一种预混反应装置

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，具体涉及一种预混反应装置。

背景技术

硫—碘循环和碘—硒循环制氢均为热化学循环制氢工艺，其本质为水热化工(催化水分解)，即以碘、硫或硒和水为原料，依靠高温热源，最终释放出氢气和氧气。

热化学循环制氢的第一步是将几种原料(水和循环产物)充分混合并在最适宜的温度下发生反应，生成两种酸，这一步目前普遍是在反应釜中进行，为了保证混合效果，通常需要在反应釜内设置搅拌器，且还需要在反应釜内引入动力，导致反应釜内部结构复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种预混反应装置，其反应罐的内部无需设置搅拌部件，结构可以相对简单。

为解决上述技术问题，本发明提供一种预混反应装置，包括反应罐和文丘里喷射器，所述文丘里喷射器包括外管部和内管部，所述内管部具有文丘里结构，用于通入动力流体反应物，所述外管部的管壁设有引射流体反应物入口，所述外管部的出口段与所述反应罐的底端部相连，且所述出口段能够在所述反应罐内形成旋升流体。

区别于背景技术，上述方案采用文丘里喷射器作为反应罐的进料部件，动力流体反应物自内管部喷入，内管部的文丘里结构可以对动力流体反应物进行加速喷射，并能够在外管部内形成负压，进而可以将其他种类的反应物通过引射流体反应物入口卷吸进入外管部内与动力流体反应物进行混合，高速的引射流体反应物和动力流体反应物可以在外管部内进行剧烈混合，并喷射至反应罐内进行进一步地混合反应。

在上述方案中，通过文丘里喷射器的设置即可以保证各种反应物的高效混合，无需在反应罐内设置搅拌部件、以及配套的辅助部件，反应罐的内部结构可以简单；同时，由于解除了搅拌部件以及辅助部件的限制，反应罐的规模也可以做到更大，有利于该预混反应装置的大型化设计；而且，文丘里喷射器设置在反应罐的外侧，还可以方便地进行拆装、检修。

文丘里喷射器的出口段可以在反应罐内形成旋升流体，这种形式的流体能够有效抑制反应物的沉积，并能够减少反应物损失，一方面，可以提高反应的完全性，保证生产效率，另一方面，也可以提高本发明所提供预混反应装置的使用寿命。

可选地，所述反应罐包括底板，所述底板设有喷射口，所述喷射口与所述底板偏心设置，所述出口段与所述喷射口相连，过所述喷射口的中心以及所述底板的中心的面为参照面，所述喷射口的喷射方向与所述参照面呈夹角设置。

可选地，所述文丘里喷射器的数量为多个，各所述文丘里喷射器沿所述底板的周向依次设置。

可选地，所述底板未设置所述喷射口的区域中的至少局部位置设有导向结构，用于将落于所述导向结构的物质导向至所述喷射口的位置。

可选地，所述外管部包括至少一段加速管段，用于对动力流体反应物和引射流体反应物的混合物进行加速。

可选地，还包括加热管，所述加热管内通有加热流体。

可选地，自上而下，所述加热管包括直管段和盘管段。

可选地，所述反应罐内还设有螺旋板，用于形成螺旋流道，所述螺旋流道的螺旋方向与所述旋升流体的螺旋方向一致。

可选地，所述螺旋板与所述加热管相固定。

可选地，所述反应罐的下端部包括锥形段，所述锥形段的小径端与所述反应罐的底板相连；和/或，所述反应罐的顶端部设有未反应气体出口，所述反应罐的周壁设有生成物出口；和/或，还包括支架，用于对所述反应罐进行支撑。

附图说明

图1为本发明所提供预混反应装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1在底板处的俯视图。

图1-图2中的附图标记说明如下：

1反应罐、11底板、111喷射口、112导向凸板、113导向凹板、12锥形段、13未反应气体出口、14生成物出口；

2文丘里喷射器、21外管部、211引射流体反应物入口、212出口段、213加速管段、22内管部；

3加热管、31直管段、32盘管段；

4螺旋板、41螺旋流道；

5支架。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-图2，图1为本发明所提供预混反应装置的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1在底板处的俯视图。

