本实用新型涉及化工设备领域，特别涉及一种烷基化反应器。
背景技术：
在烷基苯生产过程中，通常采用hf，即氟化氢气体作为烷基化反应的催化剂，其中，反应物为苯和烯烃，反应产物则为烷基苯。传统工艺中，反应物和催化剂一般先在反应器外部通过静态混合器进行混合反应，然后进入换热器进行冷却，再进入反应器中进行充分反应；再然后，反应产物和催化剂再进入卧式分离罐，利用重力将极性hf溶液和非极性的烃类混合物进行分离，而分离后的hf则会通过酸泵输送至静态混合器，可以进行循环使用。
在上述传统工艺中，hf在反应器外部进行循环的过程，需要依次经过分离罐、酸泵、混合器、换热器、反应器等一系列设备。而由于hf是属于具有极度危害的强腐蚀性介质，容易造成较大的安全隐患，因此其在输送过程中，对设备、管道、阀门等的材质和密封都需要较高的要求，尤其对机泵类设备的叶轮和密封的要求较高。并由此导致了相应设备的生产成本较高。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提供了一种烷基化反应器。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种烷基化反应器，包括外壳，所述外壳的底部设有一个烃类反应物入口，顶部设有一个烃类反应物出口，所述外壳的内部从下到上具有依次相连通的hf循环输送区、混合反应区、离心分离区和重力分离区；其中，所述外壳的内部安装有一根竖直的中心轴，所述中心轴的底端安装在hf循环输送区中，顶端安装在所述离心分离区中。
在一些实施方式中，所述外壳的底部具有一个裙座，所述烃类反应物入口设置在所述裙座的侧壁上。由此，裙座能够对整个反应器进行支撑，并且而裙座与其上部各区域不相连通。
在一些实施方式中，所述hf循环输送区的下端周围设有hf循环吸入口，并且所述hf循环输送区的内部安装有一个循环泵壳体；其中，所述中心轴的底端安装在所述循环泵壳体的内部，并且所述中心轴的底端安装有循环泵驱动叶轮和循环泵从动叶轮。由此，烷烯烃和苯组成的烃类反应物能够在hf循环输送区中与hf进行混合，进而一起进入混合反应区。
在一些实施方式中，所述混合反应区分为位于内侧的内筒体和位于外侧的外筒体，所述内筒体的底端和顶端分别与所述hf循环输送区和所述离心分离区相连通。由此，混合反应区中的内筒体用于进行混合与反应，外筒体用于将反应后排出的hf回流到hf循环输送区中。
在一些实施方式中，所述外筒体和所述内筒体之间安装有多根竖直的冷却换热管，所述外筒体的外侧壁的下端安装有冷却水进口，上端安装有冷却水出口。由此，通过冷却水进口和冷却水出口能够向外筒体中循环通入冷却用水，并经过冷却换热管对外筒体中的hf进行冷却。
在一些实施方式中，所述离心分离区的内部设有螺旋状的螺旋导流板，所述螺旋导流板安装在中心轴上，所述离心分离区的侧面设有多个导流孔；其中，所述中心轴的顶端安装在所述离心分离区的内部。由此，通过离心分离区能够将大部分hf分离出，剩余烃类混合物和小部分hf的混合物进入到所述重力分离区中。
在一些实施方式中，所述中心轴的底端通过下轴承和下轴承支座安装在所述hf循环输送区的内部，所述中心轴的顶端通过上轴承和上轴承支座安装在所述离心分离区的内部。由此，设置了中心轴的具体安装位置和方式，其上主要用于安装搅拌用的叶轮。
在一些实施方式中，所述中心轴的位于所述混合反应区的部位上并排安装有多个搅拌器组件，所述搅拌器组件包括搅拌器叶轮和搅拌器挡流板。由此，通过多个搅拌器组件的搅拌能够将由烷烯烃和苯组成的烃类反应物以及作为催化物的hf进行充分混合和反应。
附图说明
图1为本实用新型一实施方式的一种烷基化反应器的结构示意图；
图2为图1所示hf循环输送区的结构示意图；
图3为图1所示混合反应区的部分结构示意图；
图4为图1所示离心分离区的部分结构示意图。
