用于膜式磺化反应器的单元反应管及膜式磺化反应器的制作方法

本实用新型涉及磺化工艺装备领域，特别涉及一种用于膜式磺化反应器的单元反应管及采用这种单元反应管的膜式磺化反应器。

背景技术：

磺化反应器是磺化或硫酸化产品生产过程中的关键设备。现有磺化反应器的主体结构主要包括直立的筒体、水平安装于筒体上部和下部的上管板和下管板、水平安装于上管板上部的密封管板、安装于上下管板和密封管板上并与筒体轴线平行的一组单元反应管束(单元反应管束的数量视装置产量而定)等组成。

单元反应管是膜式磺化反应器中的关键部件，物料在单元反应管中与so3气体进行磺化或硫酸化反应。现有的单元反应管结构往往存在磺化反应速率慢，磺化产率较低的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有单元反应管存在的磺化反应速率慢、磺化产率低的问题，提供一种用于膜式磺化反应器的单元反应管及膜式磺化反应器，强化磺化反应速率，提高磺化产率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

用于膜式磺化反应器的单元反应管，包括反应管体和设置在反应管体上端的进料结构，所述进料结构一端与反应管体连通，另一端设置有进气口，所述反应管体内设置有湍流棒，所述湍流棒沿反应管体轴向设置。

上述技术方案中，进一步地，所述湍流棒上端伸入到进料结构的进气口处。

上述技术方案中，进一步地，所述湍流棒与反应管体同轴设置。

上述技术方案中，进一步地，所述湍流棒上端端部设置有导流结构。

上述技术方案中，进一步地，所述导流结构为设置在湍流棒端部的锥形面或凸球面结构。

上述技术方案中，进一步地，所述湍流棒插入反应管体内的深度为0-1000mm。

上述技术方案中，进一步地，所述湍流棒为实心或空心圆柱结构。

上述技术方案中，进一步地，所述湍流棒直径与反应管体管径之间的比为1:1.5～1:3。

上述技术方案中，进一步地，所述进料结构包括一端与反应管体端部连接的列管头和设置在列管头内的分布头，所述列管头套设在分布头外，列管头与分布头同轴设置，所述列管头内壁与分布头外壁之间设置有一定的间隙，形成一端封闭另一端与反应管体连通的成膜环隙，所述列管头上沿其周向设置有一个或多个进料孔，所述进料孔连通至成膜环隙。

本实用新型中还提供了一种采用上述单元反应管的膜式磺化反应器，包括筒体、分别设置于筒体两端的上管板与下管板、水平安装于上管板上方的密封管板和设置在筒体内的单元反应管束，所述上管板和密封管板之间形成封闭的物料分配腔，所述单元反应管束包括多个沿筒体轴向方向设置的单元反应管，所述单元反应管两端分别连接在上管板和下管板上，单元反应管的上端伸入到物料分配腔内。

膜式磺化反应器中物料与so3气体在反应管内的反应模式为气液膜式磺化反应，其反应速率由so3气体的扩散效率控制，磺化反应是瞬间快速反应，因此提高瞬间反应速率是提高反应产品得率的关键；尤其是针对高分子粘稠物料或物料中可磺化物质含量相对较少且粘度较大的物料，如重烷基苯、馏分油、稠油等。

由于磺化反应是在瞬间快速反应，而且绝大部分反应是在初始反应段完成的，所以提高初始反应段的反应速率，是提高产品得率的有效手段。

通过对单元反应管模型体系的雷诺数re计算可知，如图3，改进前的单元反应管中，so3气体处于层流状态，气体分压较低，对反应管内的有机液膜的扰动小，湍流传质效应差，因而so3的扩散速率低，产品得率低。

针对原单元反应管中存在的不足，本实用新型在原单元反应管的初始反应段中心设置一湍流棒，如图4所示。根据lewiswhiteman的膜理论，反应速率方程式如下所示：

na＝kc.cso3，式中na：总反应速率，kc：传质系数，cso3:so3体积浓度；

式中：kc＝f(t,p)，即传质系数kc是温度t和气体压力p的函数；

通过对数学模型的推演得出：p＝f(pa,vg²,1/(d-d))，即气体压力p是so3气体初始压力pa，流速vg，单元反应管直径d，湍流棒直径d的函数；

所以，na＝f{t,pa,vg2,1/(d-d),cso3}；

由上式可知，单元反应管内物料与so3的总反应速率与so3气体的初始压力、流速的平方、so3气体浓度成正比，与流通截面成反比。

通过在单元反应管内设置湍流棒使得流通截面减小，同时使so3气体的流速和初始压力得到提高，从而提高了单元反应管内的反应速率。

通过对图4模型体系雷诺数re计算，可知设置湍流棒后，so3气体在进入到反应管内后，由于湍流棒的作用，使so3气体处于湍流状态，此时so3气体对有机物液膜起到扰动作用，提高了有机液膜湍流传质效应，so3的扩散速率得到提高；同时，由于对有机液膜的扰动作用，使得粘稠物料中被不可磺化物包裹的可磺化物得以暴露参与磺化反应，从而进一步强化了磺化反应速率，提高了产品得率。

