CN114832738A

CN114832738A - 反应器

Info

Publication number: CN114832738A
Application number: CN202111007170.9A
Authority: CN
Inventors: 毛学锋; 靳海波; 杨索和; 张笑然; 李恒; 胡发亭; 赵鹏; 李军芳; 何广湘; 郭晓燕; 钟金龙; 马磊; 王�琦; 王吉坤
Original assignee: CCTEG China Coal Research Institute
Current assignee: CCTEG China Coal Research Institute
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2022-08-02

Abstract

本发明公开了一种反应器，所述反应器包括：反应器主体和气体分布器，所述气体分布器包括多个喷管，所述反应器主体内设有气液分离段、精馏段和反应段，所述气液分离段、所述精馏段和所述反应段沿上至下的方向依次排布在所述反应器主体内，所述反应器主体上开设有进料口、出料口和排气口，所述进料口和所述出料口均与所述反应段连通，所述排气口与所述气液分离段连通，多个所述喷管均匀地排布在所述反应器主体的下端且与所述反应段连通。本发明的反应器的结构简单、成本较低且产物的纯度较高。

Description

反应器

技术领域

本发明涉及化工设备的技术领域，具体地，涉及一种反应器。

背景技术

2,6-萘二甲酸是制备各种聚酯、聚氨酯、聚酰胺以及液晶类树脂的重要单体，还广泛应用于染料及医药领域。2,6-萘二甲酸结构高度对称，与乙二醇反应得到的聚2,6-萘二甲酸二乙酯(PEN)，具有直链聚合物的特性，是一种刚性好、强度大、热加工性能优异的高性能材料。

相关技术中，生产企业均采用连续搅拌鼓泡反应器来实现2,6-二烷基萘液相氧化反应，带搅拌的高压反应釜因为有利于传热与加速气液两相之间的传质，而易于操控，因此被选为2,6-二烷基萘液相氧化工艺反应器。但是，该反应器的结构复杂，生产和维修成本较高，且产物的纯度较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种结构简单、成本较低且产物的纯度较高的反应器。

根据本发明的实施例的反应器，包括：反应器主体和气体分布器，所述气体分布器包括多个喷管，所述反应器主体内设有气液分离段、精馏段和反应段，所述气液分离段、所述精馏段和所述反应段沿上至下的方向依次排布在所述反应器主体内，所述反应器主体上开设有进料口、出料口和排气口，所述进料口和所述出料口均与所述反应段连通，所述排气口与所述气液分离段连通，多个所述喷管均匀地排布在所述反应器主体的下端且与所述反应段连通。

根据本发明的实施例的反应器，通过在反应器主体的下端均匀布置多个喷管，以向反应器主体内均匀充入含氧气体，含氧气体以逆流方式通过反应段，因此本发明的实施例的反应器采用在反应段直接通入含氧气体的方式，可以使得原料、催化剂与含氧气体充分的混合，从而可以很好地控制氧化反应朝目标产物的方向进行，充分减少副产物的含量，提高目标产物的产量和纯度，且本发明的实施例的反应器的结构简单，生产成本较低。

在一些实施例中，所述喷管的个数为Q,其中，4≤Q≤8。

在一些实施例中，所述反应器主体内周壁的横截面的半径为R，所述喷管为四个或者八个，所述喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，所述喷管的轴线与所述反应器主体的轴线之间的距离为R/2。

在一些实施例中，所述反应器主体内周壁的横截面的半径为R，所述喷管为四个，其中一个所述喷管的轴线与所述反应器主体的轴线重合，另外三个所述喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，且所述另外三个喷管的轴线与所述反应器主体的轴线之间的距离均为R/2。

在一些实施例中，所述反应器主体内周壁的横截面的半径为R，多个所述喷管包括第一喷管组和第二组喷管组，所述第一喷管组和所述第二组喷管组均包括四个喷管，所述第一喷管组的四个喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，且所述第一喷管组的四个喷管的轴线与所述反应器主体的轴线之间的距离均为R/3，所述第二喷管组的四个喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，且所述第二喷管组的四个喷管与所述第一喷管组的四个喷管交错布置，所述第二喷管组的四个喷管与所述反应器主体的轴线之间的距离均为2R/3。

