CN102489238B - 一种高效气液自混合反应器 - Google Patents

Abstract

一种高效气液自混合反应器，包括反应器壳体（1），其特征是所述反应器壳体（1）内设有气相分布器（2），反应器壳体（1）内壁上设有反应液平衡集液槽（3），反应器壳体（1）侧方设有液相原料进口（4），与液相原料进口（4）连接的液相原料进口管连通至反应器壳体（1）内并贯穿气相分布器（2），反应液平衡集液槽（3）与反应液出口（6）连接，气相分布器（2）底部连接有气相原料进口（5），气相分布器（2）上设有环管（8）。本发明一是通过气液相的特殊分布，在无搅拌的情况下使液相物料均匀分布，气相物料分层均匀分布，使反应器内流场均匀，达到很好的气液传质效果。

Description

一种高效气液自混合反应器

技术领域

本发明涉及到一种高效气液自混合反应器，主要应用于高温高压、有毒、气液均相催化、需充分均匀混合的气液反应工况；且可调整反应停留时间。

背景技术

 气液反应是化工系统中涉及很广的单元过程，气液反应器也是化工过程中很重要的设备，气液相反应器按气液相接触形态可分为：

气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；

液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等；

液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。

带搅拌气液反应器是工业化工装置中常用的一种，对于有悬浮均匀的固体粒子催化剂存在的气液相反应过程，一般选用搅拌釜式反应器。因化工反应的高温、高压和有毒等特点，目前工业应用中的搅拌釜式反应器的搅拌与设备壳体连接密封是技术难题，且在运行过程中在运行过程中难维护、易泄露，运行和维护成本都很高。

目前新型的高效气液反应器也是采用带转动装置的，如申请号为201010121957.3，名称为“一种新型气液反应器”的中国专利运用新型转子结构设计强化了气液反应，但不能避开在实际应用过程中转子与壳体的密封难的问题。气液搅拌反应器随着工业单装置规模越来越大，面临着要求单体设备能力大，反应器直径和高度越来越大，搅拌轴和搅拌浆的放大受到材料及加工工艺限制，传统气液搅拌反应器的大型化也受到限制。

已有的反应器在确定设计基准就要确定运行时的反应停留时间，且在运行过程中不可调，为适应装置工况负荷变化、原料变化的需求，需要设计一种可调反应停留时间的反应器。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种高效气液自混合反应器，本发明要解决的技术问题为：

1)使气液相反应器在不使用搅拌器时达到高效传质，解决搅拌釜式反应器搅拌密封制造难度大，运行易泄漏等问题；

2)实现反应器中反应停留时间可调，可适应装置负荷和原料变化的需要。

本发明的反应器通过气、液相分布的独特设计，实现在无搅拌情况下的物料充分混合，并减少返混，提高反应器效率，即在取消搅拌器时也可达到良好的气液混合和传质效果，即解决了搅拌密封和运行易出故障的问题，又可保证气液反应的高效。通过气相分布管及反应液相采出口的独特设计，实现可调节反应停留时间。

 本发明采用以下技术解决方案：

    一种高效气液自混合反应器 ，包括反应器壳体，所述反应器壳体内设有气相分布器，反应器壳体内壁上设有反应液平衡集液槽，反应器壳体侧方设有液相原料进口，与液相原料进口连接的液相原料进口管连通至反应器壳体内贯穿气相分布器、并与液相原料进口管管口对面反应器壳体内壁固定，反应液平衡集液槽与反应液出口连接，气相分布器底部连接有气相原料进口，气相分布器上设有环管。

    所述气相分布器分成三层：第一气相分布器、第二气相分布器、第三气相分布器，第一气相分布器、第二气相分布器、第三气相分布器均由两个环管组成。

    所述环管半径为反应器壳体半径的1/3~1/2。

    所述环管直径不小于1米；在环管内侧向下与水平轴线斜30度，环管外侧轴线方向分别开设两圈小孔。

    所述小孔的孔数为12个，沿环管的圆环均布，孔径为5~8mm， 

    所述气相原料进口包括第一气相原料进口、第二气相原料进口和第三气相原料进口，第一气相原料进口、第二气相原料进口和第三气相原料进口分别与反应器壳体连接。

    所述第一气相分布器、第二气相分布器、第三气相分布器都由三个气相进口管固定，每层气相分布器与其对应的气相原料进口的进口管连通。

所述第一气相原料进口的进料管与第一气相分布器的管连通，对第二气相分布器的环管、第三气相分布器的环管只起到固定作用；所述第二气相原料进口的进料管只与第二气相分布器的管连通，对第一气相分布器的环管、第三气相分布器的环管只起到固定作用；所述第三气相原料进口的进料管与第三气相分布器的管连通，对第一气相分布器的环管、第二气相分布器的环管只起到固定作用。

    所述反应液出口分为三个，第一反应液出口、第二反应液出口、第三反应液出口，每个反应液出口都与各自对应的反应液平衡集液槽连接，反应液平衡集液槽下部与分别对应的反应液出口管口下部齐平。

