一种敞开式螺旋反应器的制作方法

1.本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种敞开式螺旋反应器。


背景技术：

2.目前，在精细化工领域，尤其是一些全年需求量不超过十万吨的产品，基本采用间歇式生产方式进行生产。间歇式生产，是指将有限量的原料按规定的加工流程，在一个或多个设备中生产，以获得有限量产品的加工过程，通过重复整个过程可以获得更多的产品。随着科学与技术的不断发展以及生产企业对效率提升的追求，连续化生产的概念越来越受到关注。
3.在无水三氯化铝等路易斯酸存在下，芳烃与卤烷作用，在芳环上发生亲电取代反应，其氢原子被烷基取代，生成烷基芳烃的反应，称为傅列德尔-克拉夫茨烷基化反应(friedel-crafts alkylation)；芳烃与酰卤或酸酐作用，芳环上的氢原子被酰基取代，生成芳酮的反应，称为傅列德尔-克拉夫茨酰基化反应(friedel-crafts acylation)，傅列德尔-克拉夫茨烷基化反应和傅列德尔-克拉夫茨酰基化反应统称为傅列德尔克拉夫茨反应，简称为傅克反应。当前，傅克反应几乎都是采用反应釜间歇生产，生产效率低下，安全和环保隐患大。而且，傅克反应中，催化剂不断消耗生成络合物，因此其不适合流化床和固定床的反应方式。
4.管式反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器，属于平推流反应器，利用液体或气体作为传热介质的化学反应装置，在管内进行化学反应，其特点是传热效率高、操作简便和设备紧凑。但是，由于傅克反应会产生气体，利用管道反应会出现气体推动反应液运动，在运动的同时又不断产生气体，导致管内压力较高，物料难以进入管道内继续反应，因此，傅克反应不适合现有的管式反应器。另外，即便通过管式+釜式连续的方式实现连续化生产，但由于持液量较大，管内气压较大，因此，仍存在安全和环保隐患的难题。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种敞开式螺旋反应器，以期实现傅克反应连续化，并降低其安全和环保隐患。
6.为了达到上述目的，本发明的方案为：一种敞开式螺旋反应器，包括反应器筒体，所述反应器筒体的顶端设有排气管和静态混合器，反应器筒体的底端设有收集管，收集管的一端位于反应器筒体内，收集管的另一端位于反应器筒体外，且收集管位于反应器筒体内的一端设有接液漏斗；
7.所述反应器筒体内设有缓冲腔和螺旋反应槽，所述静态混合器的一端位于反应器筒体外，静态混合器的另一端位于反应器筒体内，静态混合器位于反应器筒体内的一端与缓冲腔连通，缓冲腔的顶端开口，所述螺旋反应槽包括第一侧挡板、第二侧挡板和底板，螺旋反应槽的顶端与缓冲腔连通，螺旋反应槽的底端与所述接液漏斗相衔接。
8.本方案的工作原理及有益效果在于：本方案中，经静态混合器混合后的反应原料，
在缓冲腔内进行气液分离，并利用缓冲腔实现反应原料的缓冲，避免反应原料在螺旋反应槽的初始端发生溢流。而且，本方案中，利用螺旋反应槽的狭长设计，强化传热和传质，促进化学反应速率，且螺旋反应槽内的化学反应所产生的气体能够及时排出螺旋反应槽，避免气体对反应原料产生不利影响。因此，本方案不仅特别适合傅克反应连续化，还广泛地适用于液液反应连续化，并能够降低连续化生产的安全和环保隐患；同时，本方案大幅度降低了操作强度和难度，提高了生产效率，具有节能降耗，降低成本的优点。
9.可选地，所述收集管上设有u型弯管部。
10.本方案中，收集管上的u型弯管部能够形成液封，从而避免反应过程中产生的气体经收集管溢出。
11.可选地，所述反应器筒体旁设有反应液接收罐，所述收集管位于反应器筒体外的一端与反应液接收罐的顶部连通。
12.本方案中，螺旋反应槽内的反应液经收集管流入反应液接收罐内进行暂存。
13.可选地，所述收集管上通过三通阀连接有取样管。
14.本方案中，利用三通阀改变反应液的流通管路，如此，工作人员可经取样管取样反应液，实现反应液的取样检测。
15.可选地，所述反应器筒体的底端连通有排尽管，所述排尽管上安装有用于控制排尽管通断的阀门。
16.本方案中，当反应器筒体内出现积液时，即当反应液出现溢流，则可以通过排尽管将反应器筒体内的积液排出。
17.可选地，所述反应器筒体的顶端设有视镜。
18.本方案中，工作人员通过视镜观察反应器筒体内的情况，例如，观察到反应液溢出时，及时调整静态混合器中反应原料的流量。
