CN1030284C

CN1030284C - 气-气混和装置

Info

Publication number: CN1030284C
Application number: CN90106723.7A
Authority: CN
Inventors: 吴民权; 黄发瑞; 徐德兴
Original assignee: China Petrochemical Corp
Current assignee: China Petrochemical Corp
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2005-08-09
Also published as: CN1049110A

Abstract

本发明是一种气-气混和装置，其特点是利用射流与多孔板的撞击产生强烈的主体扩散及湍流扩散，从而实现气-气物料间的快速混和。本发明结构简单，混和效果良好，适用于多段固定床反应器的段间混和，管道混和技术以及其它用途的气-气混和。

Description

本发明属于化学工程领域中传递过程部分，涉及到气-气快速混和装置的改进。

众所周知在化工过程中，经常遇到快速混和技术，例如在苯烃化反应器的开发过程中，通过对苯与乙烯合成反应规律的研究，发现其宜采用多段催化剂固定床反应器型式，反应物苯与乙烯分成几股物流，分别加入各段催化剂床层，这时，由侧线进入反应器内两段催化剂床层段间的物料即第二气体，与反应器内的物料即第一气体快速混和后，进入下一段催化剂床层，见附图1：（1）是多段固定床反应器;（2）为第二气体;（3）为第一气体，这样就产生了第二气体与第一气体的段间混和问题。段间混和的特点是要求在有限的空间及有限的时间内实现反应物料间的快速混和，这一特点同样存在于快速管道混和过程之中。要实现快速混和，首先必须使引入的第二气体快速地、均匀地分散到反应器或管道的整个截面上（主体扩散），并尽可能使其分裂成许多微团（湍流扩散），以增大不同物料间的接触面积，最终通过分子扩散完成混和过程。因此实现气-气快速混和过程的关键是如何有效地实现主体扩散和湍流扩散。通常的做法是增加进料口，即多点进料，附图2所示的多孔管分布器就是常用的一种形式（1）是反应器，（6）是第二气体进口，（10）是多孔管分布器。第二气体通过多孔管分布器进入反应器或管道，由于多孔管分布器内的流动是变质量流动，其静压沿流动方向不断变化，从各小孔流入反应器或管道的第二气体的量不易均等。例如JP56-67534所报道的接触反应器，参见附图3：1是接触反应器;2是反应器壳体;3和4是催化剂固定床层;5是垂直隔板;6是分散管，其上面有许多小孔61，是使第二气体SCG的喷出方向与第一气体PrG的流向成90°-135°的夹角，7是分散板，其形状应使通过的第一气体与第二气体的压力损失的最小又能实现最佳混和，其开孔率为35-60%。从反应器上方进入的第一气体通过第一层催化剂层固定床3到达第二层催化剂固定床4上方的空间，用垂直隔板5分割为很多小区间，然后第二气体SCG通过具有很多小孔61的分散管6，以直角方向及其它方向在喷出而形成错流及倾斜对流，在每个小区间进行粗混和。两种气体在分散管下部的空间中再混和后由分散板7的作用最终完成均匀混和。在分散板的开孔率为48%，混和长度L与反应器直径之比即L/D＝0.428时，第一气体为含有500PPM甲烷的空气，从反应器上部以0.40米/秒或0.77米/秒的速度进入反器，第二气体是空气，从分散管以46.5米/秒或63米/秒的速度喷出，第一气体与第二气体的体积比为10∶8，由测定混和气体各点甲烷的浓度，可计算出整个横截面上各点甲烷浓度的相对均方根偏差约为3%。

本发明的目的是针对着接触反应器内气-气混和装置构造复杂，安装要求高，设备造价高等问题，提出了在多段催化剂固定床反应器段间安装由单个喷管和多孔板所组成的气-气快速混和装置，不但结构简单，还达到更加理想的混和效果，同时此种装置还能用于管道混和装置之中。

