一种夹带间距可调的气路循环式文丘里反应器的制作方法

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种应用在气液（固）反应中，物相分布均匀、转化率高、夹带间距可调的气路循环式文丘里反应器。

背景技术：

气液反应是指反应物系中存在气相和液相的一种多相反应过程，通常是气相反应物溶解于液相后，再与液相中另外的反应物进行反应。但由于气液反应系统中的气、液分属不同的物态，在气液相反应过程中，气相中的组分必须进入液相中与其充分接触才能进行反应，但是实际操作过程中气体与液面接触并不稳定，且反应速率慢，因此气液反应都需要使用专用的气液反应釜和相应的机构配合形成专门的气液反应系统才能有效进行。

传统气液反应系统主要设备为釜式搅拌反应器，它由容器和搅拌装置组成，容器中设置盘管和夹套以满足物料的预热和反应撤热的要求。釜式搅拌反应器反应过程中，气相和液相在反应釜中分离，气液接触不充分无法进行持续充分的混合传质，反应效率低下；并且由于系统存在机械搅拌装置，反应釜的高径比受到限制，增加设备成本，进行内部清洗时因为受搅拌装置和内部盘管挡板等结构影响，冲洗困难。

为了传统摆脱搅拌传质方法对气液反应的限制，克服气液反应难的问题，近年来本领域技术人员一直在探索一种全新的气液反应设备。文丘里效应，也称文氏效应，该效应表现为在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大、压力的降低的现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。利用这该效应制作的文丘里管可以使高速流过的液体产生喷射效应，而高速射流造成的卷吸作用和紊动扩散作用可以增强气液混合效果，从而增强传质系数和反应效率。然而这种反应器在实际应用过程中还存在很多难题，1. 利用文氏效应虽然可以增强气液混合程度，但一次喷射完成后如果无法实现持续混合传质，仍然会有反应进行不充分的问题，对反应原料造成大量浪费；2. 文氏效应的关键在于喷射管与文氏管的配合，在相同工作流量下，喷嘴直径与文氏管喉道段直径和长度，会直接影响到气液分散效果，而喷嘴直径与文氏管入口段的配合又会影响到反应过程中的瞬时气液夹带量，如果控制气液分散效果的同时不能对气液夹带量进行合理的控制统一会大大降低反应器的利用率。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种夹带间距可调的气路循环式文丘里反应器，本实用新型的反应系统结构合理、检修方便，反应器内部的传质系数高，反应效率高，反应时间短，不仅可以实现持续的气液混合传质，而且可根据具体反应情况对瞬时气液反量进行合理控制，非常适合气液反应的连续化生产，较间歇和半间歇反应大大提高了生产效率。

为了实现上述技术目标，本实用新型采用以下技术方案：

一种夹带间距可调的气路循环式文丘里反应器，包括喷射管、文丘里管和气室，喷射管的顶部设有进液口、底部设有喷嘴、外部设有外套管，所述的外套管与喷射管之间具有轴向滑动的自由度；所述的文丘里管包括轴向依次连接的收缩段、喉道混合段和扩散段，所述的喷射管自气室顶部的上安装口伸入气室内，其中喷射管的进液口留在气室外，喷射管的外套管与所述的上安装口连接；所述的文丘里管自气室底部的下安装口伸入气室内，其中文丘里管的扩散段伸出气室外，文丘里管的收缩段与气室内壁连接，所述的喷射管和文丘里管在气室的内部上下同轴连通，喷射管底部的喷嘴自收缩段伸入文丘里管内并位于喉道混合段的入口处，喷射管的外壁与文丘里管收缩段的内壁之间围成气体夹带通道；所述的气室上还开设气路循环口，所述的气路循环口与气体循环管路连接，气室底部的下安装口处设有与反应容器连接的文丘里安装法兰。