19.可选地，所述反应器筒体的侧壁内设有冷热媒管道，所述冷热媒管道的一端连通有第一冷热媒进出管，冷热媒管道的另一端连通有第二冷热媒进出管。
20.本方案中，利用冷热媒管道实现对反应器筒体内部的升温或降温，从而为反应提供合适的温度条件。
21.可选地，所述反应器筒体的顶端以及第一冷热媒进出管上均安装有压力表；所述静态混合器靠近缓冲腔的一端以及收集管位于反应器筒体外的一端上均安装有温度计。
22.本方案中，利用压力表观察反应器筒体内的压力以及冷热媒管道内的压力，利用温度计观察反应液进入反应器筒体内时的温度以及反应液流出反应器筒体时的温度，从而根据压力和温度情况及时作出相应处理。
23.可选地，所述静态混合器、缓冲腔、螺旋反应槽和接液漏斗的数量均为多个，且静态混合器、缓冲腔、螺旋反应槽和接液漏斗一一对应，收集管包括收集主管和若干收集支管，所述接液漏斗与对应的收集支管连接。
24.本方案中，在反应器筒体内设计多个螺旋反应槽，有效利用反应器筒体的内部空间，提高生产效率。
25.可选地，所述第一侧挡板和第二侧挡板的高度为所述底板的宽度的三倍以上。
26.本方案中，限定螺旋反应槽的深度为螺旋反应槽的宽度的三倍以上，从而确保螺旋反应槽内的反应液不会溢出。
附图说明
27.图1为本发明实施例一中一种敞开式螺旋反应器的纵向剖视图；
28.图2为本发明实施例一中螺旋反应槽顶端处的放大示意图；
29.图3为本发明实施例一中一种敞开式螺旋反应器的俯视图；
30.图4为本发明实施例一中反应器筒体的顶端打开后反应器筒体的俯视图；
31.图5为本发明实施例二中一种敞开式螺旋反应器的局部纵剖视图；
32.图6为本发明实施例二中反应器筒体的顶端打开后反应器筒体的俯视图。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
34.说明书附图中的标记包括：反应器筒体1、夹层101、排气管2、静态混合器3、收集管4、收集支管401、收集主管402、接液漏斗5、u型弯管部6、三通阀7、取样管8、视盅9、视镜10、排尽管11、阀门12、缓冲腔13、螺旋反应槽14、第一侧挡板141、第二侧挡板142、底板143、冷热媒管道15、第一冷热媒进出管16、第二冷热媒进出管17、压力表18、温度计19。
35.实施例一
36.本实施例基本如图1、图3和图4所示：一种敞开式螺旋反应器，包括反应器筒体1和反应液接收罐(图中未显示)，本实施例中，反应液接收罐的位置低于反应器筒体1。反应器筒体1的顶端设有排气管2和静态混合器3，反应器筒体1的底端设有收集管4。排气管2与反应器筒体1的顶部连通，排气管2将反应器筒体1内的气体排放至尾气处理系统，避免气体直接排放至外界大气中。收集管4的顶端位于反应器筒体1内，收集管4的底端位于反应器筒体1外，收集管4的顶端设有接液漏斗5，本实施例中，接液漏斗5与收集管4的顶端焊接；收集管4上设有u型弯管部6，收集管4上通过三通阀7连接有取样管8，另外，收集管4上还安装有视盅9，通过视盅9观察收集管4内反应液的流速；收集管4远离反应器筒体1的一端与反应液接收罐的顶部连通，从而接收并暂存反应液。
37.结合图3所示，反应器筒体1的顶端设有多个视镜10，以便工作人员通过视镜10观察反应器筒体1的内部情况，从而及时调整反应液流量。本实施例中，视镜10的数量为四个，均布于反应器筒体1的顶壁上。反应器筒体1的底端连通有排尽管11，排尽管11上安装有用于控制排尽管11通断的阀门12，排尽管11远离反应器筒体1的一端连通有储液罐(图中未显示)，储液罐的位置低于反应器筒体1。另外，排尽管11上也设有u型弯管部6。
38.反应器筒体1内设有缓冲腔13和螺旋反应槽14，静态混合器3的一端位于反应器筒体1内，静态混合器3的另一端位于反应器筒体1外，静态混合器3位于反应器筒体1内的一端与缓冲腔13连通，缓冲腔13的顶端开口。螺旋反应槽14螺旋下降，结合图2所示，螺旋反应槽14包括第一侧挡板141、第二侧挡板142和底板143，且第一侧挡板141和第二侧挡板142的底端与底板143的两侧壁一体成型，第一侧挡板141和第二侧挡板142的高度为底板143的宽度的三倍以上，本实施例中，第一侧挡板141和第二侧挡板142的高度为底板143的宽度的三倍，从而使得螺旋反应槽14既狭又深，避免反应液溢出，确保反应液沿螺旋反应槽14流动；螺旋反应槽14的顶端与缓冲腔13连通，螺旋反应槽14的底端与接液漏斗5相衔接，以便螺旋反应槽14内的反应液流入接液漏斗5中。
