CN108479640B - 一种气体分布器和含有该分布器的系统 - Google Patents

一种气体分布器和含有该分布器的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气体分布器和含有该分布器的系统。本发明所述气体分布器包括环状的气体分布管，位于所述环状的气体分布管的环内且通过导流叶片与气体分布管连接的连接腔，以及与所述气体分布管连接的进气管；所述进气管通过分出的至少两个进气支路与气体分布管连接，从而实现气体分布管的固定以及进气；所述气体分布管的表面具有气孔。本发明的气体分布器结构简单，操作稳定，均布性能好，在塔内不会产生明显的漩涡，气流运动平稳有序，减少了由于气流过分湍动所带来的能量损失。

Description

一种气体分布器和含有该分布器的系统
技术领域
本发明涉及一种气体分布器和含有该分布器的系统，尤其涉及一种气体分布器、包含该气体分布器的鼓泡塔及系统。
背景技术
化工领域的生产工艺中常涉及到气体或液体参与的反应，这就需要可以进行气液两相或气液固三相混合的搅拌部件。气体分布器是一种广泛使用的部件，尤其广泛应用在多相流态化反应的装置中。
目前工业上使用的气体分布器主要有板式气体分布器和管式气体分布器两种类型，其主要作用之一是为让反应物均匀分布，加快反应效率以及缩短反应周期，如何更好地控制压降和流速以达到更佳的气体分布状态仍是研究的重点。
CN 105944630 A公开了一种气体分布器，包括至少一个气体分布盘，所述气体分布盘为由若干波纹片组装而成的盘式结构，所述波纹片的波棱不沿竖直方向设置，相邻两个所述波纹片的波棱的倾斜方向相反。该气体分布器具有气泡大小均一、分布均匀且分布面积大的优点，还可以促进流体的组成、温度、流速等参数在传质设备径向上趋于一致，减少返混。但是，会导致气泡过于密集，气泡在上升过程中很容易聚集变大，从而影响传质效果。
CN 105268396 A公开了一种气体分布器，包括进气口、条形通道、环形通道、过滤网、分布孔。所述进气口位于气体分布器中央位置处，为圆柱型结构，与条形分布通道相连通，所述条形分布通道为水平柱状结构，一端与进气口连通另一端与环形分布通道连通，所述的环形分布通道为圆环型结构，连段分别于条形分布通道连通，所述的过滤网位于条形分布通道和环形分布通道的底端，圆形分布孔孔径为6-10mm。该气体分布器可以防止气体局部集中或出现死区的情况，大大的提高了气体分布器的工作效率。但是，此分布器气泡分布过于分散，导致整个塔器内部气含率较低，仅适合用于对气含率要求不高的反应，具有一定的局限性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种气体分布器和含有该分布器的系统。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种气体分布器，所述气体分布器包括环状的气体分布管，位于所述环状的气体分布管的环内且通过导流叶片与气体分布管连接的连接腔，以及与所述气体分布管连接的进气管；
所述进气管通过分出的至少两个进气支路与气体分布管连接，从而实现气体分布管的固定以及进气；
所述气体分布管的表面具有气孔。
作为本发明所述气体分布器的优选技术方案，所述进气管分成2N个进气支路，N为≥1的整数，这2N个进气支路两两成对地连接到气体分布管的径向相对侧。
所述N为≥1的整数，例如1、2、3、4、5、6、7、8或10等。
更优选地，所述进气管分成2N个进气支路，N为≥2的整数，这2N个进气支路两两成对地连接到气体分布管的径向相对侧，且这2N个进气支路与气体分布管的连接口在气体分布管上均匀分布。
优选地，所述进气管与气体分布管和连接腔所在的平面垂直，进气支路均为L型且L型上与气体分布管连接的一边与进气管平行。
本发明中，进气管与进气支路是相互连通的，进气管和进气支路的材质以及壁厚控制需要保证既起到进气的作用，又具有足够的强度对气体分布器起到支撑固定作用。
作为本发明所述气体分布器的优选技术方案，所述气体分布管的管壁厚度在0.5cm～1cm，例如0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm或1cm等。
