CN104338500A - 一种气液固多相反应分离同步反应器 - Google Patents

一种气液固多相反应分离同步反应器 Download PDF

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Abstract

一种气液固多相反应分离同步反应器，包括反应系统和分离系统两部分；反应系统包括鼓泡重力反应塔，反应塔内下部设有气体原料导入口和气体分布器；鼓泡重力反应塔上部的气液分离区内设有多层交替的冷却盘管；鼓泡重力反应塔中下部的反应区设有重力沉降板；分离系统包括两个结构、大小相同的恒温沉降塔；恒温沉降塔顶部与鼓泡重力反应塔顶部之间连有压力平衡管。本发明用于产物比重大于反应物且互不相溶的气液固多相反应而实现化学反应和分离的同步。采用本发明之气液固多相反应分离同步反应器，实现反应与固体产物分离的同步，无需按照传统生产模式将多相物质通过管道转移到分离器中进行分离。

Description

一种气液固多相反应分离同步反应器
技术领域
本发明涉及一种反应分离同步反应器，尤其是涉及一种气液固多相反应分离同步反应器。
背景技术
化工生产中经常遇到产物比重大于反应物且互不相溶的气液固多相反应。
对这类反应，反应过程中气体、液体和固体多相同时存在于反应体系中。现有的化工生产模式是，整个反应期间，反应物与反应产物自然地或者被强制地（例如搅拌）分布于反应区。反应结束后，再将反应物与反应产物移到分离器中进行分离。由于体系中多相物质的存在会影响液体在生产装置中的流动性而无法连续生产。对于上述情况，目前化工生产中主要有两种解决方案。一种方案是加入另一种能同时溶解多相物质的溶剂。通过加入溶剂的方法可以实现有不溶性产物生成的工艺连续化；但是，溶剂的加入使化工生产过程变得复杂，同时也增加相应的设备投资和能耗、物耗以及溶剂对环境的污染；另一种方案是，采用间隙操作生产。上述两个方案中，都将增加反应产物在反应系统中的停留时间，而在反应操作条件下，反应产物会因为分解或者深度反应，导致反应产物选择性和收率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种实现化学反应与分离同步的气液固多相反应分离同步反应器，无需按照传统生产模式将多相物质通过管道转移到分离器中进行分离，能避免连续反应中不溶性产物的析出而堵塞管路，防止反应产物在反应条件下分解或者深度反应，减少设备投入，降低成本，降低能耗，提高反应产物选择性和收率，提高生产效率。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种气液固多相反应分离同步反应器，包括反应系统和分离系统两部分；反应系统包括鼓泡重力反应塔，所述鼓泡重力反应塔径高比为1︰20－40（优选1︰25－35，更优选1︰30），鼓泡重力反应塔中下部为反应区，鼓泡重力反应塔上部为气液分离区；离反应塔顶≥1/3的塔壁设有反应液导出口，鼓泡重力反应塔顶部设反应气体导出口和冷凝液体导入口，鼓泡重力反应塔内下部设有气体原料导入口和气体分布器；鼓泡重力反应塔上部的气液分离区内设有多层交替的冷却盘管；鼓泡重力反应塔中下部的反应区设有交替分布且向下倾斜设置的重力沉降板，所述重力沉降板设有液体通过的小孔，上下相邻两重力沉降板之间的小孔错开设置，相同方向的重力沉降板之间的距离与塔径相同，重力沉降板长度与塔径比为1︰0.8-1.2，重力沉降板与塔轴的夹角为45-75度；所述鼓泡重力反应塔下部设有人孔，所述鼓泡重力反应塔通过底部的连接口与恒温沉降塔Ⅰ或恒温沉降塔Ⅱ相连；
所述分离系统包括两个结构、大小相同的恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ；恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部分别设有与所述鼓泡重力反应塔的底部液相区相连的连接口，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ上部设有反应物料导入口，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ下部设有产物出料口，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部与鼓泡重力反应塔顶部之间连有压力平衡管，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部还设有人孔和观察孔；
