一种多级进料超重力液液反应器装置及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多级进料超重力液液反应器装置及其应用。该装置能够应用于快 速的平行、连串等液液反应体系，属于超重力技术领域。
【背景技术】
[0002] 化学反应是原子重新排列的过程，即使是单一的反应物，由于原子的重新排列情 况不一样，生成的产物也多种多样。平行反应和连串反应是常见的两种反应体系。一般而 言，其反应物种数一般大于等于2。对于平行反应而言，反应物能同时平行地进行两个或两 个以上的不同反应，得出不同的产物。其中可生成期望产物的反应称为主反应，其余称为副 反应。其反应方程式可用如下式子表达（R代表期望产物，S代表副产物，A和B代表反应 物）：
[0003] A+B - R 或者 A+B - R
[0004] A+B - SA+A - S
[0005] 如苯酚的硝化反应，可得邻位、对位、间位三种硝基苯酚，主产物为邻硝基苯酚(约 占59%);乙醇可以平行地进行脱水和脱氢两种反应。。平行反应各个反应的产物量之比等于 其反应速率常数之比。改变反应温度或添加特定催化剂等可改变某些平行反应的选择性。 对于快速的平行反应，缩短反应物之间微观混合的时间，并让其中的一种反应物大大过量， 能大大提高期望产物的选择性。
[0006] 对于连串反应而言，其反应方程式可用如下式子表达：
[0007] A+B - R 或者 A+B - R
[0008] B+R - SA+R - S
[0009] 若A与B能迅速混合均匀，迅速反应耗尽而停止，则没有S生成；反之如果生成了 S，说明必定有组分被分隔，A和B混合不均，存在不良接触反应。如甲醇和氨气反应，配料 比不同可以生成甲胺，二甲胺，三甲胺。反应如下所示：
[0010]
[0011] 对于上述两种反应，如何提高其选择性，提高产物的收率是反应工程学研究的核 心问题。对于快速的平行和连串反应体系，加料方式、混合时间和反应时间的关系、反应物 的摩尔配比等都会对反应的进程有所影响。常规的搅拌釜由于桨叶固定于某点对液体做 功，仅在局部实现混合，无法均匀实现快速平行反应和连串反应所需的分子级别的微观混 合。尽管在工业操作中，将反应物A滴加到反应物B (假设B大大过量）中，使反应物A尽 可能的快速消耗掉。但受搅拌釜本征流体力学的影响，导致其产物的选择性低，副产物较 多。在工业规模的应用中，对于放热剧烈的快速平行或连串反应，设计者将搅拌釜设计为多 釜串联或阶梯式反应器，将反应物A均匀分散到各个反应器内，力求将反应物A均匀分散在 反应器中。但多釜串联或者阶梯式反应器存在体积庞大、流程复杂、耗能巨大等问题。
【发明内容】
[0012] 本发明要解决的第一个技术问题是提供一种多级进料超重力液液反应器装置。该 装置的转子由直径不同的填料环组成，并内置在壳体中。转子端盖与壳体上盖无需密封装 置。装置的液体分布器在转子内部可实现多级进料。本发明装置体积小、结构简单紧凑； 可以实现均匀快速平行反应和连串反应所需的分子尺度的微观混合，从而减少副产物的产 生，提商广品收率。
[0013] 本发明要解决的第二个技术问题是提供上述装置在快速的平行、连串等液液反应 体系中的应用。
[0014] 为解决上述第一个技术问题，本发明提供了一种多级进料超重力液液反应器装 置，包括转子、壳体上盖、液体分布器和壳体；所述壳体下端设有液体出口；所述液体分布 器包括内液体分布器和外液体分布器；
[0015] 所述转子上设有直径不同的同心的填料圈，并内置在壳体中；
[0016] 所述填料圈与壳体上盖之间设有空隙，且不同直径的同心的填料圈与壳体上盖之 间的空隙是相通的，也就是每个填料圈顶端与壳体上盖之间无需密封装置；
[0017] 所述内液体分布器延伸到转子中部，可以自内向外喷出液体；
[0018] 所述外液体分布器分别延伸到同心的填料圈之间的空间内，可以自内向外或者自 外向内喷出液体，使得外液体分布器在转子内部可实现多级进料。