在一些实施例中，多个所述喷管的内周壁的横截面积之和为S1,所述反应器主体的内周壁的横截面积为S2，其中，0.5％≤S1/S2≤5％。

在一些实施例中，其中，1％≤S1/S2≤3％。

在一些实施例中，所述反应器主体内还设有自由段，所述自由段设于所述精馏段和所述反应段之间，所述反应段的长度为H1,所述自由段的长度为H2，所述精馏段、所述自由段和所述反应段的总长度为L，其中，0.6≤H1/L≤0.9，0.1≤H2/L≤0.2。

在一些实施例中，其中，0.7≤H1/L≤0.8。

在一些实施例中，所述反应器主体的内直径为D，其中，2≤H1/D≤8。

在一些实施例中，所述精馏段内设有填料件，所述填料件的比表面积α满足：400m²/m³≤α≤1500m²/m³，所述填料件的空隙率ε满足：0.90≤ε≤0.98。

在一些实施例中，所述填料件的比表面积α满足：600≤α≤1200，所述填料件的空隙率ε满足：0.92≤ε≤0.96。

在一些实施例中，所述反应器还包括液体分布器，所述液体分布器设于所述反应器主体的上端。

附图说明

图1是本发明实施例的反应器的示意图。

图2是本发明一种实施例的喷管和反应器主体的安装截面图。

图3是本发明另一种实施例的喷管和反应器主体的安装截面图。

图4是本发明又一种实施例的喷管和反应器主体的安装截面图。

图5是本发明再一种实施例的喷管和反应器主体的安装截面图。

附图标记：

1、反应器主体；11、气液分离段；12、精馏段；13、反应段；14、自由段；15、进料口；16、出料口；17、排气口；18、回流口；

2、气体分布器；21、第一喷管组；22、第二喷管组；23、喷管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-5描述根据本发明实施例的反应器。

如图1所示，本发明实施例的反应器包括反应器主体1、气体分布器2、气液分离段11和精馏段12。进料口15位于反应主体1的反应段13内进入原料，由出料口16出料，反应后的尾气由排气口17的尾气排出。根据本发明的实施例的反应器，反应主体1的下部均匀布置多个喷管23，均匀通入含氧气体，含氧气体由下至上的方式通过反应段13，反应液体由塔中心由下向上运动，沿反应主体1壁面由上向下循环。因此本发明的实施例的反应器采用在反应段13直接通入含氧气体的方式，可以使得原料、催化剂与含氧气体充分的混合，从而可以很好地控制氧化反应朝目标产物的方向进行，充分减少副产物的含量，提高目标产物的产量和纯度。

具体地，反应器的反应段13内的液体为内循环的形式循环流动，且精馏段12内设有筛板。因此本发明的实施例的反应器的内不必设置机械式搅拌结构，从而降低了反应器的成本且密封性较好。

可选地，喷管23的个数为Q,其中，4≤Q≤8。可以理解的是，喷管23的个数在四个到八个之间，本申请的发明人通过研究发现，当喷管23的个数满足上述条件时，喷管23的气速较高，固体的曳力加大，促进气体、液体和固体之间的混合传质，反应器内的副产物的含量较低，且目标产物的产量和纯度较高。

在一个实施例中，如图1和图2所示，反应器主体1内周壁的横截面的半径为R，喷管23为四个，喷管23沿反应器主体1的周向均匀且间隔排布设置，喷管23的轴线与反应器主体1的轴线之间的距离为R/2，此时，S1/S2＝0.02。本申请的发明人通过研究发现，当喷管23采用上述方式进行布置时，反应器气液流动加剧，气液固混合与传质加强，反应器内的副产物的含量仅有3.2％，明显下降，目标产物的产量为85％，纯度为96.8％，明显提高。

在第二个实施例中，如图1和图3所示，反应器主体1内周壁的横截面的半径为R，喷管23为八个，喷管23沿反应器主体1的周向均匀且间隔排布设置，喷管23的轴线与反应器主体1的轴线之间的距离为R/2，此时，S1/S2＝0.04。本申请的发明人通过研究发现，当喷管23采用上述方式进行布置时，气泡生成数量增大，气液传质比表面增大，有利于气液传质，反应器内的副产物的含量仅有3.0％，明显下降，目标产物的产量为86.3％，为纯度97.0％，明显提高。

