连续高剪切快速气液反应器的制作方法

本发明涉及化工、石油化工、环境、制药、轻工等领域的气液反应装置，特别涉及具有传质性能好的一种连续高剪切快速气液反应器。

背景技术：

石油、化工、轻工、医药和环境保护等生产过程中广泛存在气液反应，比如：氢化、氯化、磺化、尾气吸收等单元操作，属于具有重要意义的化学反应工程领域。常用的气液反应器根据其总体结构特点可以分为塔式反应器、釜式反应器、管式反应器、膜式反应器及喷射反应器。操作方式上有连续和半连续两种，一般的气体均为连续方式，液体可以间歇和连续。气液两相的接触可以常用板式、填料、鼓泡和膜式等。对于气液反应而言，存在传质与反应两个步骤，一般地传质过程通常过程的控制步骤，其传质阻力主要存在于液膜，如果欲进行的气液反应是瞬时反应，则传质速率是反应器生产强度的关键问题，强化液相湍动将有助于减小传质阻力，所以选择一种传质效率高的气液反应器型式，是获得反应器的高生产强度和高经济效益的关键之一；另外，对于管式反应器中能否维持气泡的大小和稳定性是气液反应效率的关键之二。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种连续高剪切快速气液反应器，既有管式反应器的承压能力高、容积小、返混少、反应参数易于控制等优点，又具有高剪切力、快速细化气泡和液滴提高气液比表面积、提供快速预混合、维持气泡大小和稳定性优点。

按照本发明所提供设计方案，所述的一种连续高剪切快速气液反应器，包括反应器的高剪切预混合器(1)、端盖筒体(2)、液体进料口(3)、气体进料口(4)、端盖法兰(5)、反应管法兰(6)、反应管(7)、静态混合器(8)和反应管夹套(9)，其特征在于：高剪切预混合器(1)与端盖筒体(2)相连，液体进料口(3)和气体进料口(4)设置在端盖筒体(2)内，静态混合器(8)在反应管(7)内，反应管夹套(9)设置在反应管(7)外侧，端盖筒体(2)和反应管(7)通过端盖法兰(5)和反应管法兰(6)连接。

所述的高剪切预混合器(1)包括电机(1.1)、轴(1.2)、机座(1.3)、定子(1.4)、动力转子(1.5)、连接块(1.6)和机械密封(1.7)。电机(1.1)与机座(1.3)连接成整体，并与轴(1.3)连接，机械密封(1.7)安装在轴(1.2)上，并与连接块(1.6)形成整体，定子(1.4)安装在连接块(1.6)上，动力转子(1.5)安装在轴(1.2)上，并与定子(1.4)形成配合。

所述的定子(1.4)上开有2排齿，分别为定子外圈齿(1.4.1)和定子内圈齿(1.4.2)，而内外2排齿的若干缺口为气液两相出口的定子槽孔。

所述的动力转子(1.5)带有4个转子叶片(1.5.1)，转子外圆环(1.5.2)和转子内圆环(1.5.3)周向侧面开有若干气液两相出口的转子槽孔，转子叶片(1.5.1)的外端与转子内外圆环连接成整体。

所述的动力转子(1.5)和定子(1.4)安装配合间隙在0.5～2mm。

本发明有益效果是高剪切预混合器引入了高速旋转的动力转子和定子的组合，端盖结构上有进液口和进气口，这两个口伸入到动力转子的中心，动力转子的高速旋转提供强大的动力，动力转子随直径方向的动能增加而位能减少，从而使动力转子外围高动能的流体压力低于转子中心低动能的压力，产生空位状态，流体由动力转子中心向转子外围流动，导致转子中心空位，形成该区域的真空，液体和气体分别从进料口吸入；两相流体经过动力转子带有槽孔的内外圆环流出，在动力转子和定子小间隙(0.5～2mm)腔体内剪切、撞击，由动力转子中心到该区域离心加速度不断增大，分散成细小气泡，增大气液传质面积、传质系数，提高了气液反应速率；两相流体再从定子的槽孔喷出，形成密集的小气泡向反应管内流动，经静态混合器增长了停留时间、控制了气泡的直径、抑制了气泡的聚并形成均匀的气液混合体系；反应管外设置了夹套，方便控制反应温度。通过这些机构和作用使得气液反应在本发明装置实现连续、高剪切功能，达到提高气液传质速率、增大气液接触面积、加快气液反应的效果。

