一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号CN210410646U(45)授权公告日2020.04.28(21)申请号201921203367.8(22)申请日2019.07.29(73)专利权人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区潮王路18号(72)发明人刘学军　蒋浩　卢美贞　计建炳　俞云良　韦一　(74)专利代理机构杭州浙科专利事务所(普通合伙)33213代理人周红芳(51)Int.Cl.B01J8/10(2006.01)B01J8/08(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利权利要求 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 2页说明书5页附图1页(54)实用新型名称一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器(57)摘要本申请公开了一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，包括反应器腔体、进液系统、液体外循环系统和超重力分散系统；超重力分散系统包括设于反应器腔体内的超重力转子和驱动装置；超重力转子包括水平底盘，水平底盘上表面设有若干个高度一致且同心的动圈，动圈的环壁上均设有若干圆形通孔，相邻两个动圈之间均留有空隙，相邻两个动圈与水平底盘之间均围合形成上部开口的环形填料腔室，环形填料腔室内均填充催化剂颗粒床层，催化剂颗粒的粒径大于圆形通孔的孔径；环形填料腔室的上部开口安装有密封盖。本申请的装置能大大加强非均相催化反应的传质效率，能极大地强化液-液-固、气-液-固等非均相的催化反应，反应能耗小。CN210410646UCN210410646U权　利　要　求　书1/2页1.一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：包括反应器腔体（5）、进液系统、液体外循环系统以及超重力分散系统；所述超重力分散系统包括设置于反应器腔体（5）内部中部的超重力转子（10）以及用于驱动超重力转子（10）水平旋转的驱动装置；所述超重力转子（10）包括水平底盘，水平底盘上表面设有若干个高度一致且同心设置的动圈，所述动圈的环壁上均设有若干圆形通孔，相邻两个动圈之间均留有空隙，相邻两个动圈与水平底盘之间均围合形成上部开口的环形填料腔室，所述环形填料腔室内均填充有用于催化非均相催化反应的催化剂颗粒床层，所述催化剂颗粒的粒径大于所述圆形通孔的孔径；所述环形填料腔室的上部开口安装有用于对其进行封堵的密封盖；进液系统将反应液输入反应器腔体（5）内，超重力分散系统将沉积在反应器腔体（5）底部的反应液输送至超重力转子（10）的最内层动圈内，在超重力转子（10）水平旋转作用下，反应液穿过催化剂颗粒床层发生非均相催化反应。2.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述驱动装置包括第一转轴和第一电机（14），第一转轴的下端穿过反应器腔体（5）顶部并与其密封转动连接，且第一转轴的下端穿过超重力转子（10）的最内层动圈的内侧并与所述水平底盘上表面固定连接，第一转轴的上端与第一电机（14）固定连接。3.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述进液系统包括高压柱塞泵（4）和第一单向阀（2），高压柱塞泵（4）的出液口通过第一单向阀（2）与反应器腔体（5）由管路连接，且高压柱塞泵（4）和第一单向阀（2）之间的管路上设置有控制阀（3）。4.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述超重力转子（10）的最内层动圈与所述水平底盘之间围合形成液体缓冲腔室；所述液体外循环系统包括循环泵（11）和换热器（12），反应器腔体（5）底部出液口通过循环泵（11）和换热器（12）由管路通接至所述液体缓冲腔室，使反应器腔体（5）底部沉积的反应液能够重新回流至所述液体缓冲腔室内。5.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：还包括进气系统，所述进气系统包括气体钢瓶和第二单向阀（15），所述气体钢瓶的出气口通过第二单向阀（15）与反应器腔体（5）由管路连接，且所述气体钢瓶和第二单向阀（15）之间的管路上设置有控制阀（3）。6.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述反应器腔体（5）的中部设有排液管（13），排液管（13）上设有控制阀（3）；且所述排液管（13）的水平标高略低于所述水平底盘的水平标高。7.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述反应器腔体（5）的底部设有温度检测器（6）和放料管（7），放料管（7）上设有控制阀；所述反应器腔体（5）的顶部设有用于检测反应器腔体（5）内部气压的压力检测器（1）。