技术领域
[0001] 本发明涉及化工行业中使用的反应装置。
相关背景技术
[0002] 化工行业的规模效益导致化工企业规模日愈庞大，单机产量日愈增加。以化工企3 3 3 3
业中最常用的反应釜为例，从过去的1m ～5m 发展到10m ～100m，反应器的不断增大，出现了一个必须解决的问题，那就是反应器内的质量和热量传递不均衡所引起的反应质量下降。例如对于大容量反应器而言，尤其需要对粘稠物料加温，传统的反应器壁外加温方式，例如电加温或蒸汽加温，很容易造成大型反应器内形成温度分布不均匀，从而造成反应效率下降。即便在大型反应釜中加装搅拌，仍然难以达到温度和质量的均匀分布，容易出现死角。
具体实施方式
[0038] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0039] 本发明适用的工业过程条件：A、适用于体积大于5m3的大型或超大型反应系统，以3 3
10m ～100m 为佳；B、反应物料为粘稠液体或含有固体微粒的粘稠液体，其粘度最低应当在常温下高于20000厘斯（Centistokes-Cst），物料粘度大多的集中在50000～300000Cst；
C、反应的温度范围：常温～400。C；反应的压力范围为：常压～10MPa；D、反应可以是液-液，液-固两项反应或气-液-固、液-液-气三项反应。
[0040] 本发明的反应装置的示意性结构如图1所示，图中，主反应器10的四周为多个子反应器20，主反应器10的顶部为精馏塔30。原料和催化剂加入方式有三个选择，第一、由子反应器20底部加入；第二、由主反应器10的上部加入；第三、同时从子反应器20底部和主反应器10的上部加入。物料从主反应器的下部进入子反应器，在子反应器中反应后由子反应器的顶部推入主反应器，而形成循环。物料在子反应器中的停留时间可根据不同的反应要求而定。在优选实施例中，本发明的反应装置也称为卫星式多功能反应装置。
[0041] 子反应器与一般的反应器一样，能够完成单个反应器具有的所有功能，例如反应、搅拌、加压、加热或散热功能等。气体产物在主反应器中分离进入精馏塔。主反应器的功能为产物的均匀混合和产物中气相的迅速分离和释放。产物和物料在主反应器和子反应器之间反复运行。气体产物在与主反应器连接的精馏塔内按沸点范围分离。终产物将由主反应器的底部取出。
[0042] 主反应器的示意性结构如图2所示，主反应器10中部为圆柱形，底部为圆弧形且有出料口13，顶部为倒扣的漏斗形结构，以便连接精馏塔30。主反应器10的圆柱形部分的侧面有两个连接子反应器的管道11、12。位于圆柱形上部的管道11为进料管而圆柱形下部的管道12为出料管。主反应器的功能为固液或液液物料均匀混合的空间以及使物料中气相的迅速分离和释放。主反应由于容积巨大，故不设置搅拌加热等功能，但对于有加热或散热有要求的反应，主反应器应当有良好的保温或冷却设置。
[0043] 优选地，主反应器的径高比为：径高比=D/H=0.6～1.0，其中，D为反应器直径，H为反应器有效高度。
[0044] 子反应器围绕着主反应器呈卫星式排列。子反应器的数量为2～10个甚至更多，如图3a所示，子反应器的数量为三个，如图3b所示，子反应器的数量为5个。子反应器的数量和体积取决于主反应器的体积、物料和反应性质，例如反应激烈，需要快速加温、散热或搅拌，则子反应器的数量多一些，主反应器对子反应器的体积比应当大一些。这样可使物料在子反应器中停留的时间少一些。一般而言，子反应器体积/主反应器体积=5%～20%。
[0045] 在一实施例中，子反应器体积/主反应器体积=8%，子反应器的数量为5个，在另一实施例中，子反应器体积/主反应器体积=15%，子反应器的数量为3个，在又一实施例中，子反应器体积/主反应器体积=15%，子反应器的数量为6个。
[0046] 结合参照图1、图2、图3a和图3b，物料连续的从主反应器的下部的管道12流入子反应器，经搅拌桨叶搅拌并推入上部的管道11而释放物料，形成循环。此物料的循环是被搅拌桨或单独的泵强制完成的，这种强制循环促使主反应器中物料混合均匀和加热均匀。子反应器底部设有新鲜原料加入口（如图1所示），尤其是当需要加入不同成分的物料且需要不断调整各种物料比例时，从子反应器加入物料的方式，就显得更加便利。例如在多种颜色混炼且需要不断调色时，可以从每个子反应器输入不同的塑料粒子，调整各个子反应器加入物料的多少，即可调整总体颜色。
