CN106512869A - 一种具有分形结构的流体均布装置 - Google Patents

一种具有分形结构的流体均布装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有分形结构的流体均布装置，该装置安装在多相反应器中，所述流体均布装置至少包括：分布板和分形构件；所述分布板设置在所述多相反应器的底部；所述分形构件穿过所述分布板设置于所述多相反应器中。通过本发明的流体均布装置，可以降低分布板压降，进而降低能耗；还可以使进入反应器的流体分布更加均匀，改善流化效果；另外，流体在反应器中的停留时间可调，操作灵活性强。

Description

一种具有分形结构的流体均布装置
技术领域
本发明涉及反应器内构件领域，特别是涉及一种用于流化床、浆态床等多相反应体系的具有分形结构的流体均布装置。
背景技术
流化床反应器具有特有的优点，如高效的传质传热、均匀的温度场、颗粒处理量较大、较宽的气固操作范围等，其在许多工业领域中都得到了广泛的应用。但随着近年来各工业领域的发展和装置规模的大型化，反应器的直径不断增加，使得流化床内气体的均布问题成为了工业流化床反应器设计中的关键问题。
分形结构是由分形之父曼德波特提出的，采用分形结构制作的气体均布装置，由于流经通道的相似性，气体会经各出口均匀分流，从而达到均匀布气的效果。
现有技术中流化床使用的气体分布器结构较为简单，主要部分是导流管(如锥形环、环状挡板或锥形帽)和气体分布板(直孔式、喷嘴式、泡帽式、填充式等)，为了均匀布风，必须保持足够的阻力降，能耗较大。另外，一次布风后往往容易形成沟流、节涌等流化不良现象。
流化床反应器中，气体和催化剂颗粒的接触时间过长，可能产生除主产物外的其他副产物。根据山西煤化所的专利CN200710185469，反应产物在通过剩余床层的过程中，将继续发生一系列副反应。大化所刘中民发表的文献Methanol-to-Olefin:fromfundamental to commercialization中指出为了提高目标产物的收率，需要降低原料气在流化床中的停留时间。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有分形结构的流体均布装置，用于解决现有技术中流化床气体分布板一次布风造成的流化不均等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有分形结构的流体均布装置，安装在多相反应器中，所述流体均布装置至少包括：分布板和分形构件；
所述分布板设置在所述多相反应器的底部；
所述分形构件穿过所述分布板设置于所述多相反应器中。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述分形构件为H型分形构件，包括一级主管、若干根二级支管和若干根三级支管，所述一级主管垂直穿过所述分布板设置于所述多相反应器中，所述三级支管设置于所述多相反应器中且与所述一级主管平行，所述一级主管与三级支管之间通过所述二级支管水平连通。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，多根所述三级支管为一簇，共同通过一根二级支管与所述一级主管连通。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述三级支管相对于所述一级主管为环形、矩形或者三角形分布。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述三级支管通过所述二级支管均匀分布于所述一级主管周围。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述多相反应器中分形构件的高度为流化段高度的1/5～1/4。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述三级支管的管径与一级主管的管径之比为(1：3)～(3：5)。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述分形结构中包括至少两层所述二级支管，层间距离为所述三级支管长度的1.5～2.5倍。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，流体经两路进入多相反应器，其中一路由所述分布板进入，另一路从所述分形构件的一级主管，并经所述二级支管和三级支管进入，两路流体的流量为独立控制。
作为本发明具有分形结构的流体均布装置的一种优化的方案，所述分布板为圆形分布板，所述分布板上设置有若干个流体进入孔。
如上所述，本发明的具有分形结构的流体均布装置，具有以下有益效果：
1、应用到流化床的布风装置中，分形构件能起到二次布风的作用，以改善气体分布板一次布风造成的流化不均的现象，并控制气体在反应器中的停留时间。
2、本发明的流体均布装置与现有的单一分布板相比，减少了通过分布板的流体流量，降低了分布板阻力降，同时采用多通道，使各路的流体流量根据实际操作条件灵活调节，以保证良好的流化环境。
3、本发明的流体均布装置与现有的单一分布板相比，可以通过改变分形构件的层数及流体通过量，来调节流体在反应器中的停留时间。
附图说明
图1为本发明具有分形结构的流体均布装置立体示意图。
图2为本发明具有分形结构的流体均布装置的侧视图。
图3为图2沿AA’方向的剖视图。
元件标号说明
1 分布板
11 流体进入孔
2 分形构件
21 一级主管
22 二级支管
23 三级支管
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1和图2所示，本发明提供一种具有分形结构的流体均布装置，安装在多相反应器中，其特征在于，所述流体均布装置至少包括：分布板1和分形构件2；所述分布板1设置在所述多相反应器的底部；所述分形构件2穿过所述分布板1设置于所述多相反应器中。
作为示例，如图1～图3所示，所述分形构件2为H型分形构件，包括一级主管21、若干根二级支管22和若干根三级支管23。其中，所述一级主管21垂直穿过所述分布板1设置于所述多相反应器中，所述一级主管21与分布板1固定，为进气主管，一端露于反应器外面，另一端在反应器中。所述三级支管23设置于所述多相反应器中且与所述一级主管21平行，流体则通过三级支管23的上下开口进入反应器中。所述二级支管22为连接管，所述一级主管21与三级支管23之间通过所述二级支管22水平连通。