优选地，所述气体分布管的管径为所述气体分布管(11)的外环直径的1/2～1/3，例如1/2、2/5或1/3等。
优选地，优选地，所述连接腔的直径为气体分布管的外环直径的0.05～0.2，例如0.05、0.08、0.1、0.15、0.17或0.2等。在此优选范围内，连接腔可以较好地支撑导流叶片，加强固定强度。
优选地，所述导流叶片为扇叶状。
优选地，单扇导流叶片与连接腔连接所得的连接点中，连接所述连接腔径向相对侧的连接点形成的连接线的延长线通过环状气体分布管的环心。
优选地，所述导流叶片以连接腔为中心发散设置。
优选地，所述导流叶片以连接腔为中心以同一弧度弯曲发散设置，所述弧度在0.5π～0.6π，例如0.5π、0.52π、0.55π或0.6π等。将弧度控制在此范围以内，有利于控制气液湍动在较优的状态下进行。
本发明的气体分布器中，导流叶片固定连接气体分布管和连接腔，可以加速气体液体的传质，从而实现较好的湍动状态。
导流叶片和连接腔的连接方式例如可以是焊接。
优选地，所述进气管的管壁厚度在1cm～2cm，例如1cm、1.2cm、1.3cm、1.4cm、1.6cm、1.8cm或2cm等。
优选地，所述进气管的管径为所述气体分布管的外环直径的1/3～1/4，例如1/3、2/7、3/10或1/4等。
作为本发明所述气体分布器的优选技术方案，所述气体分布管的表面开孔率为60％～90％，例如60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％等。
优选地，所述气体分布管表面的气孔孔径大小不一致。
更优选地，所述气体分布管上，靠近所述气体分布管与进气支路连接口处的气孔的孔径小，远离所述气体分布管与进气支路连接口处的气孔的孔径大。按照此优选方案的孔径分布规律进行孔的设计，可以平衡压降，减小传质阻力,有利于提高分布器均布性能。
第二方面，本发明提供一种反应器，所述反应器含有第一方面所述的气体分布器。
本发明所述反应器可以是鼓泡塔、流化床、气化炉或沸腾炉等，优选为鼓泡塔。
更优选地，本发明提供一种鼓泡塔，所述鼓泡塔包含第一方面所述的气体分布器，所述鼓泡塔的进气口在底部，所述进气口用于穿入所述气体分布器的进气管，所述气体分布器和连接腔所在的平面与水平面平行。
第三方面，本发明提供一种系统，所述系统含有第二方面所述的鼓泡塔作为第二鼓泡塔，所述系统包括：第一鼓泡塔、第二鼓泡塔和换热器，所述第一鼓泡塔的上部设有原料和催化剂入口以及与换热器顶部出口连通的第一循环入口，所述第一鼓泡塔的下部设有与第二鼓泡塔顶部出口连通的第二循环入口，所述第一鼓泡塔的底部设有与第二鼓泡塔下部连通的产物出口。
所述第二鼓泡塔的底部设有气体入口，所述第二鼓泡塔的上部设有溢流出口，所述溢流出口与所述换热器的底部连通。
本发明所述系统中，所述溢流出口不仅限于与换热器的底部连通，还可以引出另外的管路与其他储存装置或后处理装置连接。
本发明的系统中，第一鼓泡塔为主反应塔，例如可以发生酯化反应。
本发明的第二鼓泡塔采用第一方面所述的气体分布器进行气体分布，通过定流量通气，能够实现湍流鼓泡状态，气液返混效果好，可以充分利用气体原料(比如CO2)对液相产物(比如碳酸乙烯酯)混合物中未反应完全的原料(比如EO)进行置换，通过气体原料(比如CO2气相)将残余的未反应完全的原料(比如EO)重新带入第一鼓泡塔进行反应，实现残余的未反应完全的原料(比如EO)的循环，有利于缩短物料的停留时间，减小设备的大小和投资。
本发明的系统通过换热器出口物料温度的控制，可有效控制第一鼓泡塔床层温度，效果显著。
本发明的系统可以用于以气体或液体原料制备碳酸酯等，系统操作弹性大，可在较宽的范围内进行稳定操作，易于控制，而且生产效率高，副产物少。
本发明所述系统中，所述溢流出口不仅限于与换热器的底部连通，还可以引出另外的管路与其他储存装置或后处理装置连接。
作为本发明所述系统的优选技术方案，所述系统还包括与溢流出口连通的气液分离器，所述气液分离器顶部和底部分别设有气体出口和液体出口。
优选地，所述系统还包括与气液分离器的液体出口连通的真空精馏塔，所述真空精馏塔的顶部和底部分别设有原料回收出口和催化剂回收出口。
优选地，所述第二鼓泡塔内部靠近顶端位置设有除沫器。
优选地，所述第一鼓泡塔内呈安静鼓泡状态，所述安静鼓泡