图中：外壳1，烃类反应物入口2，烃类反应物出口3，hf循环输送区4，混合反应区5，离心分离区6，重力分离区7，中心轴8，搅拌器组件9，裙座11，hf循环吸入口41，循环泵壳体42，循环泵驱动叶轮43，循环泵从动叶轮44，内筒体51，外筒体52，冷却换热管53，冷却水进口54，冷却水出口55，螺旋导流板61，导流孔62，下轴承81，下轴承支座82，上轴承83，上轴承支座84，搅拌器叶轮91，搅拌器挡流板92。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的一种烷基化反应器的结构，图2显示了图1中的hf循环输送区的结构，图3显示了图1中的混合反应区的结构，图4显示了图1中的离心分离区的结构。如图1-4所示，该烷基化反应器包括一个外壳1，外壳1整体大致呈圆柱形并且竖直放置，反应器的各部件均集成在外壳1中。反应器及其上的各部件的接口型式可根据需要采用法兰、螺纹，或焊接等方式，并且可以根据需要采用合适的金属材质或者非金属材质(比如各种叶轮和导流板等用于旋转的结构)制成。
在外壳1的底部设有一个烃类反应物入口2，顶部设有一个烃类反应物出口3，内部从下到上依次具有hf循环输送区4、混合反应区5、离心分离区6和重力分离区7。其中，烃类反应物入口2与有hf循环输送区4相连通，hf循环输送区4和离心分离区6均与混合反应区5的内侧相连通，离心分离区6和重力分离区7相连通，而重力分离区7则与烃类反应物出口3相连通。
在外壳1的内部还安装有一根竖直的中心轴8，中心轴8的底端安装在hf循环输送区4中，顶端安装在离心分离区6中，而在中心轴8上的各部位均安装有叶轮等用于搅拌的结构。
优选的，在外壳1的底部具有一个裙座11，裙座11能够对烷基化反应器的上部结构进行支撑。其中，烃类反应物入口2设置在裙座11的侧壁上，裙座11并不与hf循环输送区4等结构相连通。
hf循环输送区4的底部与烃类反应物入口2相连通，在hf循环输送区4的下端周围设有多个hf循环吸入口41，hf循环吸入口41能够将分布在烷基化反应器中的hf(氟化氢气体)吸入到hf循环输送区4中。而在hf循环输送区4的内部安装有一个循环泵壳体42，中心轴8的底端安装在循环泵壳体42的内部，而在中心轴8的底端固定安装有循环泵驱动叶轮43和循环泵从动叶轮44，当从烃类反应物入口2向hf循环输送区4通入气体时，能够驱动循环泵驱动叶轮43和循环泵从动叶轮44旋转，从而带动中心轴8一起转动。
优选的，中心轴8的底端连接有一个下轴承81，下轴承81连接有一个下轴承支座82，下轴承支座82安装在循环泵壳体42的内壁上。其中，下轴承81由滚动轴承和推力轴承组成，推力轴承主要承载中心轴8及固定在中心轴8上其他部件所产生的静荷载，滚动轴承用于固定中心轴8的轴向位置。
混合反应区5主要分为内筒体51和外筒体52，内筒体51位于外筒体52的内部，即内筒体51位于混合反应区5的内侧，而外筒体52位于混合反应区5的外侧，即反应器的该部分的外壳1。其中，内筒体51的下端延伸并连通到hf循环输送区4，上端延伸并连通到离心分离区6，hf循环吸入口41具体设置在内筒体51的下端上。
中心轴8从混合反应区5的内筒体51内部通过，其位于内筒体51中段，即循环输送区4和离心分离区6之间的部位上较为均匀地并排安装有多个搅拌器组件9，其中每个搅拌器组件9均包括搅拌器叶轮91和搅拌器挡流板92，能够对位于内筒体51中的各物质进行充分搅拌混合。
而在混合反应区5的外筒体52和内筒体51中分布安装有多根冷却换热管53，各冷却换热管53均为竖直设置的，并且相互之间间隔有一定的距离。而在外筒体52的外侧壁的下端安装有冷却水进口54，上端安装有冷却水出口55，从冷却水进口54通入冷却用水，冷却用水会经过各冷却换热管53后从冷却水出口55流出，能够对外筒体52中的hf进行冷却。
