本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體涉及一種高剪切折流反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠用于液液、氣液、氣液固、液固、氣固等多相體系的反應(yīng)、分離或混合。

背景技術(shù)：

在反應(yīng)、分離或混合過程中，經(jīng)常需要將兩種或多種物料充分混合，以使不同物料充分接觸，從而使過程得到強化。如氣液、氣液固等吸收或吸收反應(yīng)過程中，常采用傳統(tǒng)塔器，多相物料在塔內(nèi)接觸面積、流體的湍動程度較低，無法實現(xiàn)快速的傳質(zhì)，從而使達到吸收目標(biāo)需要較大的設(shè)備和較高的操作成本；在液液、氣液固、氣液、液固等混合或反應(yīng)體系中，不同物料的充分混合、接觸，可以使物料易于達到均勻混合，從而提升混合效果、產(chǎn)物產(chǎn)率和反應(yīng)選擇性。例如，對于簡單的快速反應(yīng)（如中和、燃燒等反應(yīng)），強化混合可以有效提高表觀反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的利用率，降低所需反應(yīng)時間和反應(yīng)器體積；對于快速復(fù)合反應(yīng)，如硝化、溴化、烷基化、碘化、偶合、聚合、對稱二胺?；?、自催化反應(yīng)等反應(yīng)，物料的混合效果將影響產(chǎn)物產(chǎn)率和反應(yīng)選擇性，從而影響產(chǎn)品的純化、分離和生產(chǎn)成本。如果混合不足將導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)率顯著下降。

強化傳質(zhì)與混合的設(shè)備有微通道反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)填料床（RPB）等。RPB是一種典型的強化相間傳質(zhì)和多相混合的設(shè)備。在RPB內(nèi)由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的巨大剪切力的作用，使流經(jīng)轉(zhuǎn)子填料的流體受到遠(yuǎn)大于地球重力的離心力的作用（通常為幾十到幾百個重力加速度）。由于填料對流體的持續(xù)破碎和切割作用，流體被剪切成非常微小的微元，流體的湍動效果、表面更新速度都得到了提升，從而大幅度提高了RPB中的微觀混合和傳質(zhì)效果。但是，傳統(tǒng)RPB存在流體在填料內(nèi)沿軸向和周向分布不均、停留時間短、物料易于堵塞等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)對氣相、液相等流體的高速剪切和擾動以及流體在旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的均勻分布，從而使多相體系快速達到分子尺度的均勻混合以及快速傳質(zhì)，提高反應(yīng)速率、傳質(zhì)速率和產(chǎn)品收率的一種高剪切折流反應(yīng)器。

本發(fā)明一種高剪切折流反應(yīng)器，包括旋轉(zhuǎn)體和殼體及液體分布器，所述旋轉(zhuǎn)體包括旋轉(zhuǎn)軸、上端蓋、下端蓋及設(shè)置在上端蓋和下端蓋之間的多層折流板，所述旋轉(zhuǎn)軸伸入殼體與下端蓋相連，下端蓋通過呈環(huán)狀設(shè)置在下端蓋上的若干柱銷與上端蓋相連，上端蓋為圓環(huán)狀，所述上端蓋通過環(huán)形密封裝置與殼體相連；

上端蓋、下端蓋及靠近下蓋板中心處呈環(huán)狀設(shè)置的柱銷圍成的柱狀區(qū)域為旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部區(qū)域，殼體、環(huán)形密封裝置、上端蓋、下端蓋及遠(yuǎn)離下蓋板中心處呈環(huán)狀設(shè)置的柱銷所圍成的區(qū)域為旋轉(zhuǎn)體外部區(qū)域；

所述折流板與柱銷固定相連，相鄰折流板之間設(shè)置有通道，通道將旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部區(qū)域與旋轉(zhuǎn)體外部區(qū)域連通；

所述液體分布器包括進液端和液體均布端，進液端通過管路與液體均布端相連，所述液體均布端穿過殼體并由上端蓋中心處伸入旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部區(qū)域；