8.根据权利要求1所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：还包括搅拌系统，所述搅拌系统包括第二电机（8）、第二转轴以及搅拌叶片（9），所述第二转轴的上端穿过反应器腔体（5）底部并与其密封转动连接，所述搅拌叶片（9）固定设置在第二转轴的上端并位于反应器腔体（5）的内部下部，所述第二转轴的下端与第二电机（8）固2CN210410646U权　利　要　求　书2/2页定连接。3CN210410646U说　明　书1/5页一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器技术领域[0001]本申请涉及一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器。背景技术[0002]非均相催化反应又称为多相反应，反应物为两相或者两相以上，比如固体和气体、固体和液体、两种互不混溶的液体等。影响非均相催化反应的反应速率的核心因素为反应物相与相之间的传质效率。比如常见的长链烯烃饱和加氢反应，氢气与液态的烯烃能否充分接触决定了该反应的反应速率和最终的转化率。[0003]最常见的增加反应物相接触的方法为机械搅拌，但是机械搅拌由于其自身的限制，物料在反应器不同部位混合程度不均，可能会存在一些死角或盲区。且对于一些粘度较大的物料，或者反应物为气液两相的反应，机械搅拌的作用十分有限。[0004]超重力反应器是一种强化化学工业过程的新型反应器。它通过离心力场模拟超重力环境，将液体剪切、高度分散，增加了传质比表面积，提高了液体表面更新速率，能极大的强化气-液、液-液传质过程，常应用于精馏、吸收、分离等工业过程。目前超重力反应器的主体结构己经定型，内构件的研究成为发展的核心，如转子结构的创新设计、液体分布器的优化等。[0005]超重力反应器的核心部件为转子，随着对反应器研究不断的进行，转子结构与形貌也跟着发生了各种变化。为满足不同工业过程的需要，转子结构从流体力学、传质混合效率、能效作用等方面不断地进行改进和优化。从超重力旋转床转子结构的角度出发，可分为填充式旋转床和非填充式旋转床。一般，填充式旋转床的填料一般由铁丝网、泡沫镍、泡沫陶瓷等组成。非填充式旋转床的转子结构比较特殊，一般由立柱转盘等组成，其中比较具有代表性的有定转子旋转床、折流式旋转床等等。[0006]常见的循环反应所使用的循环泵，由于反应物中存在悬浮的固体催化剂，在循环途径中可能会对循环泵造成磨损，增加了能耗，不利于持久作业。实用新型内容[0007]针对现有技术存在的上述技术问题，本申请的目的在于提供一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器。[0008]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：包括反应器腔体、进液系统、液体外循环系统以及超重力分散系统；所述超重力分散系统包括设置于反应器腔体内部中部的超重力转子以及用于驱动超重力转子水平旋转的驱动装置；所述超重力转子包括水平底盘，水平底盘上表面设有若干个高度一致且同心设置的动圈，所述动圈的环壁上均设有若干圆形通孔，相邻两个动圈之间均留有空隙，相邻两个动圈与水平底盘之间均围合形成上部开口的环形填料腔室，所述环形填料腔室内均填充有用于催化非均相催化反应的催化剂颗粒床层，所述催化剂颗粒的粒径大于所述圆形通孔的孔径；所述环形填料腔室的上部开口安装有用于对其进行封堵的密封盖；进液系统将反应液输入反应器4CN210410646U说　明　书2/5页腔体内，超重力分散系统将沉积在反应器腔体底部的反应液输送至超重力转子的最内层动圈内，在超重力转子水平旋转作用下，反应液穿过催化剂颗粒床层发生非均相催化反应。[0009]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述驱动装置包括第一转轴和第一电机，第一转轴的下端穿过反应器腔体顶部并与其密封转动连接，且第一转轴的下端穿过超重力转子的最内层动圈的内侧并与所述水平底盘上表面固定连接，第一转轴的上端与第一电机固定连接。[0010]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述进液系统包括高压柱塞泵和第一单向阀，高压柱塞泵的出液口通过第一单向阀与反应器腔体由管路连接，且高压柱塞泵和第一单向阀之间的管路上设置有控制阀。[0011]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述超重力转子的最内层动圈与所述水平底盘之间围合形成液体缓冲腔室；所述液体外循环系统包括循环泵和换热器，反应器腔体底部出液口通过循环泵和换热器由管路通接至所述液体缓冲腔室，使反应器腔体底部沉积的反应液能够重新回流至所述液体缓冲腔室内。