本實用新型屬于化工設備領(lǐng)域，更具體地，本實用新型涉及一種強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器。

背景技術(shù)：

烷基化反應是指有機化合物分子中連在碳、氧和氮上的氫原子被烷基所取代的反應。一種典型的烷基化反應是丁烷與丁烯在濃硫酸的催化作用下生成異辛烷的烷基化反應。該硫酸烷基化反應中，丁烯溶于濃硫酸中作為反應體系的連續(xù)相，而不容易濃硫酸的丁烷則為分散相，丁烷與丁烯的烷基化反應發(fā)生在兩相界面上。為了提高反應效率，需要強化其傳質(zhì)面積，而將烷烴有效分散在濃硫酸連續(xù)相中是強化其傳質(zhì)的重要途徑之一。但因產(chǎn)物異辛烷及其相應的異構(gòu)化產(chǎn)物在濃硫酸中的溶解度均較低，且為提高烯烴的轉(zhuǎn)化率采用了高的烷烯比而有大量未反應的烷烴，因此烷烴和產(chǎn)物都需要盡快與催化劑濃硫酸分離，以提高生產(chǎn)效率。這就要求烷烴在濃硫酸中分散乳化無需均質(zhì)化，而是適宜可控的。同時，濃硫酸催化丁烷與丁烯的烷基化反應是強放熱反應，體系需要控制低溫條件，而低溫下的濃硫酸的粘度又較高，因此這一乳化是包含了傳熱要求的粘性介質(zhì)中的分散過程。

專利CN204107349U公開了一種新型硅油乳化反應器，在反應器內(nèi)安裝了錨槳、盤管和高剪切乳化機，通過加熱降低硅油粘度、在高速乳化機內(nèi)添加更多的槳葉并提高轉(zhuǎn)速等措施來提高產(chǎn)品乳化均勻性。專利CN204685014U公開了一種高剪切乳化裝置，通過裝置夾套加熱后內(nèi)部多層鋸齒形圓盤高速剪切作用來強化乳化品質(zhì)。專利201410184576.8公開了一種乳化攪拌裝置，通過多軸框式與葉式攪拌的配合促進上下流動混合以改善效果。專利CN201603524U公開了一種乳化裝置，采用設有通孔的攪拌葉對物料進行循環(huán)乳化來改善乳化效果。專利204447838U公開了一種硅油乳化裝置，采用電磁激勵驅(qū)動圓盤上的旋轉(zhuǎn)葉片實現(xiàn)了力度溫和的均勻攪拌。專利 202446992U提供了一種硅油乳化攪拌裝置，以同軸固定的圓盤間的攪拌柱實現(xiàn)了混合力較小的乳化過程。專利102961987A提供了一種具有預混合的連續(xù)化高粘硅油乳化工藝及其設備，采用了包含預混合螺桿泵、靜態(tài)混合器、乳化攪拌釜等設備來獲得高粘硅油乳化產(chǎn)品，其乳化攪拌釜中使用的是不同葉片數(shù)量的斜葉槳。專利CN204247083U提供了一種乳化裝置，在乳化罐內(nèi)的乳化機轉(zhuǎn)軸上安裝有兩個反推輪，可以有效提高乳化能力，使乳化更徹底和更細膩。專利CN204582987U提供了一種乳化機，在攪拌軸上設有多個上下層疊的攪拌葉輪與定子配合，同時通過側(cè)部超聲波發(fā)生器和底部超聲波發(fā)生器使得介質(zhì)在機械乳化的基礎上可進行超聲波乳化，乳化后的介質(zhì)直徑更小，乳化效果更佳。上述專利中，目標產(chǎn)物為長時間穩(wěn)定的乳液產(chǎn)品，沒有產(chǎn)物分相分離要求，且不含化學反應，不適合作為存在化學反應、應用催化劑的反應體系、例如硫酸催化的烷基化反應體系的分散乳化。

專利CN104667856A、CN104549086A、CN104549115A、CN104549108A、CN104549116A、CN104549111A、CN104549110A、CN104549109A、CN104549087A、CN104549114A等在反應器內(nèi)設置噴射混合構(gòu)件及在反應器內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)床或內(nèi)外旋轉(zhuǎn)床，以實現(xiàn)催化劑與反應物的分散混合。這類反應器中實現(xiàn)反應體系分散乳化的組件過多、安裝復雜，不便于裝備的高效制造。