    所述反应液平衡集液槽内位于反应器壳体内壁位置开设多个下部挡板开口；所述下部挡板开口的数量为10—28个，优选为18个。

有益效果：本发明一是通过气液相的特殊分布，在无搅拌的情况下使液相物料均匀分布，气相物料分层均匀分布，使反应器内流场均匀，达到很好的气液传质效果，并减少返混，使反应产物更易控制，并解决了传统搅拌气液反应器搅拌密封难、易损坏的难题，使反应器能更好地应用在高温、高压和介质有毒等场合；二是通过气液相分布器的独特设计，使一台反应器在操作过程中能实现反应停留时间可调，满足装置负荷及原料调整的需要，使操作更灵活，能更好地控制反应。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中沿A-A方向剖面示意图；

图3为图1中沿B-B方向剖面示意图。

图中：1、反应器壳体，2、气相分布器，2a、第一气相分布器，2b、第二气相分布器，2c、第三气相分布器，3、反应液平衡集液槽，4、液相原料进口，5、气相原料进口，5a、第一气相原料进口，5b、第二气相原料进口，5c、第三气相原料进口，6、反应液出口，6a、第一反应液出口，6b、第二反应液出口，6c、第三反应液出口，7、下部挡板开口，8、环管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。

    如图1、2、3，一种高效气液自混合反应器 ，包括反应器壳体1，所述反应器壳体1内设有气相分布器2，反应器壳体1内壁上设有反应液平衡集液槽3，反应器壳体1侧方设有液相原料进口4，与液相原料进口4连接的液相原料进口管连通至反应器壳体1内贯穿气相分布器2、并与液相原料进口管管口对面反应器壳体1内壁固定，反应液平衡集液槽3与反应液出口6连接，气相分布器2底部连接有气相原料进口5，气相分布器2上设有环管8。

    气相分布器2分成三层：第一气相分布器2a、第二气相分布器2b、第三气相分布器2c，第一气相分布器2a、第二气相分布器2b、第三气相分布器2c均由两个环管8组成。

    环管8半径为反应器壳体1半径的1/3~1/2。

    环管8直径不小于1米；在环管8内侧向下与水平轴线斜30度，环管8外侧轴线方向分别开设两圈小孔。

    小孔的孔数为12个，沿环管8的圆环均布，孔径为5~8mm， 

    气相原料进口5包括第一气相原料进口5a、第二气相原料进口5b和第三气相原料进口5c，第一气相原料进口5a、第二气相原料进口5b和第三气相原料进口5c分别与反应器壳体1连接。

    第一气相分布器2a、第二气相分布器2b、第三气相分布器2c都由三个气相进口管固定，每层气相分布器2与其对应的气相原料进口5的进口管连通。

第一气相原料进口5a的进料管与第一气相分布器2a的管连通，对第二气相分布器2b的环管、第三气相分布器2c的环管只起到固定作用；所述第二气相原料进口5b的进料管只与第二气相分布器2b的管连通，对第一气相分布器2a的环管、第三气相分布器2c的环管只起到固定作用；所述第三气相原料进口5c的进料管与第三气相分布器2c的管连通，对第一气相分布器2a的环管、第二气相分布器2b的环管只起到固定作用。

    反应液出口6分为三个，第一反应液出口6a、第二反应液出口6b、第三反应液出口6c，每个反应液出口都与各自对应的反应液平衡集液槽3连接，反应液平衡集液槽3下部与分别对应的反应液出口管口下部齐平。

    反应液平衡集液槽3内位于反应器壳体1内壁位置开设多个下部挡板开口7；所述下部挡板开口7的数量为10—28个，优选为18个。

本发明的工作原理和工作过程为：

参与反应气相从均布的三个气相物料进口：第一气相原料进口5a、第二气相原料进口5b、第三气相原料进口5c进入反应器内，由分成三层的气相分布器2，即第一气相分布器2a、第二气相分布器2b、第三气相分布器2c均匀分布原料气，每层气相分布器有两个环管8组成，每层的两环管之间间距为200mm；环管半径为r，反应器壳体1半径为R，r=1/2R。

各层气相分布器都由三个气相进口管固定，但每层分布器只与其对应气相原料进口管连通，如第一气相原料进口5a的进料管只与第一气相分布器2a的管连通，对第二气相分布器2b的环管、第三气相分布器2c的环管只起到固定作用，其它同理：第二气相原料进口5b的进料管只与第二气相分布器2b的管连通，对第一气相分布器2a的环管、第三气相分布器2c的环管只起到固定作用，第三气相原料进口5c的进料管只与第三气相分布器2c的管连通，对第一气相分布器2a的环管、第二气相分布器2b的环管只起到固定作用，以便配合反应液平衡集液槽3来达到调节反应停留时间的目的。

