一種適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，屬于化工行業(yè)氣體快速 混合、反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣-氣快速反應(yīng)廣泛存在于化工行業(yè)中，例如丙烯高溫氯化反應(yīng)等。這類體系由 于反應(yīng)速度極快且常伴有強烈放熱，因此要求氣體能在極短時間內(nèi)混合均勻，且反應(yīng)溫度 能維持在合適的范圍。眾所周知，快速反應(yīng)體系中的氣體微團一旦接觸即可能發(fā)生反應(yīng)。此 時，如果氣體尚未混合均勻則必然導(dǎo)致流場中存在局部高濃度區(qū)，從而促使副反應(yīng)的發(fā)生 并形成可能的局部高溫區(qū)。局部高溫區(qū)的出現(xiàn)又將導(dǎo)致副反應(yīng)劇烈進行，推動新的高溫區(qū) 不斷形成，最終演變?yōu)閻盒匝h(huán)。例如，在丙烯高溫氯化反應(yīng)中，氯氣濃度的局部過高可促 使丙烯發(fā)生深度氯化、形成大量脫碳。該脫碳反應(yīng)屬于強放熱反應(yīng)，可促使局部高溫區(qū)的不 斷形成。這種由于混合不均勻引起的深度氯化、脫碳等副反應(yīng)影響了開車周期以及目標產(chǎn) 物3-氯丙烯的收率。因此開發(fā)高效的氣-氣快速混合裝置已成為本行業(yè)亟需解決的關(guān)鍵 技術(shù)問題。
[0003] 中國專利CN102872786A公開了一種快速混合反應(yīng)裝置，即一種由氯和異丁烯制 3-氯-2-甲基-1-丙烯的扁形氯化反應(yīng)裝置。其中，異丁烯加入管和氯加入管末端設(shè)有至 少一個能使異丁烯流體包裹氯氣流體的噴嘴部，噴嘴部噴出的混合流體撞擊到一個圓臺形 套環(huán)壁面上。由于丙烯高溫氯化反應(yīng)需要丙烯過量以帶走反應(yīng)熱，而該專利采用烯烴由狹 縫噴入，其流速將明顯高于從寬口徑管進入的氯氣的速度，從而形成烯烴流包裹氯氣流。這 種方式易于造成氯氣積聚不便于充分分散，可能導(dǎo)致烯烴深度氯化的發(fā)生。
[0004] 中國專利CN103801238A公開了一種雙旋流氣氣快速混合反應(yīng)器。反應(yīng)器殼體內(nèi) 沿軸向設(shè)有若干雙旋流構(gòu)件，氣體入口位于最底層雙旋流構(gòu)件的下方，每層雙旋流構(gòu)件的 上方或下方設(shè)置另一種氣體進氣管。但過于復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部的壓降過 大，操作不便。另外，如果逐段噴入氯氣或丙烯可能導(dǎo)致氣體還沒有充分分散就立即進入高 溫環(huán)境，可能加劇積碳反應(yīng)的發(fā)生。
[0005] 美國專利US6004517公開了一種合成3-氯丙烯的球形快速混合反應(yīng)器。丙烯進 料管和氯氣進料管放置在球形室出口附近，其中一種氣體的噴入方向與球形室出口方向相 反，另一種氣體的噴入方向則與出口方向垂直。但這種混合方式可能導(dǎo)致氣體高速噴入球 形室后，氣體在球形室后側(cè)空間的循環(huán)時間過長，不利于及時移走反應(yīng)熱以及有效抑制副 反應(yīng)的發(fā)生。
[0006] 美國專利US5367105公開了一種氣體快速混合方式。丙烯和氯氣分別通過12個 噴孔平行噴入管式混合反應(yīng)器中，丙烯可獲得線速度l〇〇m/ S左右，氯氣通過中心管道的噴 孔進入，可獲得線速度70m/s左右。但是由于氯氣速度低于丙烯速度，可能導(dǎo)致氯氣進入混 合反應(yīng)器后被丙烯流包裹，難以充分分散，從而發(fā)生丙烯的深度氯化。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是針對【背景技術(shù)】中存在的缺點和問題加以改進和創(chuàng)新，提供適 用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，它可在極短時間內(nèi)實現(xiàn)氣體的充分分散、均勻混合以及 溫度的均勻分布，有效抑制副反應(yīng)。
[0008] 本實用新型構(gòu)造一種氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，包括第一進料口，第二進料口， 內(nèi)管，外管，射流孔，漸縮段，漸縮段出口和實心導(dǎo)流圓錐；
[0009] 所述的內(nèi)管伸入外管內(nèi)，第一進料口與內(nèi)管外端連通，所述實心導(dǎo)流圓錐連接在 內(nèi)管的內(nèi)端；第二進料口連接在外管上，外管對應(yīng)實心導(dǎo)流圓錐的位置與實心導(dǎo)流圓錐形 成向中部縮進的漸縮段，漸縮段外端設(shè)漸縮段出口；射流孔設(shè)置在內(nèi)管上，內(nèi)管內(nèi)氣體通過 射流孔引入外管及漸縮段內(nèi)與第二進料口進入的氣體混合。