專利CN200520078557.3公開了一種臥式烷基化反應器，采用螺旋槳將分散、混合與換熱整合在同一設備中同步實施，但對不互溶的液-液反應體系的剪切分散、混合及流動換熱能力考慮不充分。

專利CN103242895A公開了一種碳4烷基化生產(chǎn)方法及裝置，液相C4烷烴與濃硫酸在裝置外利用攪拌裝置充分乳化，在多段塔式反應器中完成烷基化反應。該專利方法保證了進入反應器的酸烴的乳化程度，但塔內(nèi)反應過程中的乳液的界面更新取決于填料，其適時調(diào)控措施少。

專利CN203764234U公開了一種烷基化反應器，其反應器包括了頂部的物料入口及分布混合段，中部的反應段以及下部的產(chǎn)品分離段。物料分布混合段通過多管路分布器在無攪拌器的情況下達到物料均勻分布混合；在反應段裝有填料，以增強傳質(zhì)效果促進反應的進行。該反應器可通過氣化移熱實現(xiàn)直接冷卻。該反應器的物料混合段中設置了過多的物料入口管路，其布置復雜、流動阻力大，不利于制造、生產(chǎn)及維護。

專利CN102921368B公開了一種臥式內(nèi)循環(huán)攪拌反應器，以強剪切循環(huán)流槳葉、寬度漸變擋板等的組合作用實現(xiàn)物料的分散與循環(huán)流動。該反應器中的物料分散乳化及循環(huán)流動動力由同一槳葉提供，不利于乳化要求的調(diào)控，同時亦不利于傳質(zhì)傳熱的優(yōu)化。

綜上，本領(lǐng)域還需要開發(fā)能夠增加傳質(zhì)面積、提高反應效率烷基化反應設備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器。

在本實用新型的第一方面，提供一種強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器，所述反應器包括乳化器和換熱器；

所述的乳化器包括：乳化器殼體3；攪拌驅(qū)動電機1；攪拌軸2，其由攪拌驅(qū)動電機1驅(qū)動；第一軸流式槳葉201，其位于攪拌軸上；第二軸流式槳葉203，其位于攪拌軸上；徑流式槳葉202，其位于攪拌軸上第一軸流式槳葉201和第二軸流式槳葉203之間；擋板4；組分分布器6；進料管8；和出料口10；

所述的換熱器包括：換熱器殼體13；換熱列管18；換熱介質(zhì)進口16；換熱介質(zhì)出口17；物料入口12；物料出口20和產(chǎn)物出口14；

所述的反應器還包括乳化器與換熱器之間的第一連接管11和第二連接管21。

在一個優(yōu)選例中，所述乳化器還包括：換熱夾套5，其位于殼體外壁上；較佳地，該換熱夾套5包括半管形換熱盤管。

在另一優(yōu)選例中，所述乳化器還包括：物料排凈口7。

在另一優(yōu)選例中，所述的進料管8上還包括循環(huán)進料管9。所述的物料排凈口7也可作為進料口。

在另一優(yōu)選例中，所述的半管形換熱盤管的管內(nèi)裝有流動的液相或可相變汽化的液相換熱介質(zhì)。

在另一優(yōu)選例中，所述的乳化器殼體3包括：上封頭301；筒體302；下封頭303；較佳地，所述的上封頭301和下封頭303為橢球型封頭結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述的筒體302是直筒體。

在另一優(yōu)選例中，所述的出料口10位于筒體302的側(cè)壁。

在另一優(yōu)選例中，所述的進料管8和循環(huán)進料管9位于下封頭303上。

在另一優(yōu)選例中，所述的物料排凈口7位于下封頭303上。

在另一優(yōu)選例中，所述的組分分布器6穿過殼體3進入殼體內(nèi)。

在另一優(yōu)選例中，所述的換熱夾套5覆蓋于筒體302的側(cè)壁。

在另一優(yōu)選例中，所述的攪拌軸2穿過上封頭301，在下封頭303內(nèi)被定位。

在另一優(yōu)選例中，所述的第一軸流式槳葉201和第二軸流式槳葉203選自：螺旋槳，翼型槳；較佳地是螺旋槳；或

在另一優(yōu)選例中，所述的第一軸流式槳葉201和第二軸流式槳葉203的直徑為筒體302直徑的0.80～0.88倍，優(yōu)選0.84～0.86倍；和/或所述的第一軸流式槳葉201安裝于攪拌軸2上距離上封頭301的上底部垂直距離為所述筒體302直徑的0.8～1.5倍，優(yōu)選0.9～1.4倍的位置；和/或所述的第二軸流式槳葉203安裝于攪拌軸2上距離下封頭303的下底部垂直距離為所述筒體302直徑的0.2～1.5倍，優(yōu)選0.3～1.0倍的位置。