离心分离区6中主要包括有内筒体51的上端，而中心轴8的顶端安装在离心分离区6的内筒体51上端的内部。其中，离心分离区6的内部，即内筒体51的上端内部设有螺旋状的螺旋导流板61，螺旋导流板61固定安装在中心轴8上；而在离心分离区6的侧面，即内筒体51的上端侧面设有多个导流孔62。
优选的，中心轴8的顶端连接有一个上轴承83，上轴承83连接有一个上轴承支座84，上轴承支座84安装在中心轴8的顶端内壁上。其中，上轴承83同样由滚动轴承和推力轴承组成，推力轴承主要承载中心轴8及固定在中心轴8上其他部件所产生的静荷载，滚动轴承用于固定中心轴8的轴向位置。
重力分离区7设置有重力分离设备，能够在重力作用下烃类反应产物和hf进行分离，并形成稳定的两相界面。其中，重力分离设备可以根据实际情况在现有技术中进行选取。
将该烷基化反应器用于反应作业时，向烷基化反应器中通入hf，并将由烷烯烃和苯组成的烃类反应物由从烃类反应物入口2输入到烷基化反应器的内部，烃类反应物由下向上先后流经hf循环输送区4、混合反应区5、离心分离区6，以及重力分离区7，最后的反应产物为由，烷基苯、烷烃和苯组成的烃类混合物，由反应器顶部的烃类反应产物出口排出。其中具体流程如下所述。
由烷烯烃和苯组成的烃类反应物首先进入到hf循环输送区4循环泵壳体42中，并在循环泵壳体42的内部从下向上流动，推动循环泵驱动叶轮43转动，进而驱动中心轴8转动，循环泵从动叶轮44转动随着中心轴8转动，产生向下的吸引力，将反应器中的hf从hf循环吸入口41吸入到hf循环输送区4中的下筒体的底端中，而烃类反应物则与吸入的hf混合并进入到混合反应区5中。其中，内筒体51和外筒体52之间的流体的密度差也为hf的进入提供了一部分动力。
然后，在混合反应区5中的下筒体的中段内部，搅拌器组件9在中心轴8的带动下旋转，烃类反应物与hf在搅拌器组件9的作用下进行充分混合。在催化剂hf的作用下，烷烯烃与苯充分反应生成烷基苯，而在反应中还会出现一些过量的烷烃和苯，烷基苯、过量的烷烃和苯共同构成烃类混合物，而烃类混合物和hf相混合并进入离心分离区6。
然后，在离心分离区6中的下筒体的上端内部，螺旋导流板61在中心轴8的带动下旋转，则进入到其中的混合物在螺旋导流板61的作用下形成离心流动。而在离心力的作用下，密度较大的hf在内筒体51内壁上积聚，并且大部分hf沿着内筒体51侧壁上的导流孔62排出；而密度较小的烃类混合物在反应器内筒体51中心积聚，并和小部分hf沿轴向由反应器内筒体51顶部进入重力分离区7。
然后，在重力分离区7中，小部分hf在重力作用下逐渐与烃类混合物相分离，并形成稳定的两相界面。最后将充分分离后的烃类混合物从反应器顶部的烃类反应产物出口排出反应器。
其中，从离心分离区6中排出的大部分hf进入到混合反应区5的外筒体52和内筒体51之间，并进入到各冷却换热管53内，与冷却换热管53外部的冷却用水换热，从而带走反应过程所产生的热量，实现冷却的效果。而冷却后的hf能够流动到混合反应区5的下方，并被hf循环吸入口41再次吸入到hf循环输送区4中，从而实现循环利用。而进一步地，被冷却的hf同时也能够与内筒体51中正在进行的反应换热，及时转移反应热，用以控制反应温度。
此外，中心轴8转动的动力源来自于进入反应器的烃类反应物流动所产生的动力，而当进入到反应器的烃类反应物的流量降低时，中心轴8的转速也相应降低，进而由轴循环泵从动叶轮44所推动的hf循环量也相应降低。因此，通过控制通入烃类反应物的流速和流量，能够实现了反应物与催化剂hf之间可自动按一定比例混合。
本实用新型中的烷基化反应器与传统的烷基化反应设备相比，具有以下优点：
1)集混合、反应、分离、催化剂循环于一体，使hf完全在反应器内部循环，无需在设备外部进行单独的分离和输送，从而大幅度减少hf的输送设备及管路，同时也减少了hf的使用量，因此可以大幅度降低烷基化反应系统的建设成本和运行成本，并降低hf在循环输送过程中所存在的安全隐患；
2)无需外力驱动，转动部件不需要设置机械密封，设备结构简单，便于制造与安装；
