一种甲苯硝化专用微通道反应装置的制作方法

1.本实用新型属于硝化反应设备技术领域，尤其涉及一种甲苯硝化专用微通道反应装置。


背景技术：

2.目前：甲苯的硝化物是一类非常重要的化工产品，学术界和工业界都对芳香族化合物的硝化反应的设备和工艺进行了的研究。
3.单硝基甲苯有邻、间、对三种同分异构体，对硝基甲苯和邻硝基甲苯都是重要的化工材料，两种化合物都是甲苯一级硝化的产物。
4.但是硝化反应在常规反应器进行，存在反应速率不易控制，安全性差和生产能力低的问题。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
6.现有的甲苯硝化专用微通道反应装置存在反应速率不易控制，安全性差和生产能力低的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种甲苯硝化专用微通道反应装置。
8.本实用新型是这样实现的，一种甲苯硝化专用微通道反应装置设置有：
9.甲苯分配器、混酸分配器和立式微通道；
10.所述甲苯分配器和混酸分配器外端分别连接有甲苯输入管和混酸输入管；
11.所述立式微通道设置有若干个，每个立式微通道均通过连接管路与甲苯分配器、混酸分配器的输出端连接，所述立式微通道通过连接管路连接有温度调节管路；
12.所述立式微通道两端分别连接有出口组件和进口组件，所述立式微通道设置有中心管和套设在中心管外侧的外套管，所述中心管和外套管之间夹设有若干等距分布的环状结构组件，所述环状结构组件间留有t字开口构成的流体通道。
13.进一步，所述温度调节管路设置有温度调节控制装置，所述温度调节控制装置两端分别与冷却介质补给管路和立式微通道连通，所述立式微通道另一端连接有冷却介质排出管。
14.进一步，所述冷却介质补给管路中间连接有补给冷却介质温度检测器，所述温度调节控制装置与立式微通道之间连通有冷却介质流量检测器和冷却介质入口温度检测器；所述立式微通道与冷却介质排出管之间连接有反应体系温度检测器。
15.进一步，所述进口组件外侧连接有排料管，所述出口组件连接有反应物溢出管，所述反应物溢出管中间连接有出料温度检测器。
16.进一步，所述进口组件连接有进料温度检测器和过热温度检测器。
17.进一步，所述甲苯分配器与立式微通道之间连接有手控微量调节阀和甲苯进料流
量检测器，所述混酸分配器与立式微通道之间连接有手控微量调节阀和混酸进料流量检测器。
18.进一步，所述中心管为碳化硅传热管，外套管为耐高压耐强酸腐蚀的金属材料的无缝钢管。
19.结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：
20.1、本质安全度高。
21.a)甲苯硝化专用微通道反应装置内的冷却介质通道容积积远远大于反应物料通道容积，故障状态下反应器内硝化反应热导致反应物料的温升较小，硝化反应全过程可以处于故障安全模式下进行；
22.b)内置碳化硅换热管的传热系数是常规金属材料的导热系数5—8倍，硝化反应装置的传热面积与硝化反应装置内物料通道容积比达到50—500：1，控制热风险能力较高。
23.c)立式串联结构，利于动态时非均相物料传质，静态时非均相自然分层而终止反应。
24.d)外套管采用承压无缝管结构及高效密封装置，设备防超压安全性高。
25.2、反应器生产能力大。
26.a)甲苯硝化专用微通道反应装置的总时空转化率(stc)可控制在2.5*105—3.5*105mol
·
m-3
·
h-1
。
27.(时空转化率(stc)定义为：stc＝
△
n/(v.h)mol.m-3
.h-1
，即反应物在单位体积、单位时间内转化为产物的摩尔数，是衡量反应器装置生产能力的标志之一。)
28.b)碳化硅换热管和外部套管之间的复合材料的环状结构组件的物料通道上设置了2000
‑‑
4000处“t”字口，“t”字口处硝化物料流速可控在4m/s—5m/s，可形成2000—4000处“混沌对流”区，等价于2000台—4000台平流反应器串联功效，且甲苯硝化专用微通道反应装置的1组反应通道的物料容体仅100ml—800ml。
29.c)甲苯硝化微通道反应装置的1组反应通道的甲苯硝化产能可控在300吨/年—1000吨/年，根据装置设计配套能力可以任意选择通道数组合。
30.3、硝化反应速率可控。
31.a)冷却介质强制循环，利用硝化反应热预热反应物料。
32.b)冷却介质循环速度可控制在3m/s—5m/s，甲苯硝化反应过程体系温度分布均匀，且温度差较小，完全避免了局部过热现象。