在另一優(yōu)選例中，所述的徑流式槳葉202選自：直葉圓盤渦輪槳，對稱凹葉圓盤渦輪槳，不對稱凹葉圓盤渦輪槳，斜葉槳；較佳地是圓盤渦輪槳。

在另一優(yōu)選例中，所述的徑流式槳葉202是一個或多個；較佳地是1～5個，如2～3個；較佳地，所述的多個徑流式槳葉的層間距為所述徑流式槳葉202直徑的0.8～1.5倍，優(yōu)選0.9～1.2倍；和/或所述的徑流式槳葉202的直徑為筒體302直徑的0.45～0.55倍，優(yōu)選0.47～0.54倍。

在另一優(yōu)選例中，所述的擋板4的數(shù)量是2～12片；較佳地為2-10片；更佳地為2-8片；如4片、6片；較佳地，多片擋板4是均勻分布的；和/或所述的擋板4的寬度為所述筒體302的直徑的1/20～1/8；較佳地為1/12～1/10；和/或所述的擋板4的長度與筒體302的直邊長度相同；和/或所述的擋板4與筒體302的內(nèi)壁的離壁距離為擋板4寬度的1/12～1/8。

在另一優(yōu)選例中，所述的組分分布器6包括進料口601和分布管602；所述的分布管602上分布有孔；較佳地，所述的組分分布器6為圓管型分布器；較佳地，所述的分布管602的直徑為所述的徑流式槳葉202直徑的0.8～ 1.2倍，更佳地為0.9～1.1倍；或所述的組分分布器6安裝于所述徑流式槳葉202與第二軸流式槳葉203之間；較佳地，所述的組分分布器6與所述徑流式槳葉202之間的垂直距離為所述徑流式槳葉202高度的0.5～1.5倍，較佳地為0.8～1.2倍。

在另一優(yōu)選例中，分布管602上分布的孔的孔徑為2～20mm。

在另一優(yōu)選例中，所述的換熱器殼體13的上端和下端由封頭15封閉；較佳地，所述的換熱介質(zhì)進口16和換熱介質(zhì)出口17存在于封頭15上；或

在另一優(yōu)選例中，所述的換熱器內(nèi)還包括：列管支撐板19，用于固定換熱列管18。

本實用新型的其它方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。

附圖說明

圖1、本實用新型的一種強化輸送的機械攪拌式連續(xù)乳化器結(jié)構(gòu)示意圖(正視方向的剖面圖)。圖中，虛線箭頭表示液流流向。

圖2、圓管型分布器結(jié)構(gòu)示意圖(俯視方向)。

圖3、本實用新型的一種強化輸送的機械攪拌式連續(xù)乳化器結(jié)構(gòu)示意圖(正視方向的剖面圖)。圖中所示的乳化器中，攪拌軸上安裝有多個徑流式槳葉的乳化器。

圖4A-圖4C、幾種徑流式槳葉結(jié)構(gòu)示意圖。從左至右依次為：直葉圓盤渦輪槳，對稱凹葉圓盤渦輪槳，斜葉槳。

圖5A-圖5F、幾種軸流式槳葉結(jié)構(gòu)示意圖。上左為弧形螺旋槳，上中為扇形螺旋槳，上右為四葉翼型槳，下左為六寬葉翼型槳，下中為六窄葉翼型槳，下右為k5翼型槳。

圖中，各附圖標記分別為：

1：攪拌驅(qū)動電機；

2：攪拌軸；201：第一軸流式槳葉；202：徑流式槳葉；203：第二軸流式槳葉；

3：殼體；301：上封頭；302：筒體；303：下封頭。

4：擋板；

5：換熱夾套；

6：組分分布器；601：進料口；602：分布管；

7：物料排凈口(或進料管)；

8：進料管；

9：循環(huán)進料管；

10：出料口；

11：第一連接管；

12：物料入口；

13：換熱器殼體；

14：產(chǎn)物出口；

15：封頭；

16：換熱介質(zhì)進口；

17：換熱介質(zhì)出口；

18：換熱列管；

19：列管支撐板；

20：物料出口；

21：第二連接管。

具體實施方式

為了克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明人經(jīng)過深入的研究，開發(fā)了一種強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器及烷基化反應方法。通過強化輸送的機械攪拌式連續(xù)乳化器與換熱器構(gòu)成物料外循環(huán)，乳化器保證了在高密度粘性介質(zhì)中實現(xiàn)低密度低粘物質(zhì)的適宜分散乳化和適當控溫，并以不同區(qū)域安裝的軸流式槳葉強化體系流體的輸送及循環(huán)流動能力；換熱器強化了反應控溫，并與乳化器中的軸流式槳葉協(xié)同驅(qū)動物料循環(huán)。本實用新型的設計，可保證烷基化反應中的分散乳化傳質(zhì)、反應移熱和流體循環(huán)流動三種功能的穩(wěn)定性和可調(diào)控性。

