加速度不斷增大，分散成細小氣泡，增大氣液傳質(zhì)面積、傳質(zhì)系數(shù)，提高了氣液反應(yīng)速率；兩相流體再從定子的槽孔噴出，形成密集的小氣泡向反應(yīng)管內(nèi)流動，經(jīng)靜態(tài)混合器增長了停留時間、控制了氣泡的直徑、抑制了氣泡的聚并形成均勻的氣液混合體系；反應(yīng)管外設(shè)置了夾套，方便控制反應(yīng)溫度。通過這些機構(gòu)和作用使得氣液反應(yīng)在本發(fā)明裝置實現(xiàn)連續(xù)、高剪切功能，達到提高氣液傳質(zhì)速率、增大氣液接觸面積、加快氣液反應(yīng)的效果。

附圖說明

圖1為連續(xù)高剪切快速氣液反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2高剪切預(yù)混合器結(jié)構(gòu)圖；

圖3為定子的結(jié)構(gòu)；

圖4為圖3的左視圖；

圖5為動力轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)；

圖6為圖5的左視圖。

具體實施方式

圖1所示為連續(xù)高剪切快速氣液反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，主要由反應(yīng)器的高剪切預(yù)混合器1、端蓋筒體2、液體進料口3、氣體進料口4、端蓋法蘭5、反應(yīng)管法蘭6、反應(yīng)管7、靜態(tài)混合器8和反應(yīng)管夾套9組成，其特征在于：高剪切預(yù)混合器1與端蓋筒體2相連，液體進料口3和氣體進料口4設(shè)置在端蓋筒體2內(nèi)，靜態(tài)混合器8在反應(yīng)管7內(nèi)，反應(yīng)管夾套9設(shè)置在反應(yīng)管7外側(cè)，端蓋筒體2和反應(yīng)管7通過端蓋法蘭5和反應(yīng)管法蘭6連接。氣液兩相由進料管進入高剪切預(yù)混合器作用后流入反應(yīng)管內(nèi)，再經(jīng)反應(yīng)管內(nèi)靜態(tài)混合器進一步反應(yīng)，并利用夾套控制反應(yīng)溫度，連續(xù)管式反應(yīng)使得返混少。

圖2所示為高剪切預(yù)混合器結(jié)構(gòu)圖，包括電機1.1、軸1.2、機座1.3、定子1.4、動力轉(zhuǎn)子1.5、連接塊1.6和機械密封1.7。電機1.1與機座1.3連接成整體，并與軸1.3連接，機械密封1.7安裝在軸1.2上，并與連接塊1.6形成整體，定子1.4安裝在連接塊1.6上，動力轉(zhuǎn)子1.5安裝在軸1.2上，并與定子1.4形成配合。高剪切預(yù)混合器為氣液兩相提供了分散、剪切，使氣泡的直徑細小，數(shù)量和比表面積極大，同時達到密閉操作。

圖3、4所示為定子的結(jié)構(gòu)，定子1.4內(nèi)外兩排齒周向側(cè)面開有若干氣液兩相出口的定子槽孔1.4.2和1.4.1。此結(jié)構(gòu)形成的腔體使氣液兩相由各自的進口向徑向流動，先從內(nèi)槽孔1.4.2噴出再經(jīng)外槽孔1.4.1射出，達到分散且獲得足夠動能的目的。

圖5、6所示為動力轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，動力轉(zhuǎn)子1.5帶有4個葉片1.5.1、內(nèi)外兩排圓環(huán)周向側(cè)面開有若干氣液兩相出口的轉(zhuǎn)子槽孔1.5.3和1.5.2，葉片1.5.1的外端與內(nèi)外圓環(huán)連接成整體。葉片1.5.1避開槽孔略微偏離中心，可使得旋轉(zhuǎn)時流體被作用的面積加大，流體獲得的動能加大。

圖3、4和圖5、6所示的動力轉(zhuǎn)子1.5和定子1.4安裝配合間隙在0.5～2mm。間隙腔體內(nèi)具有剪切、撞擊，氣液兩相被預(yù)分散，再經(jīng)過定、轉(zhuǎn)子共4層流道的作用，獲得了極大的機械能，足以細化氣泡和液滴，形成巨大的傳質(zhì)面積，從而強化傳質(zhì)，提高反應(yīng)效率。

工作時，分別把液體和氣體接上進料管3和4，開啟高剪切預(yù)混合器電機1.1，動力轉(zhuǎn)子1.5高速旋轉(zhuǎn)提供強大的動力，動力轉(zhuǎn)子隨直徑方向的動能增加而位能減少，從而使動力轉(zhuǎn)子外圍高動能的流體壓力低于轉(zhuǎn)子中心低動能的壓力，產(chǎn)生空位狀態(tài)，流體由動力轉(zhuǎn)子中心向轉(zhuǎn)子外圍流動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中心空位，形成該區(qū)域的真空，進料管3和4的液體和氣體進入，氣液兩相經(jīng)過動力轉(zhuǎn)子帶有槽孔1.5.3和1.5.2的內(nèi)外圓環(huán)流出，在動力轉(zhuǎn)子和定子1.4小間隙(1mm)腔體內(nèi)剪切、撞擊，氣液相被預(yù)分散，經(jīng)過定、轉(zhuǎn)子共4層流道的作用，獲得了極大的機械能，兩相流體從定子的槽孔噴出，具有一定的動能，向反應(yīng)管7流動；物料再經(jīng)反應(yīng)管內(nèi)的靜態(tài)混合器8作用，增長了停留時間、控制了氣泡的直徑、抑制了氣泡的聚并形成均勻的氣液混合體系；達到提高氣液傳質(zhì)速率、增大氣液接觸面積、加快氣液反應(yīng)的效果。工藝操作溫度由夾套9加熱、冷卻介質(zhì)控制。

利用本發(fā)明裝置進行三氧化硫烷基苯磺化反應(yīng)制取磺酸工藝，結(jié)果表明：原先的膜式反應(yīng)器需要三氧化硫與空氣進行稀釋，本裝置不需空氣稀釋即可制得合格產(chǎn)品，省去了空氣干燥等工序，節(jié)省了設(shè)備投資和操作費用。