[0012]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：还包括进气系统，所述进气系统包括气体钢瓶和第二单向阀，所述气体钢瓶的出气口通过第二单向阀与反应器腔体由管路连接，且所述气体钢瓶和第二单向阀之间的管路上设置有控制阀。[0013]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述反应器腔体的中部设有排液管，排液管上设有控制阀；且所述排液管的水平标高略低于所述水平底盘的水平标高。[0014]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：所述反应器腔体的底部设有温度检测器和放料管，放料管上设有控制阀；所述反应器腔体的顶部设有用于检测反应器腔体内部气压的压力检测器。[0015]所述的一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，其特征在于：还包括搅拌系统，所述搅拌系统包括第二电机、第二转轴以及搅拌叶片，所述第二转轴的上端穿过反应器腔体底部并与其密封转动连接，所述搅拌叶片固定设置在第二转轴的上端并位于反应器腔体的内部下部，所述第二转轴的下端与第二电机固定连接。[0016]相对于现有技术，本申请取得的有益效果是：[0017]1）应用于气-液-固非均相催化反应时，本申请的超重力外循环反应器克服了传统非均相催化反应器设备中的液膜流动较慢，气液接触比表面积较小，传质效率相对较低，设备体积庞大、空间利用率低、占地面积较大等的缺点，大幅度增加了反应中气液两相的反应接触面积，增大了反应的转化率；与传统的循环反应器相比，也减少了循环泵的损耗，能耗小，污染小，并且环状填料转子中装填的催化剂也可回收重复使用，由于催化剂装填在超重力转子中，可以省去产物与催化剂分离的过程。[0018]2）本专利提供一种超重力外循环反应器，能大大加强非均相催化反应的传质效率，能极大地强化液-液-固、气-液-固等反应，具体包括还原反应、氧化反应、中和反应、酯交换反应、水解反应、加氢反应等。[0019]3）本申请的超重力外循环反应器应用于气液非均相催化反应时，通过超重力转子高速旋转产生的数百至千倍于地球重力场的离心力场把超重力转子内部的反应液体粉碎，液体分散飞行时所呈现的是非常细小的液滴、液丝状态，能够与气体高效快速地混合、接5CN210410646U说　明　书3/5页触、反应，转子内部的填料层催化剂也能与气液充分接触，大幅提高转化率。附图说明[0020]图1为本申请的超重力外循环反应器的结构示意图；[0021]图2为本申请的超重力转子的俯视图；[0022]图中：1-压力检测器，2-第一单向阀，3-控制阀，4-高压柱塞泵，5-反应器腔体，6-温度检测器，7-放料管，8-第二电机，9-搅拌叶片，10-超重力转子，11-循环泵，12-换热器，13-排液管，14-第一电机，15-第二单向阀，a-液体缓冲腔室。具体实施方式[0023]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。[0024]实施例：对照图1~2[0025]一种用于非均相催化反应的超重力外循环反应器，包括反应器腔体5、进液系统、液体外循环系统以及超重力分散系统；所述超重力分散系统包括设置于反应器腔体5内部中部的超重力转子10以及用于驱动超重力转子10水平旋转的驱动装置。对照图1，该驱动装置包括第一转轴和第一电机14，第一转轴中部与反应器腔体5顶部密封转动连接，第一转轴下部伸入在反应器腔体5的内部中部并与超重力转子10固定连接，第一转轴上端与位于反应器腔体5正上方的第一电机14固定连接。第一电机14带动第一转轴转动，从而带动超重力转子10水平转动。[0026]对照图1，所述进液系统包括高压柱塞泵4和第一单向阀2，高压柱塞泵4的出液口通过第一单向阀2与反应器腔体5由管路连接，且高压柱塞泵4和第一单向阀2之间的管路上设置有控制阀3。在高压柱塞泵4的输送作用下，可向反应器腔体5内输入反应液。当反应器腔体5内部存在高压的气体时，第一单向阀2的设置是为了防止反应液回流。[0027]为了防止反应液在反应器腔体5底部沉积过多，并将超重力转子10浸没的情况出现，在反应器腔体5的中部设置排液管13，排液管13上设有控制阀3；且所述排液管13的水平标高略低于所述水平底盘的水平标高。[0028]本申请的超重力外循环反应器应用于气-液-固等非均相催化反应时，本申请的结构还包括进气系统，所述进气系统包括气体钢瓶和第二单向阀15，所述气体钢瓶的出气口通过第二单向阀15与反应器腔体5由管路连接，且所述气体钢瓶和第二单向阀15之间的管路上设置有控制阀3。[0029]对照图1，所述反应器腔体5的底部设有温度检测器6和放料管7，放料管7上设有控制阀；所述反应器腔体5的顶部设有用于检测反应器腔体5内部气压的压力检测器1。所述反应器腔体5上还设有放空管，该放空管上设置有放空阀。[0030]在本实施例中，超重力转子10包括水平底盘，水平底盘上表面设有若干个高度一致且同心设置的动圈，所述动圈的环壁上均设有若干圆形通孔，相邻两个动圈之间均留有空隙，相邻两个动圈与水平底盘之间均围合形成上部开口的环形填料腔室，所述环形填料腔室内均填充有用于催化非均相催化反应的催化剂颗粒床层，所述催化剂颗粒的粒径大于所述圆形通孔的孔径；所述环形填料腔室的上部开口安装有用于对其进行封堵的密封盖。