術(shù)語

如本文所用，所述的“低密度低粘性物料”是指一類具有較低密度、較低粘度的物料；例如，其密度一般在0.15～1g/cm³、其粘度一般在0.2～100CP。所述的“低密度低粘性物料”作為分散相。

如本文所用，所述的“高密度粘性物料”是指一類具有較高密度、較高粘性的物料；例如，其密度一般在1～5g/cm³或其粘度一般在1～1000CP。所述的“高密度粘性物料”作為“連續(xù)相”。

應理解，“低密度低粘性物料”與“高密度粘性物料”是一種相對的概念，例如，若連續(xù)相的粘度在1～100CP中間(如20CP)，分散相的粘度在低于1CP(如0.5CP)，那么連續(xù)相相對于分散相為“高密度粘性物料”。

強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器

本實用新型提供了一種強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器，所述反應器包括乳化器和換熱器，兩者通過連接管連接，進行物質(zhì)流通。

本實用新型所述的乳化器包括：乳化器殼體，攪拌驅(qū)動電機，攪拌軸，第一軸流式槳葉，第二軸流式槳葉，徑流式槳葉，擋板，組分分布器，進料管和出料口。

所述的乳化器殼體包括：上封頭，筒體，下封頭。所述的上封頭用于封閉筒體上端，所述的下封頭用于封閉筒體下端，從而構(gòu)成整體的乳化器殼體。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的上封頭和下封頭為橢球型封頭結(jié)構(gòu)。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的筒體是直筒體。

所述的攪拌驅(qū)動電機用于為攪拌軸的運轉(zhuǎn)提供動力，具有適當?shù)尿?qū)動能力的電機均可應用于本實用新型中。所述的攪拌軸穿過上封頭，在所述的筒體或所述的下封頭內(nèi)被定位。通常，所述的乳化器殼體的主體結(jié)構(gòu)是圓柱體形，而所述的攪拌軸被定位于乳化器殼體內(nèi)的中心線上。

所述的第一軸流式槳葉和第二軸流式槳葉安裝于攪拌軸上，位于筒體之內(nèi)。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的第一軸流式槳葉和第二軸流式槳葉的直徑為筒體直徑的0.80～0.88倍，優(yōu)選0.84～0.86倍。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的第一軸流式槳葉安裝于攪拌軸上距離上封頭的上底部垂直距離為所述筒體直徑的0.8～1.5倍，優(yōu)選0.9～1.4倍的位置。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的第二軸流式槳葉安裝于攪拌軸上距離下封頭的下底部垂 直距離為所述筒體直徑的0.2～1.5倍，優(yōu)選0.3～1.0倍的位置。所述的軸流式槳葉可以是但不限于：螺旋槳或翼型槳；較佳地是螺旋槳。圖5A-圖5F呈現(xiàn)了一些軸流式槳葉。

所述的徑流式槳葉安裝于攪拌軸上，位于筒體之內(nèi)、第一軸流式槳葉和第二軸流式槳葉之間的位置。所述的徑流式槳葉可以是一個或多個；較佳地是1～5個，如2～3個；較佳地，所述的多個徑流式槳葉的層間距為所述徑流式槳葉直徑的0.8～1.5倍，優(yōu)選0.9～1.2倍。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的徑流式槳葉的直徑為筒體直徑的0.45～0.55倍，優(yōu)選0.47～0.54倍。所述的徑流式槳葉可以是但不限于：直葉圓盤渦輪槳，對稱凹葉圓盤渦輪槳，不對稱凹葉圓盤渦輪槳或斜葉槳；較佳地是圓盤渦輪槳。圖4A-圖4C呈現(xiàn)了一些徑流式槳葉。