附图说明

图1为连续高剪切快速气液反应器结构示意图。

图2高剪切预混合器结构图；

图3为定子的结构；

图4为图3的左视图；

图5为动力转子的结构；

图6为图5的左视图。

具体实施方式

图1所示为连续高剪切快速气液反应器结构示意图，主要由反应器的高剪切预混合器1、端盖筒体2、液体进料口3、气体进料口4、端盖法兰5、反应管法兰6、反应管7、静态混合器8和反应管夹套9组成，其特征在于：高剪切预混合器1与端盖筒体2相连，液体进料口3和气体进料口4设置在端盖筒体2内，静态混合器8在反应管7内，反应管夹套9设置在反应管7外侧，端盖筒体2和反应管7通过端盖法兰5和反应管法兰6连接。气液两相由进料管进入高剪切预混合器作用后流入反应管内，再经反应管内静态混合器进一步反应，并利用夹套控制反应温度，连续管式反应使得返混少。

图2所示为高剪切预混合器结构图，包括电机1.1、轴1.2、机座1.3、定子1.4、动力转子1.5、连接块1.6和机械密封1.7。电机1.1与机座1.3连接成整体，并与轴1.3连接，机械密封1.7安装在轴1.2上，并与连接块1.6形成整体，定子1.4安装在连接块1.6上，动力转子1.5安装在轴1.2上，并与定子1.4形成配合。高剪切预混合器为气液两相提供了分散、剪切，使气泡的直径细小，数量和比表面积极大，同时达到密闭操作。

图3、4所示为定子的结构，定子1.4内外两排齿周向侧面开有若干气液两相出口的定子槽孔1.4.2和1.4.1。此结构形成的腔体使气液两相由各自的进口向径向流动，先从内槽孔1.4.2喷出再经外槽孔1.4.1射出，达到分散且获得足够动能的目的。

图5、6所示为动力转子的结构，动力转子1.5带有4个叶片1.5.1、内外两排圆环周向侧面开有若干气液两相出口的转子槽孔1.5.3和1.5.2，叶片1.5.1的外端与内外圆环连接成整体。叶片1.5.1避开槽孔略微偏离中心，可使得旋转时流体被作用的面积加大，流体获得的动能加大。

图3、4和图5、6所示的动力转子1.5和定子1.4安装配合间隙在0.5～2mm。间隙腔体内具有剪切、撞击，气液两相被预分散，再经过定、转子共4层流道的作用，获得了极大的机械能，足以细化气泡和液滴，形成巨大的传质面积，从而强化传质，提高反应效率。

工作时，分别把液体和气体接上进料管3和4，开启高剪切预混合器电机1.1，动力转子1.5高速旋转提供强大的动力，动力转子随直径方向的动能增加而位能减少，从而使动力转子外围高动能的流体压力低于转子中心低动能的压力，产生空位状态，流体由动力转子中心向转子外围流动，导致转子中心空位，形成该区域的真空，进料管3和4的液体和气体进入，气液两相经过动力转子带有槽孔1.5.3和1.5.2的内外圆环流出，在动力转子和定子1.4小间隙(1mm)腔体内剪切、撞击，气液相被预分散，经过定、转子共4层流道的作用，获得了极大的机械能，两相流体从定子的槽孔喷出，具有一定的动能，向反应管7流动；物料再经反应管内的静态混合器8作用，增长了停留时间、控制了气泡的直径、抑制了气泡的聚并形成均匀的气液混合体系；达到提高气液传质速率、增大气液接触面积、加快气液反应的效果。工艺操作温度由夹套9加热、冷却介质控制。

利用本发明装置进行三氧化硫烷基苯磺化反应制取磺酸工艺，结果表明：原先的膜式反应器需要三氧化硫与空气进行稀释，本装置不需空气稀释即可制得合格产品，省去了空气干燥等工序，节省了设备投资和操作费用。