作为示例，可以是一根三级支管23通过一根二级支管22与所述一级主管21连通，也可以是多根三级支管23为一簇，共同通过一根二级支管22与所述一级主管21连通。如图1～3显示的是每三根三级支管23为一簇，共同通过一根二级支管22与一级主管21连通，而一级主管21上共连接有六根二级支管22。
作为示例，所述三级支管23或三级支管簇相对于所述一级主管21为环形、矩形或者三角形分布。优选地，如图1～图3，三级支管簇相对于所述一级主管21为环形分布。进一步地，所述三级支管23或三级支管簇通过所述二级支管22均匀分布于所述一级主管21周围。
作为示例，所述多相反应器中分形构件2的高度(分布板到一级主管最上端高度)为流化段(固体颗粒呈现流体特性且与圆形分布板直径相等的区域)高度的1/5～1/4(即0.2～0.25倍)。优选地，所述多相反应器中分形构件2的高度为流化段高度的0.22～0.24倍。
作为示例，每一级管道的管径一致，所述三级支管23的管径与一级主管21的管径之比为(1：3)～(3：5)，以保证气体通过各级支管的阻力相等。优选地，所述三级支管23的管径与一级主管21的管径之比为(3：8)～(1：2)。
作为示例，所述分形结构2中包括至少两层所述二级支管22，层间距离为所述三级支管23长度的1.5～2.5倍。优选地，本实施例中，所述二级支管22的层间距离为三级支管23的长度的两倍。所述二级支管22的具体层数由床层堆积高度及所需流体量而定。本实施例中，如图1和图2所示，所述二级支管22设置为两层。
作为示例，所述分形构件2可以采用3D打印技术制作，材料可以选择不锈钢，但并不限于此。
作为示例，所述分布板1为圆形分布板，设置在反应器的底部。如图1所示，所述分布板1上设置有若干个流体进入孔11。流体经两路进入多相反应器，其中一路由所述分布板1(主通道)上的流体进入孔11进入，另一路从所述分形构件2的一级主管21，并经所述二级支管22和三级支管23进入，两路流体的流量为独立控制。
本发明中，多项反应器可以是流化床、浆态床等多相反应器，即所述的气体均布装置可以用于气固流化床反应器中，也可以用于液固、气液固等其他体系。优选地，本实施例中，所述的气体均布装置用于气固流化床反应器中，气体经两路进入反应器，一路由气体分布板1(主进气)进入，另一路从所述分形构件2的一级主管21，并经所述二级支管22和三级支管23进入，两路气体的流量分别独立控制。由此可见，所述分形构件对气体具有良好的均匀分流效果，通过本发明的所述分形构件2能起到二次布风的作用，以改善分布板1一次布风后的流化不均的现象，
下面通过一具体实施例对本发明的流体均布装置进行说明，本实施例以流体为气体。
如图1所示的气体均布装置，安装在内径为φ100mm的气固流化床中，分形构件中二级支管22共两层，总高200mm，为流化段高度的1/5～1/4。三级支管23呈环形分布，其管径为一级主管21管径的1/3～3/5。每三根三级支管23为一簇，三级支管簇的中心分布圆直径为流化床内径的4/5。气体分别由分布板1和分形构件2两路通道进入反应器中，对固体颗粒进行流化。
综上所述，本发明提供一种具有分形结构的流体均布装置，该装置安装在多相反应器中，所述流体均布装置至少包括：分布板和分形构件；所述分布板设置在所述多相反应器的底部；所述分形构件穿过所述分布板设置于所述多相反应器中。通过本发明的流体均布装置，可以降低分布板压降，进而降低能耗；还可以使进入反应器的流体分布更加均匀，改善流化效果；另外，流体在反应器中的停留时间可调，操作灵活性强。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有分形结构的流体均布装置，安装在多相反应器中，其特征在于，所述流体均布装置至少包括：分布板和分形构件；
所述分布板设置在所述多相反应器的底部；
所述分形构件穿过所述分布板设置于所述多相反应器中。
2.根据权利要求1所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述分形构件为H型分形构件，包括一级主管、若干根二级支管和若干根三级支管，所述一级主管垂直穿过所述分布板设置于所述多相反应器中，所述三级支管设置于所述多相反应器中且与所述一级主管平行，所述一级主管与三级支管之间通过所述二级支管水平连通。
3.根据权利要求2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：多根所述三级支管为一簇，共同通过一根二级支管与所述一级主管连通。
4.根据权利要求2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述三级支管相对于所述一级主管为环形、矩形或者三角形分布。
5.根据权利要求2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述三级支管通过所述二级支管均匀分布于所述一级主管周围。
6.根据权利要求1或2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述多相反应器中分形构件的高度为流化段高度的1/5～1/4。
7.根据权利要求2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述三级支管的管径与一级主管的管径之比为(1：3)～(3：5)。
8.根据权利要求2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述分形结构中包括至少两层所述二级支管，层间距离为所述三级支管长度的1.5～2.5倍。
9.根据权利要求2所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：流体经两路进入多相反应器，其中一路由所述分布板进入，另一路从所述分形构件的一级主管，并经所述二级支管和三级支管进入，两路流体的流量为独立控制。
10.根据权利要求1所述的具有分形结构的流体均布装置，其特征在于：所述分布板为圆形分布板，所述分布板上设置有若干个流体进入孔。
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