本发明提供一种预混反应装置，包括反应罐1，反应罐1为预混反应装置的主体结构，用于承载待混合反应的反应物，反应物可以包括两种以上，具体的种类在此不做限定。

进一步地，还可以包括文丘里喷射器2，文丘里喷射器2包括外管部21和内管部22，内管部22具有文丘里结构，用于通入动力流体反应物，外管部21的管壁可以设有引射流体反应物入口211，外管部21的出口段212与反应罐1的底端部相连，且出口段212能够在反应罐1内形成旋升流体。

区别于背景技术，本发明实施例采用文丘里喷射器2来作为反应罐1的进料部件，动力流体反应物自内管部22喷入，内管部22的文丘里结构可以对动力流体反应物进行加速喷射，并能够在外管部21内形成负压，进而可以将其他种类的反应物通过引射流体反应物入口211卷吸进入外管部21内与动力流体反应物进行混合，高速的引射流体反应物和动力流体反应物可以在外管部21内进行剧烈混合，并喷射至反应罐1内进行进一步地混合反应。

在上述方案中，通过文丘里喷射器2的设置即可以保证各种反应物的高效混合，无需在反应罐1内设置搅拌部件、以及配套的辅助部件，反应罐1的内部结构可以简单；同时，由于解除了搅拌部件以及辅助部件的限制，反应罐1的规模也可以做到更大，有利于该预混反应装置的大型化设计；而且，文丘里喷射器2设置在反应罐1的外侧，还可以方便地进行拆装、检修。

动力流体反应物可以是由其他系统返回的能够作为反应物的有压能源，此时，无需外部的动力引入，直接将该有压能源与内管部22相接，即可以使用，能够更大程度地降低生产成本。如果没有足够的有压能源作为动力流体反应物，或者，有压能源的压力有所不足，也可以引入一定的压力，以保证该装置能够顺利运行。

对于单个的文丘里喷射器2而言，其外管部21所设置的引射流体反应物入口211可以为多个，这样，可以更好地实现多种类的引射流体反应物与动力流体反应物的混合反应。或者，也可以是通过将文丘里喷射器2的数量设置为多个，来实现多种类的引射流体反应物与动力流体反应物的混合反应。

需要注意的是，即便是存在多个的引射流体反应物入口211，这些引射流体反应物入口211也可以均通入同一种的引射流体反应物，这在具体实践中也可以采用的，这种情况同样适用于存在多个文丘里喷射器2的情形；另外，在文丘里喷射器2的数量为多个时，各文丘里喷射器2所使用动力流体反应物的种类可以相同，也可以不同，这在具体实践中可以结合待混合反应的反应物的种类以及性质(是否有压等)等进行确定。

文丘里喷射器2的出口段212可以在反应罐1内形成旋升流体，这种形式的流体能够有效抑制反应物的沉积，并能够减少反应物损失，一方面，可以提高反应的完全性，保证生产效率，另一方面，也可以提高本发明所提供预混反应装置的使用寿命。

这种旋升流体的形成主要是由出口段212的安装位置、安装方向以及出口段212的结构形式等进行确定。

以附图中的方案为例，反应罐1可以包括底板11，底板11可以设有喷射口111，喷射口111与底板11偏心设置，即喷射口111与底板11不同心，出口段212可以与喷射口111相连，为便于描述，可以定义过喷射口111的中心(如果喷射口111的形状不规则，该中心为喷射口111的形心)以及底板11的中心(如果底板11的形状不规则，该中心为底板11的形心)的面为参照面，喷射口111的喷射方向可以与参照面呈夹角设置。如此设置，喷射口111可以与参照面呈一定角度的方向喷入反应罐1内，配合反应罐1的周壁，可以在反应罐1内形成前述的旋升流体。

如果出口段212为直管段，则喷射口111的喷射方向即为出口段212的轴向，如果出口段212为弯管段，则喷射口111的喷射方向与出口段212的结构设计有关。

文丘里喷射器2的数量为多个时，各文丘里喷射器2可以沿底板11的周向依次设置，且各文丘里喷射器2所形成的旋升流体的方向可以一致，以避免影响混合流体的旋升。

在保证喷射口111的喷射方向与参照面呈角度设置的前提下，还可以对喷射口111的喷射方向与反应罐1的中轴线之间的夹角α进行控制，该夹角α的控制可以决定各出口段212是向心(相对朝向反应罐1的中轴线)喷射、还是离心(相对远离反应罐1的中轴线)喷射，这两种喷射方式在具体实践中均可以采用，具体到本发明实施例中，优选采用向心喷射的方案，这样，可以相对较好地抑制反应物在反应罐1内的沉积。

