多階梯循環式噴射反應器的制造方法與工藝

本發明涉及反應器，具體而言，涉及階梯循環式噴射反應器。

背景技術：
噴射反應器是一種具有高強度混合效果的反應器形式，它通過流體高速噴射從而使得反應物之間可以相互剪切成微小顆粒充分混合，增加反應物各相之間的接觸面積，能夠強化傳質與傳熱，加快反應速率，改善濃度和溫度分布，抑制副反應，提高反應的選擇性，因此噴射反應器特別適合于氣液、液液等多相反應過程。隨著經濟發展和工業生產規模的擴大以及降低能耗的要求，噴射反應器也越來越要求趨于大型化，內部結構的多樣化。但在放大過程中，噴射反應器受到兩個重要因素的制約，一是射流的有效作用深度，二是射流的有效混合半徑。也就是說，如果反應器的高度與半徑尺寸太大時，將會導致噴射器混合性能的下降，最終影響反應效果。如為了實現在反應器容積大大提高后仍能保持流體的高度湍流和優良的混合性能，則必須大大強化噴射循環系統的電機功率，而這往往是非線性的。也就是說，當反應器達到一定容積時，所配套的循環泵電機功耗與反應器容積成非線性關系--—這是由噴射器的結構所決定的。因此，現有的噴射反應器要么混合性能良好，但是能耗高，要么能耗較低，但混合性能不好。傳統的噴射反應器只能夠形成噴射流，而在噴射流的末端仍然有相當多的動能和勢能沒有被引導著使用，造成反應器的反應腔的下端的反應物擾動非常不均勻，這會使得許多動能和勢能轉化為熱能，從而使得反應的能量利用率降低，并且使得反應不可控性增加。

技術實現要素：
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種具有混合性能優良、能耗低的優點的階梯循環式噴射反應器。根據本發明實施例的階梯循環式噴射反應器包括：本體，所述本體內具有反應腔，所述反應腔的壁上設有進料口、出料口、循環出料口和循環進料口；噴射管，所述噴射管通過所述循環進料口伸入到所述反應腔內；外循環管，所述外循環管的第一端與所述循環出料口連通，所述外循環管的第二端與所述噴射管的進口連通；循環泵，所述循環泵設在所述外循環管上；和階梯循環管，所述階梯循環管設在所述反應腔內，所述噴射管的出口端通過所述階梯循環管的進口伸入到所述階梯循環管內。根據本發明實施例的階梯循環式噴射反應器具有混合性能優良、能耗低等優點。另外，根據本發明實施例的階梯循環式噴射反應器還可以具有如下附加的技術特征：根據本發明的一個實施例，所述出料口位于所述進料口的上方，所述循環出料口設在所述反應腔的底壁上，所述循環進料口設在所述反應腔的頂壁上，所述噴射管和所述階梯循環管豎直地設置，其中所述階梯循環管的縱截面為矩形。根據本發明的一個實施例，所述階梯循環管為多個，所述噴射管的出口端通過位于最上方的所述階梯循環管的進口伸入到位于最上方的所述階梯循環管內，相鄰兩個所述階梯循環管中的位于上方的一個的出口端通過相鄰兩個所述階梯循環管中的位于下方的一個的進口伸入到相鄰兩個所述階梯循環管中的位于下方的一個內。根據本發明的一個實施例，多個所述階梯循環管由上向下為第一級階梯循環管、第二級階梯循環管、……和第N級階梯循環管，N為大于等于2的整數，其中相鄰兩個所述階梯循環管中的位于上方的一個為上一級階梯循環管，相鄰兩個所述階梯循環管中的位于下方的一個為下一級階梯循環管，所述上一級階梯循環管的伸入到所述下一級階梯循環管內的部分的長度與所述下一級階梯循環管的直徑的比值大于等于0.1且小于等于0.3。根據本發明的一個實施例，每個所述階梯循環管的直徑大于等于5毫米且小于等于200毫米，所述噴射管的直徑為d0，所述第一級階梯循環管的直徑為d1，所述第二級階梯循環管的直徑為d2，……，所述第N級階梯循環管的直徑為dn，其中所述噴射管的直徑和多個所述階梯循環管的直徑滿足以下關系式：根據本發明的一個實施例，所述第一級階梯循環管的長度為h1，所述第二級階梯循環管的長度為h2，……，所述第N級階梯循環管的長度為hn，其中所述h1大于等于100毫米且小于等于1000毫米，多個所述階梯循環管的長度滿足以下關系式：根據本發明的一個實施例，所述階梯循環式噴射反應器進一步包括：第一導流隔板，所述第一導流隔板為圓臺狀，所述第一導流隔板內具有上端和下端均敞開的第一空腔，所述第一導流隔板套設在所述噴射管上，所述第一導流隔板與所述噴射管和所述反應腔的壁間隔開；和第二導流隔板，所述第二導流隔板為圓臺狀，所述第二導流隔板內具有上端和下端均敞開的第二空腔，所述第二導流隔板套設在所述階梯循環管上，所述第二導流隔板與所述階梯循環管和所述反應腔的壁間隔開。根據本發明的一個實施例，所述階梯循環管為多個且所述第二導流隔板為多個，多個所述第二導流隔板一一對應地套設在多個所述階梯循環管上。根據本發明的一個實施例，所述第一導流隔板的頂角為60度-120度，所述第一空腔為圓臺狀，所述第一空腔的上端的直徑與所述噴射管的直徑的比值大于等于1.05且小于等于1.2，所述第一導流隔板的外沿與所述反應腔的壁的距離與所述本體的直徑的比值大于等于0.01且小于等于0.05，所述第一導流隔板的外沿與所述反應腔的壁的距離大于0毫米且小于等于30毫米；所述第二導流隔板的頂角為60度-120度，所述第二空腔為圓臺狀，所述第二空腔的上端的直徑與所述階梯循環管的直徑的比值大于等于1.05且小于等于1.2，所述第二導流隔板的外沿與所述反應腔的壁的距離與所述本體的直徑的比值大于等于0.01且小于等于0.05，所述第二導流隔板的外沿與所述反應腔的壁的距離大于0毫米且小于等于30毫米，其中套設在所述上一級階梯循環管上的第二導流隔板的上沿與所述下一級階梯循環管的上沿的距離與所述下一級階梯循環管的直徑的比值大于等于1且小于等于5。根據本發明的一個實施例，所述階梯循環式噴射反應器進一步包括：第一引流管，所述第一引流管的下沿與所述第一導流隔板的上沿相連，所述第一引流管套設在所述噴射管上且與所述噴射管間隔開，所述第一引流管的高度與所述第一空腔的上端的直徑的比值大于等于0.1且小于等于0.3；和第二引流管，所述第二引流管的下沿與所述第二導流隔板的上沿相連，所述第二引流管套設在所述階梯循環管上且與所述階梯循環管間隔開，所述第二引流管的高度與所述第二空腔的上端的直徑的比值大于等于0.1且小于等于0.3。附圖說明本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是根據本發明實施例的階梯循環式噴射反應器的結構示意圖；圖2是根據本發明實施例的階梯循環式噴射反應器的局部結構示意圖。具體實施方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為...