所述殼體上設(shè)置有氣體進口、氣體出口及液體出口，氣體出口設(shè)置在殼體上且位于環(huán)形密封裝置及旋轉(zhuǎn)體所圍成的區(qū)域內(nèi)，所述液體出口設(shè)置在殼體底面上；所述氣體進口與氣體出口、液體均布端與液體出口之間均通過折流板間的通道相連。

所述旋轉(zhuǎn)軸上連接有一驅(qū)動裝置。

優(yōu)選地，折流板的厚度為1-20mm，相鄰折流板的折流面之間的夾角為10-180度，且兩折流板之間的距離為5-100mm。

優(yōu)選地，折流板的厚度為2-10mm，相鄰折流板的折流面之間的夾角為90-150度，且兩折流板之間的距離為5-50mm。

優(yōu)選地，柱銷均同心錯位設(shè)置，柱銷的直徑為2-50mm，相鄰柱銷之間的徑向距離為5-100mm，周向距離為10-100mm。

優(yōu)選地，柱銷的直徑為4-20mm，相鄰柱銷之間的徑向距離為10-30mm，周向距離為15-30mm。

或者優(yōu)選地，所述密封裝置為液體密封或梳齒密封，折流板所在平面與上蓋板所在平面平行。

優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)軸與殼體之間設(shè)置有轉(zhuǎn)軸密封，所述轉(zhuǎn)軸密封為機械密封或磁力密封或干氣密封或填料密封，

優(yōu)選地，液體均布端為霧化噴嘴或均勻分布的液體噴嘴。

優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速為10-10000rpm，反應(yīng)腔體內(nèi)操作溫度為0-500度，反應(yīng)腔體內(nèi)操作壓力為0-50MPa。

優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速為100-3500rpm，反應(yīng)腔體內(nèi)操作溫度為20-200度，反應(yīng)腔體內(nèi)操作壓力為0-10MPa。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，利用旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動，使得折流板隨之轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對氣相、液相等流體的高速剪切和擾動以及流體在旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的均勻分布，從而使多相體系快速達到分子尺度的均勻混合以及快速傳質(zhì)，提高反應(yīng)速率、傳質(zhì)速率和產(chǎn)品收率。

采用轉(zhuǎn)動折流板可以使旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的流體實現(xiàn)折流流動，增加流體在旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的停留時間，以滿足反應(yīng)、分離以及混合等過程對接觸時間的要求，實現(xiàn)相關(guān)過程的高效強化；

采用霧化噴嘴或均勻分布的液體噴嘴與多層旋轉(zhuǎn)折流板結(jié)合，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體內(nèi)流體沿軸向的均勻分布，避免因重力或多相間的擾流作用導(dǎo)致流體沿軸向分布不均等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為柱銷在下蓋板上分布示意圖。

附圖標(biāo)記：1-氣體進口，2-旋轉(zhuǎn)體，3-進液端，4-氣體出口，5-液體均布端，6-環(huán)形密封裝置，7-殼體，8-折流板，9-柱銷，10-液體出口，11-轉(zhuǎn)軸，12-電動機，13-轉(zhuǎn)軸密封。

具體實施方式

本發(fā)明一種高剪切折流反應(yīng)器，包括旋轉(zhuǎn)體2和殼體7及液體分布器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)體2包括旋轉(zhuǎn)軸11、上端蓋、下端蓋及設(shè)置在上端蓋和下端蓋之間的多層折流板8，所述旋轉(zhuǎn)軸11伸入殼體7與下端蓋相連，下端蓋通過呈環(huán)狀設(shè)置在下端蓋上的若干柱銷9與上端蓋相連，上端蓋為圓環(huán)狀，所述上端蓋通過環(huán)形密封裝置6與殼體7相連；

上端蓋、下端蓋及靠近下蓋板中心處呈環(huán)狀設(shè)置的柱銷9圍成的柱狀區(qū)域為旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)部區(qū)域，殼體7、環(huán)形密封裝置6、上端蓋、下端蓋及遠(yuǎn)離下蓋板中心處呈環(huán)狀設(shè)置的柱銷9所圍成的區(qū)域為旋轉(zhuǎn)體2外部區(qū)域；