气相分布器2的环管直径根据气速确定，气速宜控制在5~8m/s，环管8直径不小于1”；在环管8内侧向下与水平轴线斜30度及环管8外侧轴线方向分别开两圈小孔，孔数为12个，沿圆环均布，孔径为5~8mm，气体孔速控制在8m/s。参与反应液相通过液相原料进口4进入反应器内，液相原料进口4与反应液出口6在相反方向，液相物料经液相分配管均匀分布，液相分配管两侧均匀开有分配孔，孔径为5~8mm，液体孔速控制在1.5m/s，孔数根据液相流量、孔径和孔速计算确定；反应液出口6分为三个，按照所需反应停留时间换算为反应釜中液位高度，来确定三个反应液出口及气相分配环管安装位置，每个反应液出口都配有反应液平衡集液槽3，反应液平衡集液槽3下部与出口管口下部齐平，上部比管口上部高100mm；第一层气相分布管位于反应器筒体切线下200mm；第二层、第三层气相分布管上部分别位于第二反应液出口6b、第三反应液出口6c各自的反应液平衡集液槽3下部400mm；

气相物料通过气相原料进口5进入到反应器内，液相物料通过液相原料进口4进入反应器内，如需要控制短的反应停留时间，只需开第一气相原料进口5a管口对应管线上的阀门，第二气相原料进口5b、第三气相原料进口5c管口各自对应管线上阀门关闭，使气相原料只通入第一气相分布器2a，第一反应液出口6a对应管线上阀门打开，第二反应液出口6b、第三反应液出口6c的管口各自对应管线上阀门关闭，这样反应器可用容量小，反应停留时间就短；如需增加反应停留时间就可选择依次打开第二气相原料进口5b、第三气相原料进口5c各自管口、第二反应液出口6b、第三反应液出口6c各自管口对应管线上阀门，通过调整反应器可用容量来达到调整反应停留时间。 

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种高效气液自混合反应器 ，包括反应器壳体（1），其特征是所述反应器壳体（1）内设有气相分布器（2），反应器壳体（1）内壁上设有反应液平衡集液槽（3），反应器壳体（1）侧方设有液相原料进口（4），与液相原料进口（4）连接的液相原料进口管连通至反应器壳体（1）内贯穿气相分布器（2）、并与液相原料进口管管口对面反应器壳体（1）内壁固定，反应液平衡集液槽（3）与反应液出口（6）连接，气相分布器（2）底部连接有气相原料进口（5），气相分布器（2）上设有环管（8）；所述气相分布器（2）分成三层：第一气相分布器（2a）、第二气相分布器（2b）、第三气相分布器（2c），第一气相分布器（2a）、第二气相分布器（2b）、第三气相分布器（2c）均由两个环管（8）组成；所述气相原料进口（5）包括第一气相原料进口（5a）、第二气相原料进口（5b）和第三气相原料进口（5c），第一气相原料进口（5a）、第二气相原料进口（5b）和第三气相原料进口（5c）分别与反应器壳体（1）连接；所述第一气相分布器（2a）、第二气相分布器（2b）、第三气相分布器（2c）都由三个气相进口管固定，每层气相分布器（2）与其对应的气相原料进口（5）的进口管连通。

2.根据权利要求1所述的高效气液自混合反应器，其特征在于所述环管（8）半径为反应器壳体（1）半径的1/3~1/2。

3.根据权利要求1所述的高效气液自混合反应器，其特征在于所述环管（8）直径不小于1米；在环管（8）内侧向下与水平轴线斜30度，环管（8）外侧轴线方向分别开设两圈小孔。

4.根据权利要求3所述的高效气液自混合反应器，其特征在于所述小孔的孔数为12个，沿环管（8）的圆环均布，孔径为5~8mm。 

5.根据权利要求1所述的高效气液自混合反应器，其特征在于所述第一气相原料进口（5a）的进料管与第一气相分布器（2a）的管连通，对第二气相分布器（2b）的环管、第三气相分布器（2c）的环管只起到固定作用；所述第二气相原料进口（5b）的进料管只与第二气相分布器（2b）的管连通，对第一气相分布器（2a）的环管、第三气相分布器（2c）的环管只起到固定作用；所述第三气相原料进口（5c）的进料管与第三气相分布器（2c）的管连通，对第一气相分布器（2a）的环管、第二气相分布器（2b）的环管起到固定作用。

6.根据权利要求1所述的高效气液自混合反应器，其特征在于所述反应液出口（6）分为三个，第一反应液出口（6a）、第二反应液出口（6b）、第三反应液出口（6c），每个反应液出口都与各自对应的反应液平衡集液槽（3）连接，反应液平衡集液槽（3）下部与分别对应的反应液出口管口下部齐平。

7.根据权利要求1所述的高效气液自混合反应器，其特征在于所述反应液平衡集液槽（3）内位于反应器壳体（1）内壁位置开设多个下部挡板开口（7）；所述下部挡板开口（7）的数量为10—28个。