[0010] 本實用新型的優(yōu)點及有益效果：
[0011] 本實用新型射入氣流與主體氣流成一定角度的逆向流動可使氣體微團激烈撞 擊、卷吸，形成高湍動流場，促使氣體微團短時間內(nèi)快速破碎，達到分子尺度的均勻混合?；?合的時間尺度在毫秒級；漸縮環(huán)隙通道可快速提升混合氣體的速度，大大縮短氣體停留時 間，同時可使氣體在漸縮環(huán)隙通道內(nèi)得到進一步強化混合；流動同時可以使混合氣體的溫 度快速達到均勻分布，有利于減少局部高溫區(qū)，抑制副反應(yīng)的發(fā)生。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實用新型裝置示意圖。
[0013] 圖2為圖1所示本實用新型裝置的A-A剖面圖。
【具體實施方式】
[0014] 本實用新型的技術(shù)構(gòu)思是：
[0015] 兩股氣體形成一定夾角的錯流或逆流流動有利于氣體微團的激烈撞擊、強烈卷 吸，形成高湍動流場，從而促使氣體微團短時間內(nèi)快速破碎，達到分子尺度的均勻混合。這 種流動同時可以使混合氣體的溫度快速達到均勻分布，有利于減少局部高溫區(qū)，抑制副反 應(yīng)的發(fā)生。一股氣流射入到主體氣流中時應(yīng)有足夠的射入深度，但這個分散射程不單純?nèi)?決于氣體的射入速度，而主要取決于兩股氣流的動量流比J = (?/?)2。理論上， 我們可以通過降低主體氣流速度、提高入射氣流速度來獲得更大的射入深度，但要在極短 的停留時間內(nèi)實現(xiàn)氣體的均勻混合，則應(yīng)將射入氣流和主體氣流的速度設(shè)計在合適的范圍 內(nèi)。
[0016] 為了便于理解本實用新型，下面將參照相關(guān)附圖對本實用新型進行更全面的描 述。附圖中給出了本實用新型的首選實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來 實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的 公開內(nèi)容更加透徹全面。
[0017] 需要說明的是，當元件被認為是"設(shè)置"在另一個元件上，它可以是直接安裝在另 一個元件上或者可能同時存在居中元件。
[0018] 除非另有定義，本文中所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與本實用新型的技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員通常理解的含義相同。說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施目的， 不是旨在于限制本實用新型。
[0019] 如圖1、2所示，本實用新型提供一種適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，包括第一 進料口 1，第二進料口 2,內(nèi)管3,外管4,射流孔5,漸縮段6,漸縮段出口 7,實心導(dǎo)流圓錐8。
[0020] 所述射流孔5設(shè)置在內(nèi)管3壁面上和漸縮段6的斜坡上，所述射流孔5氣體的噴 入方向與外管4內(nèi)氣流的流向逆向形成一定夾角；所述射流孔5采取均勻、錯位、分排開孔 以使氣體強烈撞擊、充分分散；所述外管4和射流孔5的氣體流速應(yīng)滿足外管4內(nèi)混合氣體 的動量流比在60~120,以使由射流孔5噴入的氣體具有足夠射入深度；所述漸縮段6在實 心導(dǎo)流圓錐8作用下形成一個圓環(huán)狀的漸縮環(huán)隙通道，用于快速提升混合氣體的速度，大 大縮短氣體停留時間，實現(xiàn)進一步強制混合。
[0021] 所述內(nèi)管3設(shè)置在外管4的內(nèi)部，第一進料口 1與內(nèi)管3、射流孔5相連通。
[0022] 所述射流孔5的開孔數(shù)目為70~140個，優(yōu)選為80~100個孔；孔徑為I. 0~10. 0mm， 優(yōu)選為2· 5~4· 0mm。另外，射流孔5可分為3~6排排列，排間距為20~50mm，優(yōu)選為30~40mm， 且相臨兩排的孔錯位、均勻設(shè)置。
[0023] 所述射流孔5的其中1~3排孔可設(shè)置在漸縮段6,優(yōu)選為1排孔；射流孔5的氣體 射入方向與漸縮段6內(nèi)的氣體主流方向的夾角 αι*60° ~90°，優(yōu)選為75° ~90°。
[0024] 所述射流孔5的其中2~3排孔可設(shè)置在內(nèi)管3的壁面上，射流孔5的氣體射入方 向與外管4內(nèi)的氣體主流方向的夾角€( 2為30° ~90°，優(yōu)選為60° ~90°。