在第三个实施例中，如图1和图4所示，反应器主体1内周壁的横截面的半径为R，喷管23为四个，其中一个喷管23的轴线与反应器主体1的轴线重合，另外三个喷管23沿反应器主体1的周向均匀且间隔排布设置，且另外三个喷管23的轴线与反应器主体1的轴线之间的距离均为R/2，此时，S1/S2＝0.025。本申请的发明人通过研究发现，当喷管23采用上述方式进行布置时，反应器内的副产物的含量为3.1％，下降明显，目标产物的产量为87.3％，纯度为96.9％，明显提高。

在第四个实施例中，如图1和图5所示，反应器主体1内周壁的横截面的半径为R，多个喷管23包括第一喷管组21和第二组喷管组22，第一喷管组21和第二组喷管组22均包括四个喷管23，第一喷管组21的四个喷管23沿反应器主体1的周向均匀且间隔排布设置，且第一喷管组21的四个喷管23的轴线与反应器主体1的轴线之间的距离均为R/3。第二喷管组22的四个喷管23沿反应器主体1的周向均匀且间隔排布设置，且第二喷管组22的四个喷管23与第一喷管组21的四个喷管23交错布置，第二喷管组22的四个喷管23与反应器主体1的轴线之间的距离均为2R/3，此时，S1/S2＝0.05。本申请的发明人通过研究发现，当喷管23采用上述方式进行布置时，气液分布均匀，气液传质速率加快，反应器内的副产物的含量为3.3％，下降明显，目标产物的产量为87.2％，纯度为96.7％，明显提高。

在一些实施例中，如图1所示，多个喷管23的内周壁的横截面积之和为S1,反应器主体1的内周壁的横截面积为S2，其中，0.5％≤S1/S2≤5％。本申请的发明人通过研究发现，当S1/S2位于0.5％-5％之间时，反应器内的副产物的含量较低，且目标产物的产量和纯度较高；当S1/S2小于0.5％，喷管23气速加大，局部混合不均匀，造成局部反应过快，放热量大，反应效果下降明显，同时气体阻力增大，能量损失严重；当S1/S2大于5％，喷管23气速减少，对固体颗粒的曳力减少，气液固混合不均匀，形成的固体颗粒小，产量降低。优选地，1％≤S1/S2≤3％，本申请的发明人通过研究发现，当S1/S2位于1％-3％之间时，反应器内的副产物的含量下降明显，且目标产物的产量和纯度明显提高。

例如，在实际生产时，每个喷管23的出口气速为3m/s-15m/s时，反应器的反应效果较好，优选地，每个喷管23的出口气速为6m/s-10m/s时，反应器的反应效果最佳。

在一些实施例中，如图1所示，反应器主体1内还设有自由段14，自由段14设于精馏段12和反应段13之间，其目的是为了气液更好的分离，反应段13的长度为H1,自由段14的长度为H2，精馏段12、自由段14和反应段13的总长度为L，根据雾沫夹带量和气速，由实验结果和相关计算，得出0.6≤H1/L≤0.9，0.1≤H2/L≤0.2的范围能更好地使气液分离。本申请的发明人通过研究发现，当H1、H2和L满足上述关系时，反应器内的副产物的含量较低，且目标产物的产量和纯度较高。优选地，0.7≤H1/L≤0.8，本申请的发明人通过研究发现，当H1/L满足上述范围时，反应器内的副产物的含量下降明显，且目标产物的产量和纯度明显提高。

在一些实施例中，如图1所示，反应器主体1的内直径为D，具体地，反应段13的内周壁的内直径为D。其中，2≤H1/D≤8。本申请的发明人通过研究发现，当H1/D满足上述范围时，反应器内的副产物的含量下降明显，且目标产物的产量和纯度明显提高。

