[发明专利]一种液-液非均相反应强化方法及装置

说明书

本发明公开了一种液‑液非均相反应强化方法及装置，通过将液‑液多相反应介质经液滴发生器引入反应器，以产生大量微米或毫米级液滴，增大液液两相传质面积，同时与反应器内设置的混合构件相配合，促进液液两相在反应器内的均匀分散，提升了液液传质速率以及反应效率。

技术领域

本发明涉及石油化工、煤化工技术领域，具体涉及一种液-液非均相反应强化方法及装置。

背景技术

在化学工业中，液液相反应过程应用广泛，如有机化工中的硝化、磺化和烷基化，高分子化工中的乳液聚合、悬浮聚合等。液液相反应是一个传质和反应串联的过程，相间传质往往成为液液相反应过程的速率控制步骤。采用传统的机械搅拌、高压混合等方法产生的液滴直径一般较大、分布均匀性较差，在改善液-液相间传质效果方面的作用并不显著。

与常规液滴相比，微液滴具有直径小、比表面积大、传质效率高等特点，可大幅提高液液相界面积，提升液液接触效率，从而强化液液传质过程。在液液反应器中，离散相液滴在连续相中的分散特性对液液混合以及相间接触面积具有重要的影响，因此液滴的分散状态也需作为重要的评价指标。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种液-液非均相反应强化方法及装置，采用本发明提供的装置，不仅可以产生尺寸为微米或毫米级的液滴，而且可以实现反应器内互不相溶的液液两相的均匀混合，提高反应速率和装置的利用效率。

本发明可通过以下技术方案实现：

本发明首先提供了一种液-液非均相反应强化方法，其是将互不相溶的液-液多相反应介质中的离散相液体分散成微米或毫米级液滴，并使其均匀分散，以增大多相反应过程中相间传质面积、提高反应效率；所述液-液非均相反应发生在离散相液滴内，连续相中的反应介质传质进入液滴内参与反应，生成的产物停留在液滴内，和/或从液滴内传质进入连续相。

本发明的一种优选实施方式中，通过调控所述离散相液滴的空间分散状态和/或尺寸分布和/或形状可以调控反应的转化率和选择性。

本发明的一种优选实施方式中，所述离散相液滴的尺寸分布范围为1μm～10mm。

本发明的一种优选实施方式中，所述液-液非均相反应强化方法是将互不相溶的液-液多相反应介质中的离散相液体分散成微米级液滴，并使其均匀分散，所述液-液非均相反应发生在离散相液滴内，连续相中的反应介质传质进入液滴内参与反应；进一步优选的，生成的产物从液滴内传质进入连续相。微米级液滴增大了液液两相传质面积，液液两相在反应器内的均匀分散，提升了液液传质速率以及反应效率。

本发明方法适用于包括但不限于硝化、磺化、烷基化、过氧化物分解、乳液聚合、悬浮聚合等液-液非均相反应。

本发明进一步提供了一种实施上述方法的液液多相反应装置，其包括：

反应器主体，用以作为液-液多相反应介质进行反应的场所；

液体入口，用于通入互不相溶的液-液多相反应介质；

液滴发生器，用于将所述多相反应介质中离散相液体分散成微米或毫米级液滴；

混合构件，用于均匀分散和混合所述多相反应介质；

排液口，用于排出所述反应器主体内生成的反应液。

在本发明的优选实施方式中，所述液滴发生器通过微流道、流体剪切、机械搅拌、外场作用等作用方式中的一种或多种任意组合将离散相液体破碎成微米或毫米级液滴。

在一些优选的技术方案中：所述微流道作用方式选自微孔法、微孔膜法、微流控法中的一种或多种组合。

在一些优选的技术方案中：所述流体剪切作用方式选自射流剪切破碎法、旋流剪切破碎法、射流撞击破碎法中的一种或多种组合。