39.反应器筒体1的侧壁内设有冷热媒管道15，本实施例中，反应器筒体1的侧壁内设
有夹层101，冷热媒管道15缠绕在夹层101中。冷热媒管道15的顶端连通有第一冷热媒进出管16，冷热媒管道15的底端连通有第二冷热媒进出管17。如此，当需要对反应器筒体1的内部空间加热升温时，热媒经第一冷热媒进出管16流入冷热媒管道15内，再经第二冷热媒进出管17流出；当需要对反应器筒体1的内部空间散热降温时，冷媒经第二冷热媒进出管17流入冷热媒管道15，再经第一冷热媒进出管16流出。
40.反应器筒体1的顶端以及第一冷热媒进出管16上均安装有压力表18；静态混合器3靠近缓冲腔13的一端以及收集管4位于反应器筒体1外的一端上均安装有温度计19。如此，通过反应器筒体1顶端的压力表18获取反应器筒体1的内压，以便在反应器筒体1的内压不正常时作出相应处理；通过第一冷热媒进出管16上的压力表18获取冷热媒管道15的内压，以便在冷热媒管道15的内压不正常时作出相应处理，以确保装置压力安全。通过静态混合器3上的温度计19获取反应液(反应原料)在静态混合器3末端的温度(也即反应液初初流入缓冲腔13以及螺旋反应槽14内时的温度)，通过收集管4上的温度计19获取反应液流出反应器筒体1时的温度，以便在温度不正常时及时调整反应温度。
41.另外，本实施例中，具有初始速度的物体或流体作螺旋运动时，当沿运动方向的分重力大于斜面摩擦力和阻力，则物体加速运动；相反，则减速运行；当两者相等时，则速度不变。因此，反应液在一定初速度下作螺旋运动，螺旋反应槽14保持合适的倾斜度，则可以维持均匀的流速。再根据反应停留时间、反应液流速，可计算出螺旋反应槽14的长度；根据静态混合器3的管径、螺旋反应槽14的宽度计算出反应液的高度，并设计确定第一侧挡板141和第二侧挡板142高度；根据螺旋反应槽14的宽度、倾斜度、长度可计算出螺旋反应器的高度，选择合适的长径比；根据反应液流速计算单个螺旋反应槽14的生产能力。需要说明的是，本实施例不适用于粘稠的原料或粘稠的反应液。
42.使用时，多种反应原料通过泵按照一定质量比例进入静态混合器3内，在静态混合器3内混合充分并加热至反应温度(当然，也可以先将反应原料加热至反应温度再泵送至静态混合器3内)，随后，混合后的反应原料(称为“反应液”)流入缓冲腔13内，此时化学反应过程中产生的气体在缓冲腔13内实现气液分离，而且，反应液流入缓冲腔13内时流通面积增大，对反应液具有缓冲效果，以便反应液平稳地流入螺旋反应槽14内，避免反应液溢出。
43.反应液流入螺旋反应槽14内后，由于螺旋反应槽14具有一定倾斜度，因此，反应液在重力作用下沿螺旋反应槽14稳定螺旋向下流动，过程中不断发生化学反应，产生的气体立即从螺旋反应槽14的顶部散出，并经排气管2排出反应器筒体1，避免反应器筒体1内的压力逐渐增大，并避免气体影响反应液的流动。反应液流动至螺旋反应槽14的底端后，由接液漏斗5进行接收，反应液由此流入收集管4中，并经收集管4流入反应液接收罐中，从而实现反应液的排出。反应液排出过程中，收集管4上的u型弯管部6能够形成液封，从而避免反应器筒体1内的气体经收集管4进入反应液接收罐内。而且，反应过程中，工作人员通过三通阀7改变反应液的流通路径，从而使得收集管4内的反应液经采样管排出，进而完成反应液的取样，以便进行样品检测。
44.上述过程中，通过第一冷热媒进出管16或第二冷热媒进出管17向冷热媒管道15内输送热媒或冷媒，从而对反应器筒体1的内部空间进行升温或降温，进而使得螺旋反应槽14内的反应液保持反应温度。
45.此外，工作人员可以通过视镜10观察反应器筒体1内部的情况，当反应器筒体1的
底部出现积液时，打开排尽管11上的阀门12，反应器筒体1内的积液沿排尽管11排入储液罐中，由储液罐进行收集暂存。待积液排放完毕后，立即关闭阀门12。排放积液过程中，排尽管11上的u型弯管部6能够形成液封，避免反应器筒体1内的气体经排尽管11排出至外界大气中。
46.综上所述，本实施例利用管式反应原理，通过设计巧妙的、具有狭深结构的螺旋反应槽14，强化传热和传质，实现如傅克反应等液液反应产生气体的反应类型的连续化，同时降低其安全和环保隐患，生产安全性高；同时，本实施例能够大幅度降低操作强度和难度，提高生产效率，节能降耗，降低生产成本。
47.实施例二
