射流噴射器在光氯化反應(yīng)上的應(yīng)用

吳曉軍（浙江省天正設(shè)計工程有限公司，浙江　杭州　310012）

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射流噴射器在光氯化反應(yīng)上的應(yīng)用

吳曉軍
（浙江省天正設(shè)計工程有限公司，浙江杭州310012）

摘要：針對傳統(tǒng)氯化反應(yīng)器攪拌強度低、混合效果差、氯氣利用率低的缺點，提出了采用射流式氣體分布器和射流式廢氣引流器強化氯化反應(yīng)的混合效果，提升氯氣利用率。

關(guān)鍵詞：射流噴射器；氯化反應(yīng)；應(yīng)用

氯化反應(yīng)是在化合物結(jié)構(gòu)中引入氯元素，廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等行業(yè)的產(chǎn)品及中間體生產(chǎn)中。常用的氯化劑有氯氣、氯化亞砜、三氯化磷等，其中氯氣是最常用的氯化劑。醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料等行業(yè)采用的氯化反應(yīng)大多為批次化操作方式，采用紫外光催化。

1　傳統(tǒng)氯化反應(yīng)器的不足

氯化反應(yīng)釜是批次化作業(yè)中最常用的設(shè)備，其大致結(jié)構(gòu)如圖1。反應(yīng)釜主體為帶夾套的搪玻璃攪拌釜，多組紫外光發(fā)生裝置伸入釜內(nèi)，固定在蓋上，底部設(shè)置環(huán)管上開小孔的氯氣分布器。

圖1　氯化反應(yīng)釜

由于搪玻璃反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)限制，紫外光發(fā)生裝置只能在釜蓋上固定，所以攪拌強度受到較大的限制。傳統(tǒng)的方式采用氯氣在底部鼓泡，受制于氯氣量，釜內(nèi)混合效果較差，氯氣利用率低，反應(yīng)時間長，副反應(yīng)也會增加。為加強氯氣在反應(yīng)液相中的分散效果，很多生產(chǎn)廠家采用在氯氣中混入氮氣的方式，但是增加了氮氣的消耗。

2　射流噴射器的應(yīng)用

2.1射流式氣體分布器

射流式氣體分布器是一種利用氣體動能引射液相、加強混合、粉碎氣泡達到氣液兩相混合效果的設(shè)備。在醫(yī)藥、食品、輕工等領(lǐng)域的微生物發(fā)酵生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。具有降低攪拌功率、提高溶氧、增產(chǎn)等多種功效。

圖2　射流式氣體分布器

圖2顯示了射流器的大致結(jié)構(gòu)。射流器利用文丘里管的引射產(chǎn)生真空的原理，氣體經(jīng)噴嘴1高速射出，利用壓縮氣體的原有動能，所產(chǎn)生的負壓和卷吸作用將反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)液吸入擴散管2中，在擴散管2中與氣體劇烈混合，其氣泡直徑隨著通氣量的增大或噴嘴推動力的增加而減小，乳化程度加劇，從而增大了氣體與反應(yīng)液接觸面積，減緩了氣體在反應(yīng)液中的逸出時間，提高溶氧傳質(zhì)系數(shù)。

作者所在公司利用該裝置以空氣和水為介質(zhì)進行了多方面的試驗，其中關(guān)于液體氣含率的試驗數(shù)據(jù)如圖3。試驗數(shù)據(jù)表明：采用射流式氣體分布器，相對于環(huán)管開孔式的氣體分布器可提高反應(yīng)液的氣含率。試驗還表明：由于射流式分布器充分利用了氣體的動能攪動液體，可大大降低攪拌器的運行功率。對采用射流式氣體分布器的發(fā)酵罐進行的計算流體力學(xué)（CFD）模擬中也顯示了整個發(fā)酵罐內(nèi)的氣液兩相分布均勻程度比常規(guī)分布器的罐大大提高。

圖3　氣含率對比圖

根據(jù)以上情況，可以看出：第一，該分布器強化了氣液兩相的混合，有利于氯化反應(yīng)的進行；第二，該分布器提升了氣含率，增加了氯氣在反應(yīng)液中的停留時間，提高氯氣的利用率；第三，該分布器可降低攪拌強度，非常適合帶有紫外光發(fā)生器的氯化反應(yīng)器。因此，我們認為在氯化反應(yīng)釜內(nèi)采用射流式氣體分布器是非常適合的。

2.2反應(yīng)廢氣引流裝置

傳統(tǒng)氯化反應(yīng)器由于受到反應(yīng)用氯氣氣量的限制，鼓泡的效果不好，氯氣利用低，大量的氯氣沒有參與反應(yīng)就排出反應(yīng)釜，被吸收裝置吸收。利用文丘里管的真空引流原理，我們在氯化反應(yīng)釜的排氣管上設(shè)置一條支管（如圖4），利用反應(yīng)氯氣的動能將部分反應(yīng)廢氣引入反應(yīng)釜，再次進行反應(yīng)，該引流器同時還會帶入反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫，這兩部分氣體量的增加，可進一步提升射流式氣體分布器氣液相混合效果。

圖4　改進后的氯氣反應(yīng)器

3　安全性分析

氯化反應(yīng)用到的氯氣毒性很大，反應(yīng)液也可能會含有易燃易爆的物質(zhì)。國家安監(jiān)總局將氯化工藝列入了重點監(jiān)管的危險化工工藝，反應(yīng)系統(tǒng)的安全是十分必要的。本文采用的兩處射流裝置對反應(yīng)釜本體沒有改動，也不涉及降溫、攪拌等系統(tǒng)，沒有改變原有系統(tǒng)的安全設(shè)施，改進是安全的。在操作時需注意以下幾點：（1）反應(yīng)前反應(yīng)釜需充氮氣，由于新工藝將反應(yīng)廢氣部分引流回反應(yīng)系統(tǒng)，應(yīng)避免將空氣中的氧氣引入；（2）調(diào)節(jié)好反應(yīng)廢氣引流器的閥門，將反應(yīng)廢氣外排管線的壓力維持在正壓狀態(tài)；（3）氯氣的緊急切斷閥應(yīng)安裝在廢氣引流器之前。

4　結(jié)束語

采用射流式氣體分布器和廢氣引流器，可大大增加氯化反應(yīng)的氣液兩相混合效果，加強反應(yīng)效率，降低氯氣消耗，而且對反應(yīng)的安全控制沒有不利影響，是一項非常有利的技術(shù)，值得推廣。

本文介紹的兩個射流器，利用了反應(yīng)氣體的原有動能增強氣液相混合效果，均有節(jié)能降耗的效果。除了氯化反應(yīng)，其他類型的氣液相反應(yīng)也可以借鑒采用。

分析測試

Application of Jetting Ejector in the Photo-chlorination

WU Xiao-jun
（Zhejiang Titan Design & Engineering Co.,Ltd., Hangzhou,Zhejiang 310012,China）

Abstract:As the traditional chlorination reactor has the disadvantage of low stirring intensity, bad mixing effect and low chlorine utilization rate, jetting gas distributor and jetting waste gas diverter are introduced to improve the mixing effect and chlorine utilization rate in this paper.

Keywords：jetting ejector；chlorination；application

作者簡介：吳曉軍（1971-），男，高級工程師，主要從事化工醫(yī)藥石化的設(shè)計及工程化研究工作。E-mail:wuxj@zpcdi.com。

收稿日期：2015-12-04

文章編號：1006-4184（2016）3-0042-02