[0047] 子反应器有两种设计选择。第一种选择，子反应器为常压（表压<1bar，如图4a所示），具有加热、（或保温或冷却）、搅拌和输送的功能。子反应器的物料出口25应设在略高于或持平于主反应器内的反应物的上表面。第二种选择，子反应器为耐压设备（表压<10bar，如图4b所示）。压力可由反应产生或由物料泵24在加压输送物料时产生压力。物料对于具有压力的子反应器而言，子反应器物料出口25应当以切线方向进入主反应器并高出主反应器的液面至少20cm，从而起到闪蒸的作用。对于有压力的子反应器（如图4b所示），物料从子反应器进入主反应器时，压力释放，完成循环和闪蒸双重过程。闪蒸可以使气体迅速分离，避免产生不需要的副反应。
[0048] 子反应器与主反应器的连接关系在图4中示出，如图4所示，子反应器20与主反应器10圆柱形部分的侧面连接。每个子反应器都有一个立式的搅拌装置包括电动机21和搅拌桨23。22是保温材料或加热器或冷却装置，根据实际的反应和要求而定。子反应器的物料入口26一般设置在主反应器的下部而子反应器的物料出口25设在子反应器的顶部。物料在两个反应器间的循环主要依靠具有推力的搅拌桨23或搅拌桨23和物料泵24的组合而实现的，这种强制循环促使主反应器中物料和热量分布均匀。
[0049] 若物料在子反应器内需要较长的停留时间，调节子反应器的容量、长度和搅拌桨或泵的转速，可以满足反应对停留时间的要求。例如，在图4b中的子反应器，推进和搅拌独立控制，因而能够满足不同物料对反应条件的要求。
[0050] 子反应器与主反应器亦有两种安装方式。第一种选择是子反应器与主反应器平行，如图4a和图4b所示。若主反应器的高度限制了子反应器的长度时，可采用第二种选择，即子反应器以一定的角度倾斜安装，如图5所示，其主轴线20a与主反应器10a主轴线呈一个不大于450的角度。
[0051] 当主反应器具有100m3以上的超大型容量时，子反应器会过大，甚至影响反应效率，因此，可以布置成二级卫星式反应装置，其平面布置优选如图6所示。
[0052] 对于较为粘稠的物料而言，为了使主反应器中不出现物料死区，子反应器的物料入口26可以有多种形式的布置。图7a和图7b示出了两种布置方式的举例。在图7a中，子反应器物料入口26位于主反应器的中心部分，而物料出口25则以切线方式与主反应器连接。运行时，主反应器中物料液面呈中间低四周高的漩涡状，液面面积的增大和中心部分的凹陷，有利于物料中气体的逸出。在图7b中，其物料进出口布置与图7a所示的相反，物料出口25位于反应器的中心部分而物料入口26以切线方式与主反应器连接。此种布置有利于物料中的固体颗粒或重组分沉留在主反应器的底部中心。
[0053] 主反应器的顶端直接连接一个处理反应中产生气体的冷凝器或精馏塔。当反应中的气相也是目的产物时，这种直接连接的方式将获得最高的效率和收率。冷凝器和精馏器的高度在2m～20m之间，如果反应的气相产物中，通过冷凝能够获得的仅为1～2种组分，只需要用1～2级冷凝器串联即可达到目标。如果反应气相物为多组分产物，则需要进行蒸馏或精馏。例如气相反应物为石油气，则主反应器顶部可以直接连接一个只有精馏段的塔板式或填料式精馏塔。精馏、蒸馏塔或冷凝器都有成熟的设计和运行经验，将其直接安装在主反应器上，以达到反应特殊的要求，其中，图8a示意性地示出了主反应器上方与蒸馏塔连接，和图8b示意性地示出了主反应器上方与冷凝塔的连接。
[0054] 实施例
[0055] 设计一个年产1000吨生物油的反应器。为满足要求，主反应器的体积要求为15m3，主反应器的圆柱形部分的直径为2500mm高度为3000mm；5个子反应器与主反应器连接，每3
个子反应器的直径为1200mm，高度为2000mm。子反应器的体积为2.26m。物料在单台子反应器内的停留时间为0.15小时，5台子反应同时工作时，主反应器中物料的循环次数为
6.25次/小时。计算模拟结果表明，反应器在加热到320℃时，温度在主反应器和子反应器中的分布均匀。
[0056] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