鼓泡重力反应塔底部的连接口通过三通Ⅰ分别与恒温沉降塔Ⅰ顶部的连接口和恒温沉降塔Ⅱ顶部的连接口连接；鼓泡重力反应塔上部通过压力平衡管由三通Ⅱ分别与恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ的顶部连接；通过三通切换，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ在生产过程中交替使用。
本发明是根据化学反应产物与原料（溶剂）的溶解性和比重差别同步完成化学反应和反应产物分离工艺的气液固多相反应器。该反应器以完全不同于目前传统化工生产过程的模式完成化工产品生产。在本发明气液固多相反应器中进行的化工生产，反应产物在生成的同时脱离反应区达到与反应物分离的目的。
本发明的优点：（1）在鼓泡重力反应塔反应产生的比重大于反应物且互不相溶的产物由于重力作用进入分离器中分层析出而达到从反应物体系中分离出来的目的，实现了气液固多相反应中反应与产物的同步分离，避免了反应与分离分步而导致的反应产物会因为在反应条件下分解或者深度反应而出现的反应产物选择性和收率降低的问题，避免了工业生产过程中由于不溶性产物析出导致的管道堵塞问题；避免了大量反应物集中分离而导致的设备结构复杂、设备投资大和生产效率低的问题；（2）在反应器内部重力沉降板的设计有利于增加气体和液体底物的接触时间，也有利于反应过程中产生的不溶性物质进入恒温沉降塔中分层析出；（3）反应塔气相区上部区域多层交替冷却盘管的设立，将目前化学工业中在反应器外部进行的反应气热交换过程和易升华物质的升华-结晶平衡过程移到了反应器内部完成，这种设计有利于气液分离，减少高速流动气体带出反应塔的液体物料量，避免易升华物质随高速流动气体通过气体出口进入反应器外部，也可以调剂和稳定反应系统温度，减少热交换造成的系统能量损耗；（4）两个分离器交替使用的设计，使工业生产可以间隙方式或者连续方式进行；（5）反应系统、热交换系统和分离系统作为一个整体但相对独立的设计使生产过程容易控制，设备维护方便。
附图说明
图1为本发明实施例之气液固多相反应分离同步反应器的结构示意图；
图2为图1中鼓泡重力反应塔中重力沉降板的俯视图（即A－A视图）；
图3为图1中冷却盘管的B-B视图；
图4为图1中冷却盘管的C-C视图；
图5为图1中恒温沉降塔Ⅰ顶部接口图； 
图6为图1中鼓泡重力反应塔顶部接口图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
参照附图，本实施例包括反应系统和分离系统两部分；反应系统包括鼓泡重力反应塔1，所述鼓泡重力反应塔1径高比为1︰30，鼓泡重力反应塔1中下部为反应区，鼓泡重力反应塔1上部为气液分离区；离反应塔顶1/3处设有反应液导出口4，鼓泡重力反应塔1顶部设反应气体导出口2和冷凝液体导入口3，鼓泡重力反应塔1内下部设气体原料导入口5和气体分布器6；鼓泡重力反应塔1上部的气液分离区内设有交替的冷却盘管7，鼓泡重力反应塔1内中下部的反应区设有交替分布且向下倾斜设置的重力沉降板8，所述重力沉降板8开有液体通过的小孔，上下相邻两重力沉降板8之间的小孔错开设置，相同方向的重力沉降板8之间的距离与塔径相同，重力沉降板8长度与塔径比为1︰1，重力沉降板8与塔轴的夹角为60度；所述鼓泡重力反应塔1下部设有人孔10，所述鼓泡重力反应塔1通过底部的连接口9与恒温沉降塔Ⅰ19或恒温沉降塔Ⅱ20相连；
所述分离系统包括两个结构、大小相同的恒温沉降塔Ⅰ19和恒温沉降塔Ⅱ20；恒温沉降塔Ⅰ19和恒温沉降塔Ⅱ20顶部分别设有与所述鼓泡重力反应塔底部液相区相连的连接口11－1和连接口11－2；恒温沉降塔Ⅰ19上部设有反应物料导入口12，恒温沉降塔Ⅰ19下部设有产物出料口13，恒温沉降塔Ⅰ19顶部与鼓泡重力反应塔1顶部之间连有压力平衡管14－1；恒温沉降塔Ⅰ19顶部还设有人孔15和观察孔16； 
鼓泡重力反应塔1底部连接口9通过三通Ⅰ17分别与恒温沉降塔Ⅰ19顶部的连接口11－1和恒温沉降塔Ⅱ20顶部的连接口11－2连接；鼓泡重力反应塔1上部通过压力平衡管14由三通Ⅱ18分别与恒温沉降塔Ⅰ19和恒温沉降塔Ⅱ20的顶部连接；通过三通切换，恒温沉降塔Ⅰ1和恒温沉降塔Ⅱ2在生产过程中交替使用。
工作过程：生产过程中，分别开启三通Ⅰ17和三通Ⅱ18连接鼓泡重力反应塔1和恒温沉降塔Ⅰ19，液态反应原料从恒温沉降塔Ⅰ19上部反应物料导入口12进入恒温沉降塔Ⅰ19和鼓泡重力反应塔1，反应气体从鼓泡重力反应塔1的气体原料导入口5和气体分布器6进入，夹带有反应液的未反应的气体经过交替的冷却盘管7冷却后从鼓泡重力反应塔1顶部的反应气体导出口2进入外部冷凝器冷却后排空，冷凝液体从鼓泡重力反应塔1顶部的冷凝液体导入口3进入反应塔；反应体系中的液体从鼓泡重力反应塔1的反应液导出口4流出，在鼓泡重力反应塔1反应生成的不溶性产物由于重力作用进入恒温沉降塔Ⅰ19中从反应混合物中析出，三通17和18的联合操作可以使恒温沉降塔Ⅱ20代替恒温沉降塔Ⅰ19，恒温沉降塔Ⅰ19的产物从产物出料口13取出。