3)可自动实现催化剂和反应物的等比例混合，无需额外设置流量调节设施；
4)机械能损失较小，高压流体动能可高效率地转化为低压流体的动能，有效降低了hf在循环输送过程中的机械能损失，降低了能源消耗；
5)采用搅拌的方式将催化剂hf和反应物强制充分混合，其混合效果要优于传统系统中静态混合器的混合效果，更加有利于提高反应效率；
6)采用离心方式分离hf和烃类混合物，其分离效果要远远优于传统系统中重力分离器的分离效果，因而可以大幅度减小分离设备的尺寸，降低hf的使用量，减少系统占地面积，降低了设备的投资和运行维护费用；
7)除了可应用于烷基化反应中，还可以适用于其他各类多相催化反应的系统中；
8)结构简单，占地面积小，适用于对现有装置的改造。
以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
1.一种烷基化反应器，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)的底部设有一个烃类反应物入口(2)，顶部设有一个烃类反应物出口(3)，所述外壳(1)的内部从下到上具有依次相连通的hf循环输送区(4)、混合反应区(5)、离心分离区(6)和重力分离区(7)；其中，所述外壳(1)的内部安装有一根竖直的中心轴(8)，所述中心轴(8)的底端安装在hf循环输送区(4)中，顶端安装在所述离心分离区(6)中。
2.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述外壳(1)的底部具有一个裙座(11)，所述烃类反应物入口(2)设置在所述裙座(11)的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述hf循环输送区(4)的下端周围设有hf循环吸入口(41)，并且所述hf循环输送区(4)的内部安装有一个循环泵壳体(42)；其中，所述中心轴(8)的底端安装在所述循环泵壳体(42)的内部，并且所述中心轴(8)的底端安装有循环泵驱动叶轮(43)和循环泵从动叶轮(44)。
4.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述混合反应区(5)分为位于内侧的内筒体(51)和位于外侧的外筒体(52)，所述内筒体(51)的底端和顶端分别与所述hf循环输送区(4)和所述离心分离区(6)相连通。
5.根据权利要求4所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述外筒体(52)和所述内筒体(51)之间安装有多根竖直的冷却换热管(53)，所述外筒体(52)的外侧壁的下端安装有冷却水进口(54)，上端安装有冷却水出口(55)。
6.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述离心分离区(6)的内部设有螺旋状的螺旋导流板(61)，所述螺旋导流板(61)安装在中心轴上，所述离心分离区(6)的侧面设有多个导流孔(62)；其中，所述中心轴(8)的顶端安装在所述离心分离区(6)的内部。
7.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述中心轴(8)的底端通过下轴承(81)和下轴承支座(82)安装在所述hf循环输送区(4)的内部，所述中心轴(8)的顶端通过上轴承(83)和上轴承支座(84)安装在所述离心分离区(6)的内部。
8.根据权利要求7所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述中心轴(8)的位于所述混合反应区(5)的部位上并排安装有多个搅拌器组件(9)，所述搅拌器组件(9)包括搅拌器叶轮(91)和搅拌器挡流板(92)。
技术总结