為了配合徑流式槳葉，本實用新型的筒體內(nèi)靠近內(nèi)側(cè)壁的位置還設置擋板，從而與徑流式槳葉共同作用，將分散相循環(huán)剪切分散并進入連續(xù)相中。擋板的數(shù)量是至少2片；一般為2～12片；較佳地為2-10片；更佳地為2-8片，如4片、6片。一般地，多片擋板均勻排布于筒體內(nèi)靠近內(nèi)側(cè)壁的壁周。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的擋板與筒體的內(nèi)壁的離壁距離為擋板寬度的1/12～1/8。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的擋板的寬度為所述筒體的直徑的1/20～1/8；較佳地為1/12～1/10。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的擋板的長度與筒體的直邊長度相同。

本實用新型所述的乳化器還包括換熱夾套，其位于筒體外壁上，其可用于調(diào)整乳化器殼體內(nèi)的液體的溫度。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述換熱夾套包括半管形換熱盤管，其管內(nèi)裝有流動的液相或可相變汽化的液相換熱介質(zhì)。

本實用新型所述的乳化器還包括組分分布器，其設置于筒體內(nèi)，其包括進料口和分布管，所述的分布管上分布有孔。作為本實用新型的優(yōu)選方式，分布管上分布的孔的孔徑可以為2～20mm。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的組分分布器為圓管型分布器。較佳地，所述的組分分布器的分布管的環(huán)直徑為所述的徑流式槳葉直徑的0.8～1.2倍；更佳地為0.9～1.1倍。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的組分分布器安裝于所述徑流式槳葉與第二軸流式槳葉之間；較佳地，所述的組分分布器與所述徑流式槳葉之間的垂直距離 為所述徑流式槳葉高度的0.5～1.5倍，較佳地為0.8～1.2倍。

本實用新型所述的乳化器還包括至少一個進料管(進料口)，至少一個出料管(出料口)。

所述的進料管位于筒體或下封頭上；較佳地位于下封頭底部。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的進料管垂直穿過所述下封頭壁；較佳地，所述進料管上還設有循環(huán)進料管。所述的循環(huán)進料管是指乳化器內(nèi)的物質(zhì)可向另一功能性加工器械(如換熱器)循環(huán)物質(zhì)交流的管道。

所述的出料口(出料管)位于筒體的側(cè)壁，其用于將乳化產(chǎn)物輸出；作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的出料口位于筒體上高于第一軸流式槳葉的位置。

本實用新型所述的乳化器還包括物料排凈口，其位于乳化器殼體的底部，用于將乳化結(jié)束后，乳化器內(nèi)剩余的物料排出。所述的物料排凈口也可作為進料口。

本實用新型所述的換熱器包括：換熱器殼體，換熱列管，換熱介質(zhì)進口，換熱介質(zhì)出口，物料入口，物料出口，產(chǎn)物出口。

所述的換熱器殼體的上端和下端由封頭封閉；較佳地，所述的換熱介質(zhì)進口和換熱介質(zhì)出口存在于封頭上。

所述的換熱列管可以由列管支架固定于換熱器內(nèi)；較佳地，換熱列管被均勻地固定。換熱列管的間隙中容許物料流動，從而與物料發(fā)生熱交換。

所述的換熱器中，換熱介質(zhì)可以是液相或可相變汽化的液相換熱介質(zhì)，該換熱介質(zhì)由所述的換熱器的換熱介質(zhì)進口經(jīng)封頭分布后進入所述的換熱列管的管內(nèi)，與所述換熱器的所述換熱列管的管間的物料換熱后，從所述的換熱器的換熱介質(zhì)出口流出。

所述的換熱器的換熱能力以滿足烷基化反應器反應控溫的換熱要求為準，并據(jù)此設計有效換熱面積和換熱介質(zhì)條件。

本實用新型所述的反應器還包括乳化器與換熱器之間的第一連接管和第二連接管，從而反應物料可以在乳化器和換熱器之間被輸送。所述的第一連接管和第二連接管的直徑，可以根據(jù)乳化器和換熱器的規(guī)模來確定。

強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器的應用

本實用新型還提供了所述的強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器的用途，所述的強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器用于進行烷基化反應。