本实用新型中的膜式磺化反应器通过对单元反应管的改进，通过增加反应速率，提高产品得率，进而达到了提高生产效率、降低原料消耗的目的。

附图说明

图1为本实用新型膜式磺化反应器结构示意图。

图2为本实用新型单元反应管结构示意图。

图3为现有单元反应管结构中so3气体流动状态示意图。

图4为本实用新型单元反应管结构中so3气体流动状态示意图。

图中：1、筒体，2、上管板，3、下管板，4、密封管板，5、单元反应管，6、物料分配腔，7、物料入口，8、密封螺钉；

501、反应管体，502、列管头，503、分布头，504、成膜环隙，505、进料口，506、进气口，507、湍流棒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实施例中的膜式磺化反应器，包括筒体1、分别设置于筒体1两端的上管板2与下管板3、水平安装于上管板2上方的密封管板4和设置在筒体内的单元反应管束，所述上管板2和密封管板3之间形成封闭的物料分配腔6，所述单元反应管束包括多个沿筒体轴向方向设置的单元反应管5，所述单元反应管5两端分别连接在上管板2和下管板3上，单元反应管5的上端伸入到物料分配腔6内。物料经物料分配腔上设置的物料入口7进入到物料分配腔内，使物料能通过单元反应管上的进料结构进入到各个单元反应管内。

如图2所示，本实施例中的单元反应管，包括反应管体501和设置在反应管体上端的进料结构，所述进料结构一端与反应管体连通，另一端设置有进气口506；具体地，本实施例中的进料结构包括一端与反应管体端部连接的列管头502和设置在列管头内的分布头503，所述列管头502套设在分布头503外，列管头502与分布头503同轴设置，所述列管头502内壁与分布头外壁之间设置有一定的间隙，形成一端封闭另一端与反应管体连通的成膜环隙504，所述列管头502上沿其周向设置有一个或多个进料孔505，所述进料孔505连通至成膜环隙504。物料分配腔内的有机物料通过进料孔进入锥形的成膜环隙后，进入到反应管体内，沿反应管体内壁均匀成膜向下流动。

单元反应管5的列管头502定位连接在上管板2上，分布头503定位安装在列管头502内，通过一密封螺母8锁紧固定。在上管板、下管板、密封管板的相应位置上分别设有密封结构，用于固定和密封单元反应管束。在单元反应管5内的初始反应段(反应管体端部与列管头连接处往下的一段长度)中心安装湍流棒507，湍流棒507沿反应管体轴向设置。

湍流棒507插入至反应管体内，其端部插入至初始反应段，湍流棒插入反应管体内的深度l(湍流棒从反应管体端部与列管头连接处往下伸入的长度)为0-1000mm，湍流棒固定在分布头内侧与分布头同心设置。

湍流棒507是圆形实心棒或空心管结构；湍流棒507的上端端部设置导流结构，该导流结构可以是锥形面或凸球面结构。

湍流棒直径d与反应管体管径d之间的比为1:1.5～1:3。

本实用新型的工作过程如下，有机物料从物料入口进入物料分配腔，通过进料孔均匀分配到各单元反应管的锥形成膜环隙后沿反应管体内壁均匀成膜向下流动；而so3气体则由进气口进入各单元反应管与反应管体内壁均匀成膜的有机物料反应并顺流而下。so3气体与有机物料膜一经接触，立刻发生磺化或硫酸化反应，反应物离开单元反应管后排出，至此磺化反应基本完成。

本实用新型在单元反应管内设置湍流棒，使得单元反应管内的so3气体处于湍流状态，并对有机物料液膜起到扰动作用，提高了有机液膜湍流传质效应，so3的扩散速率得到提高；由于对有机液膜的扰动作用，使得被不可磺化物包裹的可磺化物得以暴露参与磺化反应，从而提高了磺化反应速率，提高了磺化产品得率。

本实用新型的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本实用新型基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本实用新型的保护范围内。