一种环流混合器及其应用的制作方法

本发明涉及混合器技术领域，特别涉及一种环流混合器。

背景技术：

在化工合成或制备组合物的过程中，用于化学合成的反应器或制备组合物的混合器一般是常规机械搅拌的容器，采用机械搅拌的容器可以有效地进行液-液和气-液的混合，但是采用机械搅拌的机械传动所需的轴封和轴承在长期运行中极易损坏，造成停车维修，难以实现持续、稳定和安全地运行，这是现有技术所存在的不足之处。

当混合原料或制备得到的反应物种含有腐蚀性的气体和/或液体时，腐蚀性物质会增加对设备的腐蚀，从而损坏容器，造成停工停产和安全事故。在某些化工反应装置包括反应器、蒸发器和脱轻塔采用昂贵的金属材料例如锆材或者哈氏合金，以适应反应系统苛刻的抗腐蚀性要求。然而锆是一种价格极其昂贵的稀有金属，一台锆材液体循环泵通常价值千万以上，反应装置的固定投资非常高。

因此，有必要针对现有技术中存在的缺点，对用于化学合成的反应器或制备组合物的混合器进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种环流混合器，其包括：含有至少一个开口的罐体，悬浮固定于所述罐体的内部的导流筒；位于导流筒下方的喷嘴，所述喷嘴与穿过罐体侧壁并延伸至所述罐体的内部的第一输送管连接；固设在所述罐体的内部，且位于导流筒下方的气体分布器，所述气体分布器与穿过所述罐体侧壁并延伸至所述罐体的内部的第二输送管连接。本发明的环流混合器不但结构简单，而且在混合相同量的原料时，利用在环流混合器内形成环流来达到液液或气液混合传质或传热的目的，混合器的尺寸能够比现有技术中的混合器大大缩小，特别是混合器用作需要加热的化学反应器时，反应器的传热传质效率高。该混合器能有效解决传统采用机械搅拌的机械传动所需的轴封和轴承在长期运行中极易损坏的问题，以及某些新型反应器结构复杂或工艺流程复杂的问题。

在一个具体实施例中，所述气体分布器为环状体，且在所述环状体上分布有多个通孔。

在一个具体实施例中，所述气体分布器的轴向与所述导流筒的轴向重合。

在一个具体实施例中，环流混合器还包括设置于所述罐体内的支架，所述的导流筒和气体分布器分别固定于该支架上。其中，支架的末端可以与罐体的侧壁固定连接。置于支架的具体结构，例如可以是十字支架或网状支架。优选地，导流筒的上端还可以进步通过至少两个支杆与罐体的侧壁固定连接。

在一个具体实施例中，气体分布器的高度与罐体的直径的比例为(0.2-0.8):1，优选所述比例为(0.4-0.6):1。

在一个具体实施例中，气体分布器的直径与导流筒的直径的比例为(0.5-0.9):1，优选所述比例为(0.6-0.8):1。

在一个具体实施例中，所述导流筒的高度和其直径的比例为(0.8-2.5):1，优选所述导流筒的高度和其直径的比例为(1.0-1.5):1。

在一个具体实施例中，所述喷嘴包括变径椎体与所述变径椎体窄端固定连接的等径管体。

在一个具体实施例中，其包括如下步骤：利用所述气体分布器和所述喷嘴喷射液态和/或气态原料，从而实现液态和/或气态原料有效地混合。

在一个具体实施例中，所述原料包括甲醇、一氧化碳、催化剂和溶剂。

本发明之三提供了一种如上所述的环流混合器，和/或如上所述的方法在液态和/或气态原料混合中的应用，特别是在甲醇低压羰基化合成醋酸中的应用。

附图说明

图1显示了环流混合器的结构整体示意图。

图2显示了导流筒结构俯视示意图。

图3显示了气体分布器结构俯视示意图。

图4显示了喷嘴的结构示意图。

图5显示了利用本发明环流混合器制备醋酸的流程示意图。

图中，1为罐体，2为第一开口，3为第二开口，4为导流筒，5为喷嘴，6为气体分布器，7为第二输送管，8为支架，9为支杆，10为第一输送管，11为通孔，12为变径锥体，13为等径管体。