所述折流板8與柱銷9固定相連，相鄰折流板8之間設(shè)置有通道，通道將旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)部區(qū)域與旋轉(zhuǎn)體2外部區(qū)域連通；

所述液體分布器包括進液端3和液體均布端5，進液端3通過管路與液體均布端5相連，所述液體均布端5穿過殼體7并由上端蓋中心處伸入旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)部區(qū)域；

所述殼體7上設(shè)置有氣體進口1、氣體出口4及液體出口10，氣體出口4設(shè)置在殼體7上且位于環(huán)形密封裝置6及旋轉(zhuǎn)體2所圍成的區(qū)域內(nèi)，所述液體出口10設(shè)置在殼體7底面上；所述氣體進口1與氣體出口4、液體均布端5與液體出口10之間均通過折流板8間的通道相連。

所述旋轉(zhuǎn)軸11上連接有一驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置為電動機12。

折流板8的厚度為1-20mm，相鄰折流板8的折流面之間的夾角為10-180度，且兩折流板8之間的距離為5-100mm；也可選擇折流板8的厚度為2-10mm，相鄰折流板8的折流面之間的夾角為90-150度，且兩折流板8之間的距離為5-50mm。

柱銷9均同心錯位設(shè)置，柱銷9的直徑為2-50mm，相鄰柱銷9之間的徑向距離為5-100mm，周向距離為10-100mm，也可選擇柱銷9的直徑為4-20mm，相鄰柱銷9之間的徑向距離為10-30mm，周向距離為15-30mm。

所述密封裝置為液體密封或梳齒密封，折流板8所在平面與上蓋板所在平面平行。旋轉(zhuǎn)軸11與殼體7之間設(shè)置有轉(zhuǎn)軸密封13，所述轉(zhuǎn)軸密封13為機械密封或磁力密封或干氣密封或填料密封，液體均布端5為霧化噴嘴或均勻分布的液體噴嘴。

旋轉(zhuǎn)體2的轉(zhuǎn)速為10-10000rpm，反應(yīng)腔體內(nèi)操作溫度為0-500度，反應(yīng)腔體內(nèi)操作壓力為0-50MPa，也可選擇旋轉(zhuǎn)體2轉(zhuǎn)速為100-3500rpm，反應(yīng)腔體內(nèi)操作溫度為20-200度，反應(yīng)腔體內(nèi)操作壓力為0-10MPa。

使用時，氣體從氣體進口1進入殼體7內(nèi)，由于氣體出口4設(shè)置在氣體出口4設(shè)置在殼體7上且位于環(huán)形密封裝置6及旋轉(zhuǎn)體2所圍成的區(qū)域內(nèi)，使得進入殼體7內(nèi)的氣體只能通過旋轉(zhuǎn)體2后進入氣體出口4，而液體從由進液端3進入液體均布端5后，通過旋轉(zhuǎn)體2流出至液體出口10，液體在流經(jīng)旋轉(zhuǎn)體2時，在高速旋轉(zhuǎn)的折流板8作用下與氣體混合，折流板8轉(zhuǎn)動使旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)的液體和氣體實現(xiàn)折流流動，增加流體在旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)的停留時間，以滿足反應(yīng)、分離以及混合等過程對接觸時間的要求，實現(xiàn)相關(guān)過程的高效強化；霧化噴嘴或均勻分布的液體噴嘴與多層旋轉(zhuǎn)折流板8結(jié)合，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)氣體和液體沿軸向的均勻分布，避免因重力或多相間的擾流作用導(dǎo)致流體沿軸向分布不均等問題；每個柱銷9穿過折流板8，并固定在折流板8上，折流板8相互平行，且與旋轉(zhuǎn)體2的上端蓋和下端蓋平行；