实际上，文丘里喷射器2除了可以安装在底板11外，也可以安装在反应罐1的周壁，此时，通过控制出口212的安装角度，也可以产生前述的旋升流体。

进一步地，底板11未设置喷射口111的区域中的至少局部位置还可以设有导向结构，用于将落于导向结构的物质导向至喷射口111的位置，这样，反应罐1的底部不易产生沉积。

在一种具体的实施方式中，如图1、图2所示，导向结构可以设置在各喷射口111所围合的中心区域，以及各喷射口111与反应罐1周壁之间的边缘区域，详细而言，中心区域可以设置导向凸板112，边缘区域可以设置导向凹板113，以对可能产生的沉积物进行导向；导向凸板112和导向凹板113的具体结构可以为弧形板，也可以为斜面板，或者，还可以为弧形板和斜面板的组合等。

上述的实施方式中，导向结构仅分布在底板11未设置喷射口111的区域中的局部位置，这主要是考虑到安装的便捷性，在实际使用中，也可以在底板11未设置喷射口111的区域中的全部位置均设置上述的导向结构，以最大化防沉积的效果。

另外，导向结构也可以是由底板11所形成，此时，底板11的上表面不再平整，具体的上表面结构可以根据所需要的导向结构进行设置，在此不做限定。

请继续参考图1，外管部21可以包括至少一段加速管段213，加速管段213的具体结构可以为文丘里管，用于对动力流体反应物和引射流体反应物的混合物进行加速，这样，该混合物可以更高的速度喷射至反应罐1内，混合反应的效果也可以更佳。

进一步地，还可以包括加热管3，加热管3内通有加热流体，用于对反应罐1内的反应物进行加热处理。

如图1所示，加热管3可以自上而下贯穿反应罐1，加热管3内加热流体的整体流向与反应罐1内反应物的整体流向(附图中为自下而上)可以相同、也可以相逆，具体可以结合实际情况进行设定。作为优选地，本发明实施例可以采用相逆的方案，这样，换热效率可以较高。

详细而言，上述的加热管3自上而下可以包括直管段31和盘管段32，反应罐1下部的反应物混合更为激烈，反应更为剧烈，对于热量的需求更高，将加热管3的下部设置为盘管段32的形式可以增加换热面积，以保证反应罐1下部的热量需求，热量的分配也更为合理。

除此之外，也可以通过设置不同数量的加热管3来满足反应罐1内部不同区域的热量需求，这在具体实践中也是可以采用的选择。

在反应罐1内还可以设有螺旋板4，用于形成螺旋流道41，该螺旋流道41的螺旋方向与旋升流体的螺旋方向一致，以保证螺旋流体能够顺利进入螺旋流道41中。需要说明的是，这里螺旋方向一致是指二者均为左旋、或者均为右旋，并不表示旋升的角度是否一致。

如此设置，螺旋板4可以对旋升的流体进行承接，以尽可能地减少由于上部流体动力不足而引发的沉降问题；且螺旋板4可以形成连续曲面，流动阻力小，使得反应物流体可以形成螺旋柱塞式的流动，能够减少流动死角，并有利于延长反应物流体在反应罐1内的时间，使得反应可以更为充分、完全。

基于前述加热管3的设置，螺旋板4可以与加热管3进行固定，具体的固定方式可以为焊接固定，具体的固定位置可以是在直管段31，以方便焊接操作的实施。除此之外，该螺旋板4也可以与反应罐1的内壁进行固定。

反应罐1的下端部可以包括锥形段12，锥形段12的小径端可以与反应罐1的底板11相连。这样，底板11的面积可以相对较小，结构受力可以相对较好；且该锥形段12实际为反应物的主要反应区，这种自上而下渐缩的锥形设计对于旋升的流体可以形成一定程度的支撑，对于抑制反应物的沉积也具有积极的意义。

反应罐1的顶端部可以设有未反应气体出口13，用于排出未反应的气体。反应罐1的周壁可以设有生成物出口14，生成物出口14具体可以位于液面以下，生成物可以从生成物出口14稳定排出。此时，排出的生成物实际为两种酸的混合物，在后续的程序中，还可以对这两种酸进行分离，具体如何分离在此不做详细说明。

进一步地，还可以包括支架5，用于对反应罐1进行支撑，支架5可以是与反应罐1的周壁进行固定，具体的固定方式可以为焊接，支架5的具体结构在此不做限定。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。