本發(fā)明涉及一種多相管式旋流反應(yīng)器，尤其涉及一種準(zhǔn)確調(diào)節(jié)與控制液相旋流流速的多相管式旋流反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

對(duì)于管式或平推流反應(yīng)器中的多相反應(yīng)體系，從理論上講發(fā)生的物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，主要依靠布朗運(yùn)動(dòng)或重力作用等因素發(fā)生的反應(yīng)質(zhì)之間碰撞或接觸的幾率決定的。因此，在一些情況下，其反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)較慢、生產(chǎn)效率低，設(shè)備較大或反應(yīng)管長(zhǎng)，造成設(shè)備用材料和加工費(fèi)用高。為了提高反應(yīng)速度或提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化反應(yīng)條件，需要優(yōu)化或加強(qiáng)液相（均相或非均相）混合程度，傳統(tǒng)的方法是安裝機(jī)械攪拌或在管壁上安裝翼片或擋板等來(lái)實(shí)現(xiàn)，但前者增加了設(shè)備投資和操作費(fèi)用，后者的混合強(qiáng)度不易調(diào)節(jié)和預(yù)測(cè)等現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種液相旋流和氣相微孔噴射技術(shù)于一體的多相（液、固、氣）管式旋流反應(yīng)器，它可方便調(diào)節(jié)和控制液相的旋流流速、氣相通入量和形成微小氣泡，以及多相體系在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，克服了傳統(tǒng)管式反應(yīng)器的缺陷，優(yōu)化或強(qiáng)化多相反應(yīng)體系的混合強(qiáng)度，提高了反應(yīng)效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，多相管式旋流反應(yīng)器包括流速調(diào)節(jié)旋流器、氣相噴射器、管式反應(yīng)器和排料控制閥。所述的流速調(diào)節(jié)旋流器中的旋流管下端與氣相噴射器中的旋流管上端連接；氣相噴射器旋流管的下端與管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)管的上端連接；所述的排料控制閥安裝在所述管式反應(yīng)器的反應(yīng)管末端；所述的旋流器旋流管、噴射器旋流管和管式反應(yīng)器的反應(yīng)管均安裝在同一軸心線上。

進(jìn)一步，所述的流速調(diào)節(jié)旋流器包括：進(jìn)料管、旋流器旋流管、流速調(diào)節(jié)閥和旋流器外夾套。所述的旋流器外夾套由外夾套管、上密封蓋和下密封蓋構(gòu)成，所述的旋流器外夾套下端與旋流器旋流管外壁密封連接；在所述的旋流器旋流管中段或位于旋流器外夾套內(nèi)，均勻開(kāi)設(shè)若干個(gè)旋流切向狹縫；所述的旋流切向狹縫為矩形狹縫，其方向相切于旋流器旋流管的內(nèi)圓。進(jìn)一步，所述的旋流器旋流管為一直管，在它的上段設(shè)置內(nèi)螺紋。所述的流速調(diào)節(jié)閥的前段為活塞或圓柱形狀，并與旋流管內(nèi)圓相匹配；其后段設(shè)置外螺紋與旋流管的內(nèi)螺紋相匹配。通過(guò)旋轉(zhuǎn)流速調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)旋流切向狹縫的大小，在工作狀態(tài)下以便調(diào)節(jié)液相旋流流速。

進(jìn)一步，所述的進(jìn)料管分為軸向進(jìn)料管和側(cè)向進(jìn)料管。所述的軸向進(jìn)料管垂直設(shè)置在旋流器外夾套的上密封蓋中心，其軸心與所述旋流管軸心一致，并且連通旋流器外夾套和旋流器旋流管構(gòu)成的空腔；所述的側(cè)向進(jìn)料管，水平設(shè)置在旋流器外夾套的中部，與所述的外夾套管內(nèi)圓相切，并且連通旋流器外夾套和旋流器旋流管構(gòu)成的空腔。

進(jìn)一步，所述的氣相噴射器由進(jìn)氣管、噴射器旋流管、和噴射器外夾套構(gòu)成。所述的噴射器外夾套設(shè)置在噴射器旋流管外部，其端部均與噴射器旋流管的外壁密封連接；所述的進(jìn)氣管水平設(shè)置在所述的噴射器外夾套的中上部，并與所述的噴射器旋流管和所述的噴射器外夾套形成的空腔連通；所述的噴射器旋流管，其內(nèi)徑與流速調(diào)節(jié)旋流器的旋流管內(nèi)徑和管式反應(yīng)器的反應(yīng)管的內(nèi)徑相同。在噴射器旋流管管壁上位于噴射器外夾套內(nèi)設(shè)有微孔，在一定壓力條件下，氣體通過(guò)進(jìn)氣管和該微孔進(jìn)入噴射器旋流管內(nèi)，在液相旋流和軸向流動(dòng)共同切應(yīng)力的作用下，形成微小氣泡并與液相混合，導(dǎo)致氣體成分迅速溶入液相或造成氣、液大比表面現(xiàn)象，以便于進(jìn)行多相反應(yīng)。

