射流喷射器在光氯化反应上的应用

吴晓军（浙江省天正设计工程有限公司，浙江　杭州　310012）



射流喷射器在光氯化反应上的应用

吴晓军
（浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州310012）

摘要：针对传统氯化反应器搅拌强度低、混合效果差、氯气利用率低的缺点，提出了采用射流式气体分布器和射流式废气引流器强化氯化反应的混合效果，提升氯气利用率。

关键词：射流喷射器；氯化反应；应用

氯化反应是在化合物结构中引入氯元素，广泛应用在医药、农药、染料等行业的产品及中间体生产中。常用的氯化剂有氯气、氯化亚砜、三氯化磷等，其中氯气是最常用的氯化剂。医药、农药和染料等行业采用的氯化反应大多为批次化操作方式，采用紫外光催化。

1　传统氯化反应器的不足

氯化反应釜是批次化作业中最常用的设备，其大致结构如图1。反应釜主体为带夹套的搪玻璃搅拌釜，多组紫外光发生装置伸入釜内，固定在盖上，底部设置环管上开小孔的氯气分布器。

图1　氯化反应釜

由于搪玻璃反应釜的结构限制，紫外光发生装置只能在釜盖上固定，所以搅拌强度受到较大的限制。传统的方式采用氯气在底部鼓泡，受制于氯气量，釜内混合效果较差，氯气利用率低，反应时间长，副反应也会增加。为加强氯气在反应液相中的分散效果，很多生产厂家采用在氯气中混入氮气的方式，但是增加了氮气的消耗。

2　射流喷射器的应用

2.1射流式气体分布器

射流式气体分布器是一种利用气体动能引射液相、加强混合、粉碎气泡达到气液两相混合效果的设备。在医药、食品、轻工等领域的微生物发酵生产中已经得到广泛的应用。具有降低搅拌功率、提高溶氧、增产等多种功效。

图2　射流式气体分布器

图2显示了射流器的大致结构。射流器利用文丘里管的引射产生真空的原理，气体经喷嘴1高速射出，利用压缩气体的原有动能，所产生的负压和卷吸作用将反应釜内的反应液吸入扩散管2中，在扩散管2中与气体剧烈混合，其气泡直径随着通气量的增大或喷嘴推动力的增加而减小，乳化程度加剧，从而增大了气体与反应液接触面积，减缓了气体在反应液中的逸出时间，提高溶氧传质系数。

作者所在公司利用该装置以空气和水为介质进行了多方面的试验，其中关于液体气含率的试验数据如图3。试验数据表明：采用射流式气体分布器，相对于环管开孔式的气体分布器可提高反应液的气含率。试验还表明：由于射流式分布器充分利用了气体的动能搅动液体，可大大降低搅拌器的运行功率。对采用射流式气体分布器的发酵罐进行的计算流体力学（CFD）模拟中也显示了整个发酵罐内的气液两相分布均匀程度比常规分布器的罐大大提高。

图3　气含率对比图

根据以上情况，可以看出：第一，该分布器强化了气液两相的混合，有利于氯化反应的进行；第二，该分布器提升了气含率，增加了氯气在反应液中的停留时间，提高氯气的利用率；第三，该分布器可降低搅拌强度，非常适合带有紫外光发生器的氯化反应器。因此，我们认为在氯化反应釜内采用射流式气体分布器是非常适合的。

2.2反应废气引流装置

传统氯化反应器由于受到反应用氯气气量的限制，鼓泡的效果不好，氯气利用低，大量的氯气没有参与反应就排出反应釜，被吸收装置吸收。利用文丘里管的真空引流原理，我们在氯化反应釜的排气管上设置一条支管（如图4），利用反应氯气的动能将部分反应废气引入反应釜，再次进行反应，该引流器同时还会带入反应产生的氯化氢，这两部分气体量的增加，可进一步提升射流式气体分布器气液相混合效果。

图4　改进后的氯气反应器

3　安全性分析

氯化反应用到的氯气毒性很大，反应液也可能会含有易燃易爆的物质。国家安监总局将氯化工艺列入了重点监管的危险化工工艺，反应系统的安全是十分必要的。本文采用的两处射流装置对反应釜本体没有改动，也不涉及降温、搅拌等系统，没有改变原有系统的安全设施，改进是安全的。在操作时需注意以下几点：（1）反应前反应釜需充氮气，由于新工艺将反应废气部分引流回反应系统，应避免将空气中的氧气引入；（2）调节好反应废气引流器的阀门，将反应废气外排管线的压力维持在正压状态；（3）氯气的紧急切断阀应安装在废气引流器之前。

4　结束语

采用射流式气体分布器和废气引流器，可大大增加氯化反应的气液两相混合效果，加强反应效率，降低氯气消耗，而且对反应的安全控制没有不利影响，是一项非常有利的技术，值得推广。

本文介绍的两个射流器，利用了反应气体的原有动能增强气液相混合效果，均有节能降耗的效果。除了氯化反应，其他类型的气液相反应也可以借鉴采用。

分析测试

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

作者简介：吴晓军（1971-），男，高级工程师，主要从事化工医药石化的设计及工程化研究工作。E-mail:wuxj@zpcdi.com。

收稿日期：2015-12-04

文章编号：1006-4184（2016）3-0042-02