液體由旋轉(zhuǎn)體2中心處的液體均布端5進入，液體均布端5的出口與折流板8進料內(nèi)緣平行，由于液體流出液體均布端5時具有一定初速度，可以順利進入折流板8內(nèi)緣，被折流板8捕獲，相鄰兩塊折流板8平行放置，中間留有一通道，液體可以順利通過折流板8。

實施例二：一種高剪切折流反應(yīng)器內(nèi)真空水脫氧

水由一種高剪切折流反應(yīng)器上的進液端3進入，經(jīng)液體均布端5進入反應(yīng)器內(nèi)腔，在旋轉(zhuǎn)折流板8和柱銷9作用下，在旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)沿徑向向外流動；真空泵抽氣口接反應(yīng)器氣體出口4，在真空泵的作用下，從水中解吸的氧氣在壓力梯度作用下在旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)沿徑向向內(nèi)流動，經(jīng)反應(yīng)器中心和氣體出口4吸出，液體由液體出口10管排出，試驗條件：真空度0.096 MPa，液量600 L/h，轉(zhuǎn)速800 rpm，溫度26℃，水初始含氧量8.3 ppm，經(jīng)本工藝脫氧后水含氧量降至20 ppb。

實施例三：一種高剪切折流反應(yīng)器內(nèi)甲基二乙醇胺脫除天然氣中CO₂

天然氣從一種高剪切折流反應(yīng)器氣體進口1管進入設(shè)備，在壓力推動下沿旋轉(zhuǎn)體2外緣向內(nèi)緣流動，甲基二乙醇胺吸收液由反應(yīng)器上部的液體分布器進入反應(yīng)器內(nèi)部，并由旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)緣向外緣流動。吸收液與天然氣在旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)部逆流接觸并發(fā)生反應(yīng)，吸收CO₂。反應(yīng)后天然氣由氣體出口4排出，吸收液由液體出口10管排出。試驗條件：天然氣流量20000 m³/h，MDEA吸收液流量200 m³/h，轉(zhuǎn)速150 rpm，溫度40 ℃，壓力70 atm，進口CO₂濃度3%，出口CO₂濃度0.3%。

實施例四：一種高剪切折流反應(yīng)器內(nèi)臭氧氧化降解苯酚

臭氧氣體從一種高剪切折流反應(yīng)器氣體進口1進入設(shè)備，在壓力推動下沿旋轉(zhuǎn)體2外緣向內(nèi)緣流動，含苯酚廢水由反應(yīng)器上部的液體分布器進入反應(yīng)器內(nèi)部，并由旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)緣向外緣流動。臭氧氣體和苯酚廢水在旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)部逆流接觸并發(fā)生反應(yīng)，使苯酚降解。反應(yīng)后氣體由氣體出口4排出，廢水由液體出口10管排出。試驗條件：臭氧氣體流量1 m³/h，臭氧含量60 mg/m³，苯酚濃度100 mg/L，液體流量100 L/h，轉(zhuǎn)速1000 rpm，苯酚降解率85%。

實施例五：一種高剪切折流反應(yīng)器內(nèi)苯酚催化加氫

一種高剪切折流反應(yīng)器采用高壓磁力密封，折流板8和旋轉(zhuǎn)體2表面負(fù)載過渡金屬Pd催化劑。氫氣從一種高剪切折流反應(yīng)器氣體進口1進入設(shè)備，在壓力推動下沿旋轉(zhuǎn)體2外緣向內(nèi)緣流動，苯酚溶液由反應(yīng)器上部的液體分布器進入反應(yīng)器內(nèi)部，并由旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)緣向外緣流動。氣體和液體在旋轉(zhuǎn)體2內(nèi)部逆流接觸并發(fā)生反應(yīng)，氣體出口4關(guān)閉，液體由液體出口10排出，經(jīng)循環(huán)泵循環(huán)進料。試驗條件：氫氣壓力2 MPa，苯酚濃度0.2 mol/L，液體流量1 m³/h，轉(zhuǎn)速1000 rpm，反應(yīng)時間0.5 h，溫度160 ℃，苯酚轉(zhuǎn)化率100%，環(huán)己酮選擇性98%。