高效能气液固反应技术—喷射回路反应装置.pdf

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2016,26(3)
高效能气液固反应技术一喷射回路反应装置
伍伟伟华东理工大学工程设计研究院有限公司上海200237
摘要在现有气液固回路反应装置的基础上设计一种用于气液固三相催化反应的高效喷射回路反应装置,介
绍该装置的组成,对比分析了该反应技术与现有气液固反应装置相比具有的优点,并考察了该反应技术在苯胺加
氢中试装置上的应用效果。
关键词喷射回路反应器气液固反应
技术背景
气液平衡管
冷却水回水
文丘.里喷射器
命工艺物料出
气液固反应被广泛地用于有机中间体的化工
口温度
制造业,许多化学反应在固体催化剂的作用下进
两节阀
第二换热器
行,典型的例子有硝基化、烷基化、烷氧基化、
冷却水上水
工艺物料进
胺化、羰基化、氢化和氧化反应等。几乎所有的
气液固催化反应都是放热反应,而且放热量很大,
原料储罐
()温控器
这就要求换热器本身有足够的换热能力,不仅仅
产品回收罐
是在反应开始前尽快将物料加热到起始反应温度,
更重要的是在反应过程中能及时移出反应所放出
图1高效喷射回路反应装置
的热量;反应物的充分混合,有利于强化质量传的温控器联锁,实现反应温度的稳定,第二换热
递,加快反应进程,有利于其浓度和温度分布的改器实现反应热与工艺物料的换热。该反应器装置
善,抑制副反应的产生和改善反应的选择性。环路内部设置液位计、温度计、调节阀。本设计结构
反应器较好的满足了上述条件,但是很多非均相合理,能够达到全面的参数测定和精确的反应温
催化反应结束后需要过滤催化剂,有些催化剂很度控制,适用于实验室或工业规模化生产。
细,很难过滤,为此借鉴我国2,6-二乙基苯胺生
工作时,循环泵启动,反应液体在回路中大
产行业所用的回路反应器的成功应用经验们,开流量循环,文丘里喷射器高速喷射,在工作喷嘴
发设计了一种用于气一液一固三相催化反应的高处形成负压,将安全罐内的原料气体吸人,在混
效喷射回路反应装置。
合室充分接触,冲出后在固定床反应器中与催化
2高效喷射回路反应装置的组成
剂颗粒充分反应,初步缓冲,降温,气体和液体
分离,未反应完的气体回到固定床反应器顶部,
该高效喷射回路反应器的流程见图1。
通过气液平衡管与新鲜气体共同被文丘里喷射器
主要包括安全罐(气体缓冲罐)、原料储罐、再次吸入继续用于反应,初步反应的反应液体将
产品回收罐、文丘里喷射器、固定床反应器、循被循环泵吸走,送到第二换热器与生产中的工艺
环泵(产品出料泵)、第一换热器、第二换热器。物料换热,并通过第一换热器将公用工程流量与
所述的文丘里喷射器安装在固定床反应器的顶部,反应出口温度联锁来维持体系温度为设定温度,
实现与床层的串联操作,固定床反应器底部利用反应继续进行,当反应产物的含量达到规定值
管道连接循环泵,该循环泵输出端连接双换热器时,便可通过循环泵出料至产品回收罐,此时根
(第一换热器、第二换热器),第一换热器公用工据固定床反应器底的液位显示定量补充新鲜的反
程物料出口温度调节阀与固定床反应器出口管线上应液。
*伍伟伟:工程师,全国注册化工工程师。2009年毕业于华东理工大学化学工程专业。主要从事精细化工产品的工程放大及工程设计工
作。获得中国发明专利4项,实用新型专利12项。联系电话:13524980228,E-mail;wuw@ecei.com。
万方数据
2016,26(3)
伍伟伟高效能气液因反应技术一喷射回路反应装置
3高效喷射回路反应装置与现有气液固反向题得不到彻底解决而不得不将反应速率放慢。
因此,需要配置足够的热交换面积是反应器的
应装置的性能比较
个极为重要的闼素。
系统比较高效喷射回路反应装置与现有气液
传统的气液固反应器只能通过夹套和蛇管来
固反应装置在气液固三相反应方面的性能差异。
换热,其换热面积受到反应器本身尺寸的限制,
因此普通反应器的尺寸往往不可能做得过大。而
3.1工业放大能力
且由于受换热能力的影响,不得不考虑用延缓升
传统上,工艺放大的概念是将在实验室中得温速度及采用较低反应温度的办法来限制反应速
到的研发结果进行工业装置的放大设计。在很多率,减少反应热,否则温度将无法控制
情况下,这种概念在实际技术领域内是可能行不
本回路反应器在反应器外设置热交换器,不
通的,因而使实验室成果变成了一纸空文。工业同于釜式反应器的盘管、夹套和内置式热交换器,
化必须考虑小试中忽略的问题如气液接触面积、可以根据需要提供足够的换热面积而不受反应器
瞬间放热、反应温度不均匀、产品等效性、经济容量的限制,且设计了双换热器,很容易实现与
性等。最近,L.L.van, Dierendonck就工业放大生产工艺物料的有效换热,实现反应热的回收利
方面对釜式反应器和回路反应器做了报道。从这用,另外通过第一换热器将公用工程流量与反应
篇报道中可以得出的结论是釜式搅拌反应器的工出口温度联锁来维持反应温度为设定温度。
业放大相当复杂和困难,相比之下,回路反应器3.1.2传质效果
的工业放大就来得简单和可靠
气液固催化反应是一种多相反应,在催化剂
回路反应器使气液固反应的工程放大变得更和液体的界面发生,反应速率可因被强化的传质
为简便。主要是因为该装置将通常所指的化学反和气相压力的增加而得到强烈提升
应中所存在的几种过程特征和现象从传统反应器
常规的搅拌器是依靠涡流作用和液体表面的
单元设备中单独分解出来,逐个加以优化处理。这搅动来引发气液传质的,这可通过增设供气分布
样的功能分解使得各个部分功能充分发挥的同时器而得到改善,为了适应反应过程中釜内物料液
相互带来的条件限制降低了很多。环路反应器对位高度的增长,一般还需设多层搅拌,但其效
传统反应器功能的分解使得其工程放大变得相对果有限。为了进一步提高反应速率,就必须提高
简便】。从反应移热、传质效果、产品等效性、反应的气相压力,当压力范围在1bar~10bear时,
经济性四个方面比较传统反应器与本反应装置的每天在高压环境中操作要保持反应装置的压力密
特点,见表1
封是相当不容易的,由于难以紧固密封,应该尽
表1工业放大能力指标的比较
量避免大法兰的使用,如果可能的话搅拌部分应
采用磁力驱动。由于压力的増加而导致的设备造
反应装置类型反应移热传质效果产品等效性经济性
价的增加也是反应器选择中必须考虑的重要因素。
釜式反应器
困难
差很难实现
本回路反应器反应物料上部未参与反应的气
管式反应器
闲难
般容易实现
体被高速的循环使用,回路反应器配备了一外循
固定床反应器個难
般很难实现
现有回路反应
容易
器
好
容易实现
本喷射回路反容易
好好
环,它的液流在喷嘴周围产生了负压,吸带了气
体因而引发了高强度的气体扩散,强化了传质,
因此其混合效果比起采用搅拌要好得多。
好
容易实现
应装置
本回路反应器中的降液喷射混合器(代之以
起泡器或其他气体分布系统)是一种高效率的给
3.