本實用新型的所述的外循環(huán)式烷基化方法包括：提供所述的強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器，通過進料管向筒體內(nèi)輸入第一反應物料；通過組分分布器向筒體內(nèi)輸入第二反應物料；開啟攪拌驅(qū)動電機，第二反應物料在徑流式槳葉與擋板的共同作用下循環(huán)剪切分散、進入由第二軸流式槳葉吸入輸送的第一反應物料中、再被第一軸流式槳葉進一步分散乳化后，由出料口流出乳化器，經(jīng)由第一連接管和物料入口輸入到換熱器中；在換熱器中，在合適的換熱條件下，混合的物料繼續(xù)反應，并由第二連接管進入進料管，流入到乳化器中繼續(xù)反應，或與新鮮的第一反應物料混合后流入到乳化器中，進行連續(xù)反應；反應物料從產(chǎn)物出口輸出，經(jīng)后續(xù)操作獲得目標產(chǎn)物。

所述的乳化器運行時，攪拌驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速一般在100～800rpm范圍內(nèi)是合適的。當然，根據(jù)待乳化的物料的種類和體積的不同，攪拌的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整為上述范圍以外的數(shù)值，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員易于做到的。

所述的換熱器中包括換熱介質(zhì)，所述的換熱介質(zhì)是液相或能相變汽化的液相換熱介質(zhì)，該換熱介質(zhì)由換熱介質(zhì)進口經(jīng)封頭分布后進入換熱列管的管內(nèi)，與換熱器列管的管間的物料換熱后，從換熱介質(zhì)出口流出。

本實用新型的方法適用于在高密度粘性物料中進行低密度低粘性物料的分散乳化，并使得兩種物料發(fā)生充分的反應。本實用新型的方法特別適用于需要高粘度物料參與的烷基化反應。

本實用新型所述的“烷基化反應”是指有機化合物分子中連在碳、氧和氮上的氫原子被烷基所取代的反應。參與反應的物料通常是不互溶的、并且反應過程中發(fā)生熱量變化，因此需要通過乳化器進行分散乳化以促進第一反應物和第二反應物的相互接觸，通過換熱器來調(diào)節(jié)合適的溫度。

作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的“第一反應物料”是作為連續(xù)相的物料。例如，濃硫酸，其在烷基化反應中常作為催化劑。更具體地如含有烯烴(較佳地為C3～C5烯烴，如丁烯)的濃硫酸。

作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的“第二反應物料”是作為分散相的物料。例如，烴類；較佳地為烷烴；更佳地為C3～C5烷烴，如丁烷。

第一反應物料與第二反應物料輸入乳化器的輸入體積流量比可以為：連 續(xù)相:分散相＝1:1～10:1。當然，根據(jù)反應的需要，在某些情況下，其它的比例范圍也是可以的。

作為一種可實施方式，本實用新型的反應器適用于以濃硫酸為連續(xù)相分散烴類。本實用新型的反應器，通過調(diào)節(jié)乳化器內(nèi)槳葉的結(jié)構(gòu)形式、直徑以及攪拌轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)槳葉對分散相的剪切分散能力，獲得適宜的分散乳化液滴直徑，該分散相的液滴直徑與后續(xù)過程中分散乳化體系分相前需要穩(wěn)定的時間相對應。同時，濃硫酸催化丁烷與丁烯的烷基化反應是強放熱反應，體系需要控制低溫條件，而低溫下的濃硫酸的粘度又較高，因此這一乳化是包含了傳熱要求的粘性介質(zhì)中的分散過程；所述的乳化器還可以通過換熱夾套來實現(xiàn)溫度的調(diào)控。并且，通過換熱器的應用，為反應體系提供了完善的溫度調(diào)節(jié)環(huán)境。

本實用新型的主要優(yōu)點是：

1、采用功率輸入能力強的徑流式槳葉，與安裝的擋板相配合，實現(xiàn)對物料的高效剪切分散并達到適宜的乳化程度。

2、在分散乳化的同時，實現(xiàn)了反應界面的高效更新，強化了傳質(zhì)效果，有利于提高反應效率。

3、在乳化器的進料與出料區(qū)段均設置了驅(qū)動反應體系流動的軸流式槳葉，強化了乳化器中物料流體的循環(huán)輸送能力，同時亦強化了滿足烷基化反應所需的物料循環(huán)內(nèi)外比的調(diào)控能力。

4、攪拌槳葉直徑與轉(zhuǎn)速的合理設計，有利于調(diào)控乳化效果，使其既能滿足反應傳質(zhì)面積要求，又能使產(chǎn)物和過量烷烴得到高效的分離，提高生產(chǎn)效率。

5、外循環(huán)換熱器中物料的部分分相作用會產(chǎn)生重度差，該重度差與軸流式槳葉會產(chǎn)生協(xié)同作用，進一步強化反應器中的物料循環(huán)功能。