通过上述技术方案，本实用新型的文丘里反应器主要是与反应容器联用帮助气相液相充分混合，其原理是利用高速流动相去卷吸其他相，使各相密切接触，继而在反应釜内均匀分散或悬浮，并完成反应。本实用新型的工作原理如下：反应液体通过喷射管顶部的进液口进入文丘里反应器内，本实用新型的喷嘴位于喉道混合段的入口处，反应液在通过喷嘴时形成高速喷射流，在文氏效应的作用下，喷射流经过气室通过气体夹带通道带走气室内气体，使气室内形成负压，在压力作用下反应釜内上部气相空间内反应气体再次通过与气路循环口连接的气体循环管路进入气室内形成气体循环。也就是说在本实用新型的文丘里反应器中在文氏效应和气体循环管路的作用下，气体泡沫可以随着液体再次进入循环回路，气液两相及少量的固体催化剂都可以直接输送进行回路进行再循环，气液在整个回路中可实现持续混合传质，对反应效果有显著的增强。在这一过程中，气液的具体分布和混合方式如下：喷射液体携带气体冲击到管壁上形成能量消耗，创造了强烈的混合震动区，在这各区域内，激烈的湍流使泡沫很好的布散，冲击产生的气体泡沫非常的小一般为30~70μm，而同时气液比可达0.5~2.0以上，所以这是本实用新型的文丘里反应器在进行气液反应时最主要分散传质方式。达到了最初的最主要的传质功能后，气液两相混合物被喷射到反应容器的存液中，从文丘里反应器喷射而出的两相混合物喷射到反应容器内引起了第二次激烈混合，再一次实现好的传质表现。这次传质由反应容器内的小气泡完成，小气泡的直径一般在0.2~0.7mm之间，这个气泡直径要大于文丘里喷射气内的气泡，这是因为文丘里喷射管中的小气泡此时发生了气泡的聚合。

在实际反应过程中为了适应不同气液反应的具体情况，我们常常要对喷嘴的口径和工作流量进行控制，而反应液的喷射量与气体的夹带量如果控制不当会大大降低反应器的利用率，针对这一技术问题，我们将文丘里反应器的喷射管套在一根外套管内，将喷射管通过外套管与气室顶部的上安装口密封连接的，而喷射管本身可以在外套管内轴向滑动，也就是说喷射管相对气室内的文丘里管其上下位置是可调的。本实用新型的喷嘴位于喉道混合段的入口处，上方通过收缩段与气室连通，当通过移动喷射管对喷嘴的位置进行上下调节时，喷嘴在锥筒状的收缩段附近上下移动从而使气体夹带通道的开口量发生变化，进而可以渐变的调控反应过程中的瞬时气液夹带量来合理控制反应进程。

进一步，本实用新型所述的喷射管上还设有轴向调位螺母，所述的轴向调位螺母位于外套管的顶部，轴向调位螺母与外套管、喷射管同轴设置，轴向调位螺母的内螺纹与喷射管外壁上开设的外螺纹相配合。

通过上述技术方案，本实用新型中喷射管与外套管的轴向滑动优选使用螺纹调节的方式来实现。在喷射管的外壁上开设外螺纹，在外套筒上方同轴轴向调位螺母，使用时只需转动轴向调位螺母，喷射管即可相对外套筒轴向位移，从而实现对喷嘴上下位置的调节。

进一步，本实用新型所述的喷射管上还设有锁紧机构，所述的锁紧机构包括限位法兰组和限位螺钉，所述的限位法兰组包括与喷射管同轴设置的上限位法兰和下限位法兰，其中下限位法兰与外套管的顶部固定连接，上限位法兰经带定距套管的连接螺栓与上限位法兰连接，所述的轴向调位螺母位于上限位法兰和下限位法兰之间的连接间隙中，所述的上限位法兰的顶面上设有用于压紧限位法兰组的上锁紧螺母；所述的上限位法兰上开设有自边缘向轴心处径向延伸的限位螺孔，所述的限位螺孔连通至喷射管外壁处，且所述的限位螺孔内设有限位螺钉。

为了保证喷射管与外套管相对位置的稳定性，本实用新型还设计了一套锁紧机构，本实用新型将限位螺钉设在上限位法兰的内，使用时控制限位螺钉径向向前顶紧喷射管的外壁，可锁定喷射管的位置。由于限位螺钉本身需要固定在上限位法兰内使实现其功能，因此上限位法兰位置的稳定性会直接影响到限位螺钉的功能，本实用新型中的上限位法兰与下限位法兰通过连接螺栓连接，且上下限位法兰之间设有定距套管，在定距套管和连接螺栓的作用下，上限位法兰的位置被牢牢锁定，同时也为轴向调位螺母留下了操作空间。为了进一步稳定上限位法兰的位置，同时也防止其发生意外转动，本实用新型还在上限位法兰的顶面还设置了上锁紧螺母，使用时拧紧上锁紧螺母会使整个限位法兰组的轴向移动趋势和径向转动都被牢牢锁定。

进一步，本实用新型外套管内壁与喷射管外壁的之间经密封装置密封。

文氏效应是本实用新型的文丘里反应器实现其功能的核心，因此需要充分保证气室空间的密闭性，本实用新型中外套管和喷射管之间是可以相对滑动的，因此外套管内壁与喷射管外壁的之间设置密封装置密封，保证密封性能。