在许多化工过程中均涉及到气-气快速混和技术，例如苯烃化过程中，通过对苯与乙烯合成反应规律的研究，发现苯烃化反应速率主要由乙烯浓度控制，乙烯浓度较高，反应速度较快，催化剂床层的绝热温升增大，结焦速度加快，催化剂寿命缩短，并将增加副产物。为了降低进入催化剂床层乙烯浓度，选择了从侧线进料的多段催化剂固定床层绝热反应器，但若从侧线进入反应器的物料（第二气体）与反应器内主物料（第一气体）混和不均匀，浓度过高处，反应速度加快，放出热量过多，对催化剂不利，而浓度过低处，反应速度低，催化剂又没有充分发挥作用，降低了催化剂的效率，因此对混和均匀度就有一定的要求，本发明气-气快速混和装置是能达到较佳混和效果，由一组喷管和多孔板组成或多组喷管和多孔板组成，参见附图4：在气-气混和器（1）内第二气体（2）由喷管（5）进入混和器，形成一股射流撞向多孔板（4）上，气流沿多孔板径向流向四周，来自上游的第一气体（3）经过多板形成许多小射流与第二气体互相混和，并在向下游流动过程中进一步混和。第二气体的主体扩散是由撞击射流实现的，而射流的卷吸作用以及第一气体和第二气体之间互相撞击，产生强烈的湍动对湍流扩散极为有利，从而能达到良好的混和效果。气体的流动参数和混和装置的结构参数是影响混和均匀度的两个重要因素：气体流动参数以动量比（M）来表示，

M = \sqrt{P_{2} Q^{2}_{2}} / \sqrt{P_{1} Q^{2}_{1}}

式中P₁和P₂为第一气体和第二气体的密度（kg/m³），Q₁和Q₂为第一气体和第二气体的流量（M³/h），在M＝0.035-1范围内气-气混和均能达到较佳的混和效果。设备的结构参数包括：多孔板阻力系数δ＝10-1000;喷管直径（d）和混和器直径（D）之比d/D＝0.02-0.2;喷管与多孔板之间的距离（H）与喷管直径（d）之比H/d＝2-17;喷管长度（S）与喷管直径（d）之比S/d＝4-20;混和段长度（L）是指达到一定混和均匀度所需的长度，其与浓度分布均匀度的要求，动量比以及上述参数的选择及配合有关，L/D＝0.3-1.5。

气-气混和装置的特点，当应用于多段催化剂固定床反应器时，见附图5：（1）为多段催化剂固定床反应器;（7）为上段催化剂床层;（8）为下段催化剂床层;（4）为多孔板;（5）喷管;（6）是第二气体进口;（3）是第一气体;（9）混和后气体;（2）第二气体。第二气体（2）通过进口（6）由喷管（5）射出撞击多孔板（4）并与来自上段床层（7）的第一气体（3）进行混和，混和气体（9）进入下一段床层（8），达到较佳混和效果所需要的动量比M＝0.035-1相应的结构参数：d/D＝0.02-0.15;H/d＝2-6;S/d＝4-9;L/D＝0.5-1.0;多孔板与上段床层的距离（h）与反应器直径（D）之比h/D＝0.05-0.1，h/D＞0.1时对混和质量无影响，只是h/D愈大使设备构造增大;δ＝10-1000。

气-气混和装置应用于管道混和过程时，见附图6：（1）管道混和装置;（5）喷管;（4）多孔板;（3）第一气体;（2）第二气体进口。（9）混和气体;（2）第二气体。第二气体（2）从进口（6）进入喷管（5），第二气体由喷管单点射出，撞击多孔板（4），与上游来的第一气体（3）混和，达到较佳混和效果所需要的动量比M＝0.035-1;相应的结构参数：d/D＝0.02-0.2;H/d＝3-7;S/d＝4-20;δ＝10-200。

本发明的效果是在提高混和均匀度的情况下，简化了混和装置构造，便于设备制造及安装，不仅适用于多段催化剂固定体反应器而且也适用于管道混和器，并能应用于液-液混和技术。当本发明之孔板阻力系数δ＝140;喷管直径d＝0.05D;第一气体与第二气体的体积流量比为10∶8（相当于M＝0.64）;L/D＝0.428时，截面上各点浓度的相对均方根偏差可小于2%。