48.本实施例与实施例一的区别之处在于：如图5和图6所示，静态混合器3、缓冲腔13、螺旋反应槽14和接液漏斗5的数量均为多个，且静态混合器3、缓冲腔13、螺旋反应槽14和接液漏斗5一一对应，收集管4包括收集主管402和若干收集支管401，所述接液漏斗5与对应的收集支管401连接。本实施例中，静态混合器3、缓冲腔13、螺旋反应槽14、接液漏斗5和收集支管401的数量均为四个，且相邻两个静态混合器3相互垂直。
49.本实施例中，反应器筒体1内具有四个螺旋反应槽14，充分利用反应器筒体1的内部空间，实现四通道反应，提高装置生产能力。而且，单个螺旋反应槽14的反应液由对应的接液漏斗5接收，并经对应的收集支管401流入收集主管402中，最终流入反应液接收罐中暂存。
50.以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种敞开式螺旋反应器，包括反应器筒体，其特征在于：所述反应器筒体的顶端设有排气管和静态混合器，反应器筒体的底端设有收集管，收集管的一端位于反应器筒体内，收集管的另一端位于反应器筒体外，且收集管位于反应器筒体内的一端设有接液漏斗；所述反应器筒体内设有缓冲腔和螺旋反应槽，所述静态混合器的一端位于反应器筒体外，静态混合器的另一端位于反应器筒体内，静态混合器位于反应器筒体内的一端与缓冲腔连通，缓冲腔的顶端开口，所述螺旋反应槽包括第一侧挡板、第二侧挡板和底板，螺旋反应槽的顶端与缓冲腔连通，螺旋反应槽的底端与所述接液漏斗相衔接。2.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述收集管上设有u型弯管部。3.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述反应器筒体旁设有反应液接收罐，所述收集管位于反应器筒体外的一端与反应液接收罐的顶部连通。4.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述收集管上通过三通阀连接有取样管。5.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述反应器筒体的底端连通有排尽管，所述排尽管上安装有用于控制排尽管通断的阀门。6.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述反应器筒体的顶端设有视镜。7.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述反应器筒体的侧壁内设有冷热媒管道，所述冷热媒管道的一端连通有第一冷热媒进出管，冷热媒管道的另一端连通有第二冷热媒进出管。8.根据权利要求7所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述反应器筒体的顶端以及第一冷热媒进出管上均安装有压力表；所述静态混合器靠近缓冲腔的一端以及收集管位于反应器筒体外的一端上均安装有温度计。9.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述静态混合器、缓冲腔、螺旋反应槽和接液漏斗的数量均为多个，且静态混合器、缓冲腔、螺旋反应槽和接液漏斗一一对应，收集管包括收集主管和若干收集支管，所述接液漏斗与对应的收集支管连接。10.根据权利要求1所述的敞开式螺旋反应器，其特征在于：所述第一侧挡板和第二侧挡板的高度为所述底板的宽度的三倍以上。

技术总结
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种敞开式螺旋反应器，包括反应器筒体，反应器筒体的顶端设有排气管和静态混合器，反应器筒体的底端设有收集管，收集管位于反应器筒体内的一端设有接液漏斗；反应器筒体内设有缓冲腔和螺旋反应槽，静态混合器位于反应器筒体内的一端与缓冲腔连通，缓冲腔的顶端开口，螺旋反应槽包括第一侧挡板、第二侧挡板和底板，螺旋反应槽的顶端与缓冲腔连通，螺旋反应槽的底端与所述接液漏斗相衔接。本发明利用狭长的螺旋反应槽，及时排出反应过程中产生的气体，并强化传热和传质，促进化学反应速率，适合傅克反应连续化以及其他液液反应连续化，降低连续化生产的安全和环保隐患，提高了生产效率。提高了生产效率。提高了生产效率。


技术研发人员：沈寒冰 徐志刚 王飞 潘玮 庞方亮 贾晓琴 王天宇
受保护的技术使用者：重庆康普化学工业股份有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/9/20