[0025] 所述漸縮段6內(nèi)的氣體主流方向與內(nèi)管3軸向的夾度a 3為15° ~50°，優(yōu)選為 25。~35° 〇
[0026] 所述漸縮段出口 7處可設(shè)置一直管管道，管道尺寸應(yīng)大于漸縮段出口 7的直徑。
[0027] 所述外管4和射流孔5的氣體流速的選擇由外管（4)內(nèi)混合氣體的動量流比來 確定，合氣體的動量流比來確定，所述動量流比的選擇應(yīng)滿足下述關(guān)系，且動量流比優(yōu)選為 80~100〇
【主權(quán)項】
1. 一種適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于包括第一進料口（ I )，第二進料 口（2)，內(nèi)管（3)，外管（4)，射流孔（5)，漸縮段（6)，漸縮段出口（7)和實心導(dǎo)流圓錐（8); 所述的內(nèi)管（3)設(shè)置在外管（4)內(nèi)，第一進料口（1)設(shè)置在內(nèi)管（3)外端，所述實心導(dǎo) 流圓錐（8)連接在內(nèi)管（3)的內(nèi)端；第二進料口（ 2)連接在外管（4)上，外管（4)對應(yīng)實心 導(dǎo)流圓錐（8)的位置與實心導(dǎo)流圓錐（8)形成向中部縮進的漸縮段（6)，漸縮段（6)外端設(shè) 漸縮段出口（7);射流孔（5)設(shè)置在內(nèi)管（3)上，內(nèi)管（3)內(nèi)氣體通過射流孔（5)引入外管 (4)及漸縮段（6)內(nèi)與第二進料口（2)進入的氣體混合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的外管 (4)的漸縮段出口（7)端向內(nèi)減縮，并與內(nèi)管（3)的錐形實心導(dǎo)流圓錐（8)形成一個圓環(huán)狀 的漸縮段（6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的漸縮 段（6)內(nèi)氣體的主流方向與內(nèi)管（3)軸向的夾角€( 3為15° ~50°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的射 流孔（5)的開孔數(shù)目為70~140個，孔直徑為I. 0~10.0 mm，分為3~6排排列，每排間距為 20~50mm，相鄰兩排的孔錯位設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的射流 孔（5 )第1~3排孔設(shè)置在漸縮段（6 )的斜坡上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的射流 孔（5)孔道的射流方向與漸縮段（6)內(nèi)氣體主流方向的夾角a 60° ~90°。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的射流 孔（5)的其中第2排孔開始設(shè)置在內(nèi)管（3)的壁面上，第1排設(shè)置在漸縮段（6)上，孔道的 射流方向與外管（4)內(nèi)氣體主流方向的夾角a 2為30° ~90°。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，其特征在于所述的第二 進料口（2)上下錯位連接在外管（4)上，使氣體進入外管（4)形成螺旋狀氣流。
【專利摘要】本實用新型涉及一種氣-氣快速反應(yīng)的混合裝置，包括第一進料口，第二進料口，內(nèi)管，外管，射流孔，漸縮段，漸縮段出口和實心導(dǎo)流圓錐；所述的內(nèi)管設(shè)置在外管內(nèi)，第一進料口設(shè)置在內(nèi)管外端，所述實心導(dǎo)流圓錐連接在內(nèi)管的內(nèi)端；第二進料口連接在外管上，外管對應(yīng)實心導(dǎo)流圓錐的位置與實心導(dǎo)流圓錐形成向中部縮進的漸縮段，漸縮段外端設(shè)漸縮段出口；射流孔設(shè)置在內(nèi)管上，內(nèi)管內(nèi)氣體通過射流孔引入外管及漸縮段內(nèi)與第二進料口進入的氣體混合。本實用新型射入氣流與主體氣流成一定角度的逆向流動，形成高湍動流場均勻混合；漸縮環(huán)隙通道可快速提升混合氣體的速度并可進一步強化混合；同時混合氣體溫度能均勻分布，有利于減少局部高溫區(qū)，抑制副反應(yīng)的發(fā)生。
【IPC分類】B01J4-00, B01F5-02
【公開號】CN204429125
【申請?zhí)枴緾N201420758290
【發(fā)明人】韓路長, 王新龍, 羅和安, 陳康莊, 龔升高, 夏金魁, 張獻
【申請人】中國石油化工股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月8日