进一步，本实用新型所述的密封装置优选间隙密封、活塞环密封、密封圈密封中的任一种，其它能实现类似“活塞与外缸体”之间密封方式的现有技术均可合理应用在本实用新型的技术方案中以保证密封性能。

进一步，本实用新型文丘里管的收缩段与气室内壁之间经螺纹配合可拆卸连接。

通过上述技术方案，本实用新型文丘里管的收缩段与气室之间通过螺纹连接，方便更换不同型号文丘里管。

进一步，本实用新型所述的喷嘴与喷射管的底部经螺纹配合可拆卸连接。

通过上述技术方案，本实用新型的喷嘴和喷射管通过螺纹连接，可以方便更换不同直径、锥度的喷嘴。

进一步，喷射管的外部套有支撑和保证喷射管轴向滑动过程中与文丘里管同轴度的导向套。

进一步，所述的导向套包括分别设在喷射管上下端部的上导向套和下导向套。

通过上述技术方案，本实用新型在喷射管的上下端部设有导向套，可保证喷射管在上下滑动时喷嘴与文丘里管的同轴度。

本实用新型有益效果在于：1. 本实用新型的文丘里反应器在工作时可将细微的气泡散布到液相中，使气液两相混合段达到极高传质速率，同时通过文氏效应和气体循环管路的配合使气体泡沫可以随着液体再次进入循环回路，气液两相及少量的固体催化剂都可以直接输送进行回路进行再循环，气液在整个回路中可实现持续混合传质，增强了气液混合效果和含气率，强化了传质效率。2.本使用新型的文丘里反应器，其喷射管与外套管可相对移动，当通过移动喷射管对喷嘴的位置进行上下调节时，喷嘴在锥筒状的收缩段附近上下移动从而使气体夹带通道的开口量发生变化，进而可以渐变的调控反应过程中的瞬时气液夹带量来合理控制反应进程。3. 本实用新型文丘里反应器应用在回路反应器中，其化学反应过程在仅由反应动力学控制，在从实验室到工厂生产中间的工业放大过程中大大降低了难度。5.本实用新型的文丘里反应器，其气液反应主要集中发生在喷射管内，而整个反应液体又在快速的循环，这使得反应体系各处均等，可使反应平稳进行。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型喷射管处的局部结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示，一种夹带间距可调的气路循环式文丘里反应器，包括喷射管、文丘里管和气室，喷射管1的顶部设有进液口2、底部设有喷嘴3、外部设有外套管4，其中喷嘴3与喷射管1的底部经螺纹配合可拆卸连接，所述的外套管4与喷射管1之间具有轴向滑动的自由度，外套管内壁与喷射管外壁的之间经密封装置密封，实施例中优选使用如图2所示的密封圈16或密封环保证密封性能，喷射管的外部套有支撑和保证喷射管轴向滑动过程中与文丘里管同轴度的导向套，本实施例中的导向套包括分别设在喷射管上下端部的上导向套14和下导向套15。所述的文丘里管包括轴向依次连接的收缩段A、喉道混合段B和扩散段C，所述的喷射管1自气室顶部的上安装口伸入气室5内，其中喷射管的进液口2留在气室外，喷射管的外套管4与所述的上安装口连接；所述的文丘里管自气室底部的下安装口伸入气室内，其中文丘里管的扩散段C伸出气室5外，文丘里管的收缩段A与气室5内壁之间经螺纹配合可拆卸连接，所述的喷射管1和文丘里管在气室的内部上下连通，喷射管底部的喷嘴2自收缩段伸入文丘里管内并位于喉道混合段B的入口处，喷射管的外壁与文丘里管收缩段的内壁之间围成气体夹带通道；所述的气室上还开设气路循环口6，所述的气路循环口与气体循环管路连接，气室底部的下安装口处设有与反应容器连接的文丘里安装法兰7。

本实施例的喷射管上还设有锁紧机构，所述的锁紧机构包括限位法兰组和限位螺钉，所述的限位法兰组包括与喷射管同轴设置的上限位法兰9a和下限位法兰9b，其中下限位法兰9b与外套管4的顶部固定连接，上限位法兰9a经带定距套管11的连接螺栓10与上限位法兰9a连接，轴向调位螺母8位于上限位法兰9a和下限位法兰9b之间的连接间隙中，轴向调位螺母8与外套管4、喷射管1同轴设置，轴向调位螺母8的内螺纹与喷射管1外壁上开设的外螺纹相配合,所述的上限位法兰的顶面上设有用于压紧限位法兰组的上锁紧螺母12；所述的上限位法兰9a上开设有自边缘向轴心处径向延伸的限位螺孔，所述的限位螺孔连通至喷射管外壁处，且所述的限位螺孔内设有限位螺钉13。