Claims (5)

1. 一种气液固多相反应分离同步反应器，其特征在于，包括反应系统和分离系统两部分；反应系统包括鼓泡重力反应塔，所述鼓泡重力反应塔径高比为1︰20－40，鼓泡重力反应塔中下部为反应区，鼓泡重力反应塔上部为气液分离区；离反应塔顶≥1/3处的塔壁设有反应液导出口，鼓泡重力反应塔顶部设反应气体导出口和冷凝液体导入口，反应塔内下部设有气体原料导入口和气体分布器；鼓泡重力反应塔上部的气液分离区内设有多层交替的冷却盘管；鼓泡重力反应塔中下部的反应区设有交替分布且向下倾斜设置的重力沉降板，所述重力沉降板设有液体通过的小孔，上下相邻两重力沉降板之间的小孔错开设置，相同方向的重力沉降板之间的距离与塔径相同，重力沉降板长度与塔径比为1︰0.8-1.2，重力沉降板与塔轴的夹角为45-75度；所述鼓泡重力反应塔下部设有人孔，所述鼓泡重力反应塔通过底部的连接口与沉降塔Ⅰ或沉降塔Ⅱ相连；
所述分离系统包括两个结构、大小相同的恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ；恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部分别设有与所述鼓泡重力反应塔的底部液相区相连的连接口；恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ上部设有反应物料导入口，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ下部设有产物出料口，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部与鼓泡重力反应塔顶部之间连有压力平衡管，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部还设有人孔和观察孔；
鼓泡重力反应塔底部的连接口通过三通Ⅰ分别与恒温沉降塔Ⅰ顶部的连接口和恒温沉降塔Ⅱ顶部的连接口连接；鼓泡重力反应塔上部通过压力平衡管由三通Ⅱ分别与恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ的顶部连接；通过三通切换，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ在生产过程中交替使用。
2.根据权利要求1所述的气液固多相反应分离同步反应器，其特征在于，所述鼓泡重力反应塔径高比为1︰25-35。
3.根据权利要求2所述的气液固多相反应分离同步反应器，其特征在于，所述鼓泡重力反应塔径高比为1︰30。
4.根据权利要求1或2或3所述的所述的气液固多相反应分离同步反应器，其特征在于，所述重力沉降板长度与塔径比为1︰1。
5.根据权利要求1或2或3所述的所述的气液固多相反应分离同步反应器，其特征在于，所述重力沉降板与塔轴的夹角为60度。
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