附图及其说明

附图1是多段催化剂固定床反应器示意图。

附图2是多孔管分布器示意图。

附图3是JP56-67534所报道的接触反应器示意图。

附图4是本发明提供的由喷管和多孔板组成的气-气快速混和装置示意图。

附图5是用于多段催化剂固定床反应器段间的气-气快速混和装置示意图。

附图6是用于管道混和中的气-气快速混和装置示意图。

附图7表示多段催化剂固定床反应器的段间混和装置。

附图8表示管道混和装置。

其中

1-反应器（混和器）

2-第二气体

3-第一气体

4-多孔板

5-喷管

6-第二气体入口

7-上段催化剂床层

8-下段催化剂床层

9-混和气体

10-多孔管分布器

11-色谱仪

D-反应器，混和器或管道混和器直径

d-喷管直径

H-喷管离多孔板的距离

L-混和段长度

δ-孔板阻力系数

S-喷管长度

M-动量比

P₁-第一气体的密度

P₂-第二气体的密度

Q₁-第一气体的流量

Q₂-第二气体的流量

h-多孔板与上段床层的距离

d₁-多孔板上不开孔部分的直径

实施例1

附图8所示管道混和装置，第一气体是空气，第二气体为二氧化碳，动量比M＝16.7%，管道混和器直径D＝100mm，喷管直径d＝8mm，多孔板阻力系数δ＝45，喷管与多孔板间距离H＝32mm，测量截面位置L/D＝1.35，

n-1/ C＝1.8%（浓度的相对均方根偏差）。

实施例2

附图8表示管道混和装置：第一气体（3）是空气，经过多孔板（4）形成许多小射流，第二气体（2）是二氧化碳，由喷管（5）射向多孔板（4），气流沿多，孔板径向地流向四周，与第一气体互相混和，选择气体流动参数动量比M＝10%;和结构参数：管道混和器直径D＝100mm;喷管直径d＝7mm;多孔板阻力系数δ＝140，喷管与多孔板间距离H＝33mm;测量截面位置L/D＝1.35。

n-1/C＝2.0%（相对均方根偏差）。

实施例3

附图7表示多段催化剂固定床反应器的段间混和装置：第一气体（3）是空气，由鼓风机经出口阀送至反应器（1），第二气体（2）是二氧化碳，经出口阀，稳压筒，阀，流量计，由喷管（5）射至多孔板（4）为与第一气体混和，混和气的浓度由取样器送至色谱仪（11）分析。在反应器直径D＝300mm;喷管直径d＝15mm;多孔板阻力系数＝350;喷管与多孔板间距离H＝70mm;测量截面位置L/D＝1.35。流动参数动量比M＝24.8%时，所测得的浓度相对均方根偏差 n-1/ C＝1.0%。

实施例4

附图7所示的多段催化剂固定床反应器的段间混和装置，第一气体为空气，第二气体为二氧化碳，动量比M＝5.7%，反应器直径D＝300mm，多孔阻力系数δ＝500;喷管与多孔板间的距离H＝70mm;测量截面位置L/D＝1.35。浓度的相对均方根偏差

n-1/ C＝3.0%。

实施例5

附图7所示的多段催化剂固定床反应器的段间混和装置，第一气体为空气，第二气体为二氧化碳，动量比M＝16.7%，D＝300mm，δ＝800;d＝17mm，H＝102mm，L/D＝1.35时，

n-1/C＝1.3%。

实施例6

附图7所示多段催化剂固定床反应器的段间混和装置，第一气体为空气，第二气体为二氧化碳，动量比M＝10.2%，D＝300mm，d＝15mm，δ＝900;H＝75mm，L/D＝1.35时，n-1/C＝2.0%。

Claims

1、一种气-气混和装置，其特征是混和装置内有一个喷管和一块多孔板组成的气-气混和器，其中喷管直径与混和器直径之比d/D=0.02～0.2；喷管和多孔板间的距离与喷管直径之比H/d=2～17；混和段长度和混和器直径之比L/D=0.3～1.5；喷管长度与喷管直径之比S/d=4～20。

2、根据权利要求1所述的混和装置，其特征是在多段固定床反应器中每两段床层之间有一个喷管和一块多孔板，第二气体由喷管单点进入反应器中擅至多孔板上，与来自上段床层的第一气体进行混和，混和气体进入下一段床层，喷管直径与反应器直径之比d/D＝0.02～0.15;喷管和多孔板之间的距离与喷管直径之比H/d＝2～6;混和段长度和反应器直径之比L/D＝0.4～1.5;喷管长度与喷管直径之比S/d＝4～9;多孔板和上段床层间的距离与反应器直径之比h/D＝0.05～0.1。

3、根据权利要求1所述的气-气混和装置，其特征是用在管道中有一个喷管和一块多孔板组成的气-气管道混和装置，第二气体由喷管单点进入管道擅至多孔板上，和迎面而来的第一气体混和结构参数如下：d/D＝0.02～0.2;H/d＝3～17;L/D＝1.35;S/d＝4～20。