在一些实施例中，精馏段12内设有填料件(未示出)，填料件的比表面积α满足：400m²/m³≤α≤1500m²/m³，填料件的空隙率ε满足：0.90≤ε≤0.98。本申请的发明人通过研究发现，当填料件的比表面积α和空隙率ε位于上述范围时，反应器的反应效率较高。优选地，填料件的比表面积α满足：600≤α≤1200，填料件的空隙率ε满足：0.92≤ε≤0.96，从而可以进一步地提高反应器的反应效率，且反应器内的副产物的含量下降明显，目标产物的产量和纯度明显提高。

在一些实施例中，反应器还包括液体分布器(未示出)，液体分布器设于反应器主体1的上端，以对反应器的液体进行均匀分布，从而提高反应器内的反应速率。反应器主体1内还设有回流口18，回流口18与气液分离段11连通以用于将气液分离段11内的冷凝液回流到精馏段12内。

可选地，进料口15设在反应器主体1的1/2L至2/3L之间，出料口16设在反应器主体1的底部，反应器主体1能够承受170℃-240℃的高温且能承受0.8Mpa-4Mpa的压力，从而可以保证反应器的正常运行，且可靠性和稳定性较好。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种反应器，其特征在于，包括：反应器主体和气体分布器，所述气体分布器包括多个喷管，所述反应器主体内设有气液分离段、精馏段和反应段，所述气液分离段、所述精馏段和所述反应段沿上至下的方向依次排布在所述反应器主体内，所述反应器主体上开设有进料口、出料口和排气口，所述进料口和所述出料口均与所述反应段连通，所述排气口与所述气液分离段连通，多个所述喷管均匀地排布在所述反应器主体的下端且与所述反应段连通。

2.根据权利要1所述的反应器，其特征在于，所述喷管的个数为Q,其中，4≤Q≤8。

3.根据权利要1所述的反应器，其特征在于，所述反应器主体内周壁的横截面的半径为R，所述喷管为四个或者八个，所述喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，所述喷管的轴线与所述反应器主体的轴线之间的距离为R/2。

4.根据权利要1所述的反应器，其特征在于，所述反应器主体内周壁的横截面的半径为R，所述喷管为四个，其中一个所述喷管的轴线与所述反应器主体的轴线重合，另外三个所述喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，且所述另外三个喷管的轴线与所述反应器主体的轴线之间的距离均为R/2。

5.根据权利要1所述的反应器，其特征在于，所述反应器主体内周壁的横截面的半径为R，多个所述喷管包括第一喷管组和第二组喷管组，所述第一喷管组和所述第二组喷管组均包括四个喷管，所述第一喷管组的四个喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，且所述第一喷管组的四个喷管的轴线与所述反应器主体的轴线之间的距离均为R/3，

所述第二喷管组的四个喷管沿所述反应器主体的周向均匀且间隔排布设置，且所述第二喷管组的四个喷管与所述第一喷管组的四个喷管交错布置，所述第二喷管组的四个喷管与所述反应器主体的轴线之间的距离均为2R/3。

6.根据权利要1所述的反应器，其特征在于，多个所述喷管的内周壁的横截面积之和为S1,所述反应器主体的内周壁的横截面积为S2，其中，0.5％≤S1/S2≤5％。

7.根据权利要8所述的反应器，其特征在于，其中，1％≤S1/S2≤3％。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器主体内还设有自由段，所述自由段设于所述精馏段和所述反应段之间，所述反应段的长度为H1,所述自由段的长度为H2，所述精馏段、所述自由段和所述反应段的总长度为L，其中，0.6≤H1/L≤0.9，0.1≤H2/L≤0.2。

9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，其中，0.7≤H1/L≤0.8。

10.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述反应器主体的内直径为D，其中，2≤H1/D≤8。

11.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述精馏段内设有填料件，所述填料件的比表面积α满足：400m²/m³≤α≤1500m²/m³，所述填料件的空隙率ε满足：0.90≤ε≤0.98。

12.根据权利要9所述的反应器，其特征在于，所述填料件的比表面积α满足：600≤α≤1200，所述填料件的空隙率ε满足：0.92≤ε≤0.96。

13.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括液体分布器，所述液体分布器设于所述反应器主体的上端。