33.c)低温冷却介质自控联锁补入和高温冷却介质自控联锁排出，硝化反应速率可控。
34.d)甲苯硝化专用微通道反应装置每组反应通道微量调节配比计量进料，甲苯转化率可控在80％
‑‑
95％，反应后溢出甲苯专用微通道反应器进入甲苯硝化均化器，符合甲苯硝化先传质控制与后动力学控制的反应机理。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的
附图。
36.图1是本实用新型实施例提供的甲苯硝化专用微通道反应装置的结构示意图。
37.图2是本实用新型实施例提供的立式微通道的结构示意图。
38.图中：1、反应物溢出管；2、甲苯输入管；3、甲苯分配器；4、手控微量调节阀；5、混酸分配器；6、混酸输入管；7、排料管；8、进口组件；9、冷却介质流量检测器；10、冷却介质入口温度检测器；11、温度调节控制装置；12、冷却介质补给管路；13、补给冷却介质温度检测器；14、进料温度检测器；15、过热温度检测器；16、立式微通道；17、冷却介质排出管；18、反应体系温度检测器；19、出口组件；20、出料温度检测器；21、混酸进料流量检测器；22、甲苯进料流量检测器；23、中心管；24、外套管；25、流体通道。
具体实施方式
39.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
40.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种甲苯硝化专用微通道反应装置，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。
41.如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的甲苯硝化专用微通道反应装置由微通道反应装置、温控装置、物料微量调节分配装置组合而成。
42.微通道反应装置设置有若干个立式微通道16，每个立式微通道16均通过连接管路与甲苯分配器3、混酸分配器5的输出端连接，甲苯分配器3和混酸分配器5外端分别连接有甲苯输入管2和混酸输入管6；
43.立式微通道16两端分别连接有出口组件19和进口组件8，进口组件8外侧连接有排料管7，出口组件19连接有反应物溢出管1，立式微通道16设置有中心管23和套设在中心管外侧的外套管24，中心管23和外套管24之间夹设有若干等距分布的环状结构组件，环状结构组件间留有“t”字开口构成了流体通道25。
44.本实用新型实施例中的温控装置通过连接管路与立式微通道16连接，温控装置设置有温度调节控制装置11，温度调节控制装置11两端分别与冷却介质补给管路12和立式微通道16连通，立式微通道16另一端连接有冷却介质排出管17。
45.冷却介质补给管路12中间连接有补给冷却介质温度检测器13，温度调节控制装置11与立式微通道16之间连通有冷却介质流量检测器9和冷却介质入口温度检测器10；立式微通道16与冷却介质排出管17之间连接有反应体系温度检测器18。反应物溢出管1中间连接有出料温度检测器20。进口组件8连接有进料温度检测器14和过热温度检测器15。
46.本实用新型实施例中的物料微量调节分配装置包括连接在甲苯分配器3与立式微通道16之间的手控微量调节阀4和甲苯进料流量检测器22，以及连接在混酸分配器5与立式微通道16之间的手控微量调节阀4和混酸进料流量检测器21。
47.本实用新型的工作原理是：
48.本实用新型在使用时，冷却介质在微通道反应装置的碳化硅管内强制循环移出硝化反应热量并维持硝化反应合理温度，保持反应体系温度均衡，控制硝化反应速率。冷却介质温度测量信息反馈给低温冷却介质的补入调节管网和高温冷却介质排出调节管网，硝化
反应系统温度自动调节。硝化反应所需物料分别从各微通道下部物料进入口进入，在每个通道内的混沌对流区进行强化硝化反应，硝化反应后从各微通道反应器顶部溢出汇流进入均化器。
49.碳化硅中心管内部冷却介质流速控制在3m/s—5m/s，强化传热效率。
50.物料增压通过物料微量调节单元在碳化硅换热管和外部套管之间的复合材料的环状结构组件进行硝化反应，控制“t”字口处硝化物料流速4m/s—5m/s，强化非均相物料传质传热，控制硝化反应速度。
51.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。