6、外循環(huán)式換熱器使換熱功能具有獨立性，能夠滿足換熱強化的調(diào)節(jié)性與可控性，同時為設備維護提供了便利。

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。下列實施例中未注明 具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。

實施例1、強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器

1、乳化器

如圖1和圖3，乳化器包括：殼體3；上封頭301，筒體302，下封頭303。所述的上封頭301和下封頭303為橢球型封頭結(jié)構(gòu)。

筒體302為直筒體，其外壁上還設置換熱夾套5，該換熱夾套5包括半管形換熱盤管，管內(nèi)裝有流動的液相或可相變汽化的液相換熱介質(zhì)。

攪拌軸2穿過上封頭301、筒體302，在所述的下封頭303內(nèi)被定位，攪拌軸2由攪拌驅(qū)動電機1驅(qū)動。

攪拌軸2上，設置第一軸流式槳葉201、徑流式槳葉202和第二軸流式槳葉203。

第一軸流式槳葉201位于筒體302中、徑流式槳葉202上部，其安裝于攪拌軸2上，采用螺旋槳，其直徑為筒體直徑的0.85倍。

第二軸流式槳葉203位于筒體302中、徑流式槳葉202下部，其安裝于攪拌軸2上，采用螺旋槳，其直徑為筒體直徑的0.85倍。

徑流式槳葉202位于筒體302的中部，采用圓盤渦輪槳，其直徑為筒體302直徑的0.48倍。

筒體302內(nèi)包括組分分布器6，其穿過殼體壁進入到筒體302內(nèi)。組分分布器6是圓管型分布器，如圖2，包括進料口601和分布管602；分布管602上分布有孔；分布管602的直徑是徑流式槳葉202的直徑的0.95倍。分布管602上分布的孔的孔徑為5mm。組分分布器6安裝于所述徑流式槳葉202與第二軸流式槳葉203之間。組分分布器6與所述徑流式槳葉202之間的垂直距離等于所述徑流式槳葉202的高度。

筒體302內(nèi)設置擋板4，擋板4均勻排布于筒體302的靠近內(nèi)壁的位置，離壁距離為擋板4寬度的1/10，安裝的數(shù)量是6片。擋板4的長度與筒體302的直邊長度相同，寬度為筒體302的直徑的1/11。

殼體3上還設置多個物料出入口，包括進料管8，出料口10，物料排凈口7。進料管8上還設有循環(huán)進料管9。出料口10位于筒體302的側(cè)壁。進料管8位于下封頭303上。物料排凈口7位于下封頭303上。

2、換熱器

換熱器包括：換熱器殼體13；換熱列管18；換熱介質(zhì)進口16；換熱介質(zhì)出口17；物料入口12；物料出口20；產(chǎn)物出口14。所述的換熱器殼體13的上端和下端由封頭15封閉。所述的換熱介質(zhì)進口16和換熱介質(zhì)出口17存在于封頭15上。

所述的換熱器內(nèi)還包括：列管支撐板19，用于固定換熱列管18。包含換熱介質(zhì)進口16的封頭15內(nèi)，還設有分布換熱介質(zhì)的裝置，使得流入的換熱介質(zhì)被均勻分布在換熱列管內(nèi)。

3、連接管

所述的反應器還包括乳化器與換熱器之間的第一連接管11和第二連接管21，用于進行乳化器與換熱器之間的物質(zhì)傳輸。

實施例2、強化輸送的外循環(huán)式烷基化方法

1、反應步驟

以模擬介質(zhì)(糖漿鹽水溶液為連續(xù)相，異辛烷為分散相。連續(xù)相與分散相的密度比為1.5:1、連續(xù)相與分散相的粘度比為80:1)。以轉(zhuǎn)速500rpm的攪拌驅(qū)動。

利用實施例1所述的強化輸送的外循環(huán)式烷基化反應器進行模擬反應，步驟如下：

在實施例1所述的外循環(huán)式烷基化反應器中，通過進料管8向乳化器殼體3內(nèi)連續(xù)地輸入連續(xù)相物料(第一反應物料)，待連續(xù)相物料浸沒徑流式槳葉202后，開啟攪拌驅(qū)動電機1；然后通過組分分布器6向乳化器殼體3內(nèi)連續(xù)地輸入分散相物料(第二反應物料)。