6CN210410646U说　明　书4/5页[0031]对照图2中，在水平底盘的上表面设置了5个同心的动圈。最内层动圈与所述水平底盘之间围合形成液体缓冲腔室a，相邻的两两动圈之间共形成了4个环形的空间，所述4个环形的空间与水平底盘之间共围合形成了4个环形填料腔室。为了防止超重力转子10在高速旋转过程中，环形填料腔室内的催化剂颗粒被甩出，在该4个环形填料腔室的顶部一并盖上一块环形结构的密封盖，该密封盖将4个环形填料腔室的上部开口一并封堵，可以通过螺钉将密封盖直接钉接在所述5个同心的动圈的顶部。此时所述液体缓冲腔室a上部还是开口状态。[0032]对照图1，所述第一转轴的下端穿过超重力转子10的最内层动圈的内侧并与所述水平底盘上表面固定连接，使得超重力转子10固定设置于第一转轴的下端。[0033]液体外循环系统包括循环泵11和换热器12，反应器腔体5底部出液口通过循环泵11和换热器12由管路通接至所述液体缓冲腔室，使反应器腔体5底部沉积的反应液能够重新回流至所述液体缓冲腔室内。对照图1可以看出，换热器12通过液体输出管与所述液体缓冲腔室相通，该液体输出管远离换热器12的一端从所述液体缓冲腔室的上部开口伸入至其内部。[0034]本申请的超重力外循环反应器应用于液-液-固非均相催化反应时，为了防止沉积在反应器腔体5底部的液体出现分层，本申请的结构还包括搅拌系统，所述搅拌系统包括第二电机8、第二转轴以及搅拌叶片9，所述第二转轴的上端穿过反应器腔体5底部并与其密封转动连接，所述搅拌叶片9固定设置在第二转轴的上端并位于反应器腔体5的内部下部，所述第二转轴的下端与第二电机8固定连接。[0035]本申请的超重力外循环反应器在运行过程中，进液系统将反应液输入反应器腔体5内，超重力分散系统将沉积在反应器腔体5底部的反应液输送至超重力转子10的最内层动圈内，在超重力转子10水平旋转作用下，反应液穿过催化剂颗粒床层发生非均相催化反应。[0036]本申请的超重力外循环反应器应用于气-液-固等非均相催化反应时，所述的超重力反应器的反应工艺如下：[0037]S1装填催化剂：将超重力转子10打开，装入一定质量的反应固体催化剂。[0038]S2注入液体：将控制阀3打开，用高压柱塞泵4将原料液体输送至反应器腔体5内。[0039]S3注入气体：通过气体钢瓶向反应器腔体5内通入反应气体，先通入小流量气体一段时间将反应器腔体5内内空气排出，形成反应气体氛围，并通入反应气体至所需气压。[0040]S4开始反应：打开循环泵11，然后开启第一电机14，调节超重力转子10至反应所需转速，使体系进入正常反应阶段直至反应结束。[0041]S5结束反应：达到所需的反应时间后，先关闭循环泵11，使得超重力转子10中的液体被充分离心甩干，然后再关闭第一电机14，通过放料管7接收液体产物。[0042]以下实施例1中，反应器腔体5的外径为290mm、内径为256mm以及高度为500mm。超重力转子的同心动圈的直径分别为200mm、180mm、160mm、140mm以及120mm，高度均为20mm。动圈的环壁上的圆形通孔的孔径为0.5 mm。[0043]实施例1：[0044]气-液-固非均相催化反应。称取8g的1wt% Pd/Al2O3催化剂（1wt% Pd/Al2O3催化剂购自于陕西开达化工有限责任公司，催化剂载体为氧化铝小球，活性组分Pt的质量含量1%，催化剂的粒径实测1.8~2.2mm），将称取的催化剂装填入超重力转子中。7CN210410646U说　明　书5/5页[0045]用高压柱塞泵将1000g十六烯输入到反应器腔体中。再通过盛有氢气的气体钢瓶向反应器腔体内通入氢气，将反应器腔体内的氢气排尽并向反应器腔体内充入2.0Mpa压力的氢气。开启循环泵11，打开第二电机8，调节搅拌叶片9的转速为1500 r/min，再打开第一电机14，调节超重力转子的转速稳定为1800r/min，通过换热器控制十六烯液体的温度为200℃，开始反应。在循环泵11的输送作用下，将沉积在反应器腔体底部的十六烯液体输送至超重力转子的液体缓冲腔室内，在超重力转子转动形成的离心力作用下，十六烯液体分散形成液丝并被甩入环形填料腔室内的催化剂颗粒床层中，由于反应器腔体内部形成高压的氢气气氛，因此催化剂颗粒床层中存在氢气气体，分散形成的十六烯液丝和氢气在催化剂颗粒床层中进行加氢催化反应。反应1h后先关闭循环泵11和第二电机8，待超重力转子中的物料被甩干后关闭第一电机14。通过放料管7接收液体产物。将产物使用GC-MS进行定性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，用气相色谱仪定量分析，计算出十六烯的转化率和目标产物正十六烷的收率，十六烯的转化率为100%，正十六烷的收率为98.4%。[0046]本说明书所述的内容仅仅是对实用新型构思实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。8CN210410646U说　明　书　附　图1/1页图1图29