具体实施方式

为能清楚说明本发明，下面通过具体实施方式结合其附图进行说明。

实施例1

混合器的结构

图1示意性显示了本发明的环流混合器的大体结构。

在本发明的描述中以附图中的环状混合器的方向定义上和下。环流混合器包括罐体1，在罐体1下部的第一开口2和上部的第二开口3，以及悬浮固定于罐体1内的导流筒4，其中，导流筒4为上下均无盖的圆筒状结构。罐体1的内部还包括固设在导流筒4下方的气体分布器6，例如，气体分布器6可以通过支架8被固定于罐体1的内部；在罐体1的内部的一端连接有喷嘴5的第一输送管10从罐体1的下端通入到罐体1的内部，也就是说，第一输送管10可以穿过第一开口2处并且其两端分别在罐体1的内部延伸和罐体1的外部延伸，也可以在罐体1的其他位置穿过并且其两端分别在罐体1的内部延伸和罐体1的外部延伸。其中，在混合原料时，例如气体可以通过第二输送管7到达气体分布器6，所述气体经由如图3所述的通孔11释放气体，液体可以通过第一输送管10经由喷嘴5喷出释放到导流筒4限制的空间内，从而利用喷入液体原料和气体原料所携带的喷射动能和反应器内的密度差来形成规律的气-液环流流动，使反应器内的液-液和气-液能有效混合，实现反应装置能持续、稳定和安全地运行。例如，当混合器用于甲醇低压羰基化合成醋酸时，进程如下：在罐体1内存在溶剂和催化剂的情况下，将原料甲醇通过第一输送管10输送并经喷嘴5喷入罐体1的内部，将原料一氧化碳通过第二输送管7输送进入气体分布器6，经通孔11喷入到罐体1的内部，夹带气泡的气-液混合物在导流筒4内外形成规律的环流，完成传质和反应。反应后的物料，液相部分经罐体1下部的第一开口2被抽出，进一步被送入闪蒸塔(闪蒸塔为可以是任何现有技术的设计，本发明的附图中未显示)进行闪蒸，分离得到液相组分和气相组分，液相组分经冷却后回流至反应釜，气相组分送入轻组分精馏塔中进行精馏分离，得到轻组分和重组分，其中重组分送入重组分精馏塔中进行精馏分离，得到醋酸产品。反应后物料的气相部分经罐体1上部的第二开口3放出，进入气液分离器(气液分离器为可以是任何现有技术的设计，本发明的附图1中未显示)，分离得到的液相部分也进如闪蒸塔等，分离得到醋酸产品。

关于导流筒4和气体分别器6的固定问题，可以通过如下结构解决，即在罐体1中适于放置导流筒4和气体分别器6的位置设置支架8，支架8的末端与罐体1的侧壁固定连接。置于支架的具体结构，例如可以是十字支架或网状支架。优选地，导流筒的上端还可以进步通过至少两个支杆与罐体的侧壁固定连接。

在一个优选的实施方式中，气体分布器6位于导流筒4的正下方，所述气体分布器6为环状体，且分布有多个的通孔11。例如，在气体分布器6上平均分布有50-500个直径 为10mm的通孔7。在一个的实施方式中，气体分布器6上分布240个直径为10mm的通孔7。

为了实现有效的环流，需要优化气体分布器6的直径与导流筒4的直径的比例，以及导流筒4的高度和其直径的比例。因此，在一个的实施方式中，气体分布器6的直径与导流筒4的直径的比例为(0.5-0.9):1，优选所述比例为(0.6-0.8):1，具体地，气体分布器6的直径与导流筒4的直径的比例可以采用0.7。在另一个实施例中，导流筒4的高度和其直径的比例为(0.8-2.5):1，优选导流筒4的高度和其直径的比例为(1.2-1.8):1，具体地，导流筒4的高度和其直径的比例可以采用1.6。

此外，气体分布器6的直径与罐体1的直径的比例也需要优化，因此，在一个的实施方式中，气体分布器6的直径与罐体1的直径的比例为(0.2-0.8):1，优选所述比例为(0.4-0.6):1，具体地，气体分布器6的直径与罐体1的直径的比例可以采用0.45。

喷嘴5可以为现有技术中的喷嘴的结构，优选喷嘴5采用直管结构或变径结构，例如喷嘴5可以包括变径椎体12与变径椎体12的窄端固定连接的等径管体13两个部分，在使用时，可以将液体进料线速度设定为5-50m/s，液体进料线速度可以设为15-25m/s，具体可以设为20m/s。

实施例2

利用本发明的混合器制备醋酸，流程示意图见图5。将物料流量为2316g/h的甲醇和2311g/h的CO连续送入5L锆材罐体1中，并将含有200重量ppm的Rh，1500重量ppm的Ir，1500重量ppm的Ru，9重量％的碘甲烷，5.5重量％的水，12重量％的醋酸甲酯，其余为醋酸的528g的反应液(反应液的体积为4L)通入罐体1中进行羰基化反应，反应的温度为195℃，反应的压力为2.8MPa。将反应后所得的混合物通过与第一开口2连接的管道送入闪蒸塔中进行闪蒸，在闪蒸塔内得到含醋酸的气相组分和含Rh、Ir和Ru的醋酸溶液。闪蒸塔内的含Rh、Ir和Ru的醋酸溶液从闪蒸塔的塔底通过与其连接的第一输送管10流回罐体1中，含醋酸的气相组分从闪蒸塔的塔顶馏出进入轻组分精馏塔。轻组分精馏塔塔顶的蒸出物经冷凝器冷凝，含有碘甲烷、水和醋酸甲酯的冷凝液在液-液分离器中分成轻相和重相两相，含有碘甲烷和醋酸甲酯的重相通过第一输送管10返回罐体1中，含有水和醋酸甲酯的轻相回流至轻组分精馏塔中，轻组分精馏塔的塔顶蒸出的不凝性尾气经液-液分离器送往吸收工序进一步吸收碘甲烷后放至火炬燃烧。醋酸、少量的副产物丙酸和少量的水从轻组分精馏塔的塔底排出进入重组分精馏塔中，经重组分精馏塔的精馏分离出产品醋酸。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。