分散相物料在徑流式槳葉202與擋板4的共同作用下循環(huán)剪切分散、進入由第二軸流式槳葉203吸入輸送的連續(xù)相物料中、再被第一軸流式槳葉201進一步分散乳化(本例采用了模擬介質(zhì)模擬乳化，不產(chǎn)生放熱；當進行烷基化反應時，分散相在被徑流式槳葉202和軸流式槳葉201分散乳化和輸送的同時發(fā)生化學反應并放出反應熱)。從出料口10連續(xù)流出的乳化液經(jīng)第一連接 管11由物料入口12進入換熱器13內(nèi)的換熱列管18的管間，(當產(chǎn)生反應熱時，物料在沿管間向下游流動的過程中與換熱列管束18管內(nèi)的介質(zhì)發(fā)生換熱作用，移走反應放出的熱量從而將反應溫度保持在合適的范圍內(nèi))。經(jīng)過換熱列管后的物料從換熱器的物料出口20經(jīng)第二連接管21與新物料合并后回到乳化器內(nèi)進一步乳化和反應，物料在乳化器與換熱器之間循環(huán)流動。

從乳化器流入換熱器的物料，可從產(chǎn)物出口14部分流出并經(jīng)后續(xù)操作獲得目標產(chǎn)物。

2、反應效果

烷基化反應器的移熱負荷由工藝條件確定，并由乳化器和換熱器共同完成。乳化器和換熱器的換熱效率與乳化器和換熱器的換熱面積及換熱介質(zhì)的進出狀態(tài)參數(shù)與流動速度有關(guān)，同時還與乳化器內(nèi)的物料和換熱器列管間物料的流動速度有關(guān)。乳化器和換熱器的換熱面積大、物料及換熱介質(zhì)的流動速度快則換熱效率高，換熱介質(zhì)發(fā)生汽化相變則會使換熱效率顯著提高。

當設計在換熱器中適當降低流速時，物料便會發(fā)生分相作用。分散相因密度低而上浮并從產(chǎn)物出口流出，連續(xù)相則因密度大而沉降。連續(xù)相的沉降重力與乳化器中的軸流式槳葉向上的輸送動力一致，從而有利于物料在乳化器與換熱器間的循環(huán)流動，促進傳質(zhì)、反應和換熱。

體系物料的乳化程度、乳化液滴尺寸、物料循環(huán)流動速度等參數(shù)反映了反應的傳質(zhì)和傳熱效果，這些效果可以在無反應的模擬介質(zhì)中得到體現(xiàn)。

采用前述“1”中的模擬介質(zhì)及方法進行效果表征，從乳化器中采集乳化液進行一些參數(shù)的考察，結(jié)果如下：

(1)反應物料乳化程度考察

獲取經(jīng)乳化器乳化的乳化液，考察乳液分相50％所用的時間。經(jīng)測定，乳液分相50％時需要的時間為40～70min。

可見，本實用新型的機械攪拌式連續(xù)乳化器中，采用功率輸入能力強的徑流式槳葉，與安裝的擋板相配合，加上軸流式槳葉的配合作用，實現(xiàn)了對物料的高效剪切分散并達到適宜的乳化程度。

(2)反應效率考察

獲取經(jīng)乳化器乳化的乳化液，考察分散相的液滴直徑。經(jīng)測定，分散相的液滴直徑d₃₂＜80μm的含量大于80％。分散相液滴直徑小，有利于提高傳質(zhì)界面面積及其更新，從而提高反應效率。

(3)物料循環(huán)參數(shù)考察

在反應過程中，測定反應物料循環(huán)參數(shù)。經(jīng)測定，以軸流式槳葉直徑計算的循環(huán)流量數(shù)大于0.79。較高的循環(huán)流量數(shù)有利于滿足烷基化反應的循環(huán)內(nèi)外比，提高換熱效率。

(4)分散乳化體系的單位體積攪拌功率消耗

經(jīng)測定，分散乳化體系的單位體積功率消耗在3～10kw/m³范圍內(nèi)?？梢?，本實用新型的外循環(huán)式烷基化反應器具有很高的生產(chǎn)效率。

本實用新型所述的乳化器在強化循環(huán)流動能力的同時，軸流式槳葉的剪切分散能力得到改善。鑒于過度分散乳化會影響分相性能，對徑流式槳葉的直徑進行了合理調(diào)整，從而實現(xiàn)功率消耗在兩種槳葉上的合理分配，滿足分散乳化而強化輸送，總體功耗狀況穩(wěn)定。當需要溫度調(diào)整時，換熱器提供了實現(xiàn)換熱的作用。

需要說明的是，本實用新型的實施方式僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非用于限制保護范圍。應理解，在閱讀了本實用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。