[0019] 优选地，所述填料圈选自不锈钢丝网填料、散堆填料、纳微结构化填料、微通道填 料、整体式碳化硅填料、泡沫金属填料或具有催化功能的固体填料。
[0020] 优选地，所述同心的填料圈的圈数为2-10圈；更优选地，所述同心的填料圈的圈 数为3-6圈。
[0021] 优选地，所述的液液反应的反应物为大于等于2种液体。
[0022] 优选地，所述的液液反应的反应物可加入催化剂，催化剂可为液体或固体。优选 地，在单根转动轴上，内置多圈填料圈的转子安装个数为1-5个。更优选地，个数为1-3个。
[0023] 优选地，转动轴安装方式既可为卧式，也可为立式。
[0024] 为解决上述第二个技术问题，如上所述装置在快速的平行、连串等反应体系的 应用；转子转速10-4000rpm;反应腔体内操作温度-30-300°C ;反应腔体内操作压力优选 0. 01-50MPa ;更优选地，转子转速250-2500rpm ;反应腔体内操作温度-5-20(TC ;反应腔 体内操作压力优选〇. I-IOMPa ;最优选地，转子转速400-1500rpm ;反应腔体内操作温度 0-150°C ;反应腔体内操作压力优选0· l_5MPa。
[0025] 优选地，所述的快速液液反应体系，其本征反应半衰期小于100秒量级；优选为小 于10秒量级；更优选为小于1秒量级。
[0026] 优选地，快速液液反应体系为缩合、重排、偶氮化、磺化、烷基化、硝化、卤化、聚合 或反应结晶体系。
[0027] 本发明具有如下有益效果：
[0028] 本发明装置的转子由直径不同的填料环组成，并内置在壳体中；转子端盖与壳体 上盖无需密封装置；装置的液体分布器在转子内部可实现多级进料；本发明装置体积小、 结构简单紧凑；可以实现均匀快速平行反应和连串反应所需的分子尺度的微观混合，并可 在反应器沿程中根据本征反应所需，灵活地调变反应物摩尔比，从而在分子尺度的反应微 区内实现本征反应高选择性地进行时所需的理想反应环境，从而显著减少副产物的产生， 提高产品收率，降低单位产品的物耗和能耗。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明一种多级进料超重力液液反应器装置的结构示意图；
[0030] 图2是本发明的反应装置在快速的平行、连串反应体系的应用流程示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方案做进一步说明。但本发明不限于所列 出的实施例。
[0032] 实施例1
[0033] 参见图1所示，一种多级进料超重力液液反应器装置100,包括转子101、壳体上盖 102、液体分布器103和壳体104 ;所述壳体104下端设有液体出口 105 ;所述液体分布器103 包括内液体分布器1031和外液体分布器1032 ;
[0034] 所述转子101上设有直径不同的同心的填料圈106,并内置在壳体104中；
[0035] 所述填料圈106与壳体上盖102之间设有空隙107,且不同直径的同心的填料圈 106与壳体上盖102之间的空隙是相通的，也就是每个填料圈106顶端与壳体上盖102之间 无需密封装置；
[0036] 所述内液体分布器1031延伸到转子101中部，可以自内向外喷出液体；
[0037] 所述外液体分布器1032分别延伸到同心的填料圈106之间的空间108内，可以自 内向外或者自外向内喷出液体。使得外液体分布器1032在转子101内部可实现多级进料。
[0038] 进一步改进的实施例，所述填料圈选自不锈钢丝网填料、散堆填料、纳微结构化填 料、微通道填料、整体式碳化硅填料、泡沫金属填料或具有催化功能的固体填料。
[0039] 进一步改进的实施例，所述同心的填料圈的圈数为2-10圈；更优选地，所述同心 的填料圈的圈数为3-6圈。在本实施例的附图中示出了 4圈。
[0040] 进一步改进的实施例，在单根转动轴上，内置多圈填料圈的转子安装个数为1-5 个；更优选地，个数为1-3个；在本实施例中示出了 1个。