進(jìn)一步，所述的管式反應(yīng)器的反應(yīng)管與所述旋流器旋流管和所述噴射器旋流管設(shè)置在同一軸心線上；所述的旋流器旋流管、噴射器旋流管和管式反應(yīng)器的反應(yīng)管共同構(gòu)成本發(fā)明多相管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)體系。所述管式反應(yīng)器的內(nèi)徑和軸向長(zhǎng)度之比，由反應(yīng)體系的性質(zhì)和優(yōu)化操作條件確定。

上述多相管式旋流反應(yīng)器，能夠應(yīng)用于多級(jí)串聯(lián)反應(yīng)體系，即把所述的多相管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)管下端與下一級(jí)多相管式旋流反應(yīng)器的進(jìn)料管相接，以此構(gòu)成二級(jí)或多級(jí)串聯(lián)旋流管式反應(yīng)器。

進(jìn)一步，根據(jù)液相體系物理、化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)和要求，在單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)應(yīng)用中，在所述的每級(jí)進(jìn)料管處，加入相應(yīng)的化學(xué)試劑。

為進(jìn)一步強(qiáng)化或優(yōu)化多相反應(yīng)體系的混合作用，尤其對(duì)于大尺寸管式反應(yīng)器，可以在本發(fā)明的多相管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)管體系內(nèi)設(shè)置翼葉或擋板。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：液相（均相或非均相，如固、液體系）通過(guò)流速調(diào)節(jié)旋流器，由軸向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾髁鲃?dòng)，實(shí)現(xiàn)在旋流器旋流管內(nèi)旋轉(zhuǎn)和軸向流動(dòng)的混合作用。由該旋流器中的流速調(diào)節(jié)閥，方便、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)旋流切向狹縫入口的大小或液相旋流流速（r）與軸向流速（l）之比（r/l），或在工作狀態(tài)下，調(diào)節(jié)、控制以及優(yōu)化液相在旋流反應(yīng)器的旋流流速，適應(yīng)不同反應(yīng)體系的混合強(qiáng)度和在該反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。氣體通過(guò)氣相噴射器的微孔管，在液相旋轉(zhuǎn)和軸向流動(dòng)的共同切應(yīng)力的作用下形成微氣泡或氣、液大比表面體系，創(chuàng)造了多相反應(yīng)所需要的有利條件、加快了反應(yīng)進(jìn)程。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的多相管式旋流反應(yīng)器進(jìn)料管水平安裝（側(cè)向進(jìn)料）的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中a-a向放大示意圖。

圖3為本發(fā)明的多相管式反應(yīng)器進(jìn)料管豎直安裝（軸向進(jìn)料）的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖2中a-a向放大示意圖。

圖5為本發(fā)明多級(jí)串聯(lián)“線性”安裝示意圖。

圖6為本發(fā)明多級(jí)串聯(lián)“并列”安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)與控制液相旋流流速的多相管式旋流反應(yīng)器包括：流速調(diào)節(jié)旋流器1、氣相噴射器2、管式反應(yīng)器3和排料控制閥4。所述的流速調(diào)節(jié)旋流器1中的旋流管13下端與所述的氣相噴射器中的噴射器旋流管22上端通過(guò)法蘭、焊接或螺絲連接；所述氣相噴射器2的噴射器旋流管22下端與所述的管式反應(yīng)器3的反應(yīng)管的上端通過(guò)法蘭、焊接或螺絲連接；所述的排料控制閥4安裝在所述的管式反應(yīng)器3的反應(yīng)管末端；所述的旋流器旋流管13、噴射器旋流管22和管式反應(yīng)器3的反應(yīng)管的內(nèi)徑相同，并且安裝在同一軸心線上。

進(jìn)一步，所述的流速調(diào)節(jié)旋流器1包括進(jìn)料管11、旋流器旋流管13、流速調(diào)節(jié)閥15和旋流器外夾套12。所述的旋流器外夾套12包括外夾套管、上密封蓋和下密封蓋。所述的旋流器外夾套12與上密封蓋通過(guò)法蘭或螺絲密封鏈接，所述的旋流器外夾套12下端與下密封蓋通過(guò)法蘭、螺絲或焊接密封鏈接，并且與旋流器旋流管13外壁密封連接；在所述旋流器旋流管13的進(jìn)料處、位于旋流器外夾套12內(nèi)，均勻開(kāi)設(shè)若干個(gè)旋流切向狹縫14。所述旋流切向狹縫14為矩形狹縫，其方向相切于旋流器旋流管13的內(nèi)圓。

進(jìn)一步，所述的旋流器旋流管13為一直管，在旋流器旋流管13上段設(shè)置內(nèi)螺紋；所述的流速調(diào)節(jié)閥15的前段為活塞或圓柱形狀與旋流管內(nèi)徑相匹配，其后段設(shè)置外螺紋與所述的旋流器旋流管13上的外螺紋相匹配。通過(guò)旋轉(zhuǎn)流速調(diào)節(jié)閥15的上、下位置能夠調(diào)節(jié)旋流切向狹縫14的大小。

進(jìn)一步，所述的進(jìn)料管11垂直設(shè)置在旋流器外夾套12的上密封蓋中心，通過(guò)焊接或螺絲與之連接，其軸心與所述旋流器旋流管13軸心一致，并且連通旋流器外夾套12和旋流器旋流管13構(gòu)成的空腔；或者，所述的進(jìn)料管11水平設(shè)置在旋流器外夾套12的中部，通過(guò)焊接與之連接，與所述的外夾套管的內(nèi)圓相切，并且連通旋流器外夾套12和旋流器旋流管13構(gòu)成的空腔。

進(jìn)一步，所述氣相噴射器2包括進(jìn)氣管21、噴射器旋流管22、和噴射器外夾套23。所述的噴射器外夾套23設(shè)置在噴射器旋流管22外部，并且其端部均與噴射器旋流管22的外壁密封連接；所述的噴射器外夾套23由外夾套管、上密封蓋和下密封蓋組成，所述的外夾套管與上、下密封蓋通過(guò)螺絲、法蘭或焊接密封鏈接，；所述的進(jìn)氣管21水平設(shè)置在所述的噴射器外夾套23的中上部，并與所述的噴射器旋流管22和所述的噴射器外夾套23形成的空腔通過(guò)焊接連通；所述的噴射器旋流管22為一直管，在氣相噴射器旋流管22管壁上、位于噴射器外夾套23內(nèi)設(shè)置微孔24，氣體通過(guò)進(jìn)氣管21和微孔管24將氣體送入噴射器旋流管22內(nèi)。

進(jìn)一步，所述的管式反應(yīng)器3的反應(yīng)管的內(nèi)徑與所述的旋流器旋流管13和所述噴射器旋流管22的內(nèi)徑相同，并安裝在同一軸心線上；所述的旋流器旋流管13、噴射器旋流管22和管式反應(yīng)器反應(yīng)管，共同構(gòu)成本發(fā)明多相管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)管體系。

進(jìn)一步，所述的多相管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)管體系內(nèi)徑（r）和軸向長(zhǎng)度（l）之比（r/l），由反應(yīng)體系的性質(zhì)和優(yōu)化操作條件確定。

本發(fā)明的多相管式旋流反應(yīng)器的工作原理為：液相（均相或非均相，如固、液體系）通過(guò)流速調(diào)節(jié)旋流器，由軸向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾髁鲃?dòng)，實(shí)現(xiàn)在旋流器旋流管內(nèi)旋轉(zhuǎn)和軸向混合作用。由該旋流器中的流速調(diào)節(jié)閥，方便、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)旋流切向狹縫入口的大小或液相旋流流速（r）與軸向流速（l）之比（r/l），或在工作狀態(tài)下，調(diào)節(jié)、控制以及優(yōu)化液相在旋流反應(yīng)器的旋流流速，適應(yīng)不同反應(yīng)體系的混合強(qiáng)度和在該反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。氣體通過(guò)空氣噴射器的微孔管，在液相旋轉(zhuǎn)和軸向流動(dòng)的共同切應(yīng)力的作用下形成微氣泡或氣、液大比表面體系，創(chuàng)造了多相反應(yīng)所需要的有利條件，如加快了氣相成分溶入液相速度、在旋流作用下增加了氣泡與液相中微小懸浮顆粒碰撞幾率或發(fā)生粘附現(xiàn)象等。

如圖5-6所示，上述多相管式旋流反應(yīng)器應(yīng)用于多級(jí)串聯(lián)反應(yīng)體系，即將所述的多相管式旋流反應(yīng)器的反應(yīng)管下端與下一級(jí)多相管式旋流反應(yīng)器的進(jìn)料管11通過(guò)法蘭、螺絲或焊接相接，以此構(gòu)成二級(jí)或多級(jí)串聯(lián)旋流管式反應(yīng)器。

進(jìn)一步，根據(jù)多相體系物理、化學(xué)反應(yīng)的要求，在單級(jí)或多級(jí)串聯(lián)應(yīng)用中，在所述的進(jìn)料管11處加入相應(yīng)的化學(xué)試劑。同時(shí)，在氣相噴射器2的進(jìn)氣管21處，加入空氣或其它參與體系反應(yīng)的氣體。

為進(jìn)一步強(qiáng)化或優(yōu)化多相反應(yīng)體系的混合作用，尤其對(duì)于大型反應(yīng)管體系，可以在所述的旋流反應(yīng)管體系內(nèi)，設(shè)置翼葉或擋板。

本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、操作方便、適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于冶金、化工、材料、污水處理、醫(yī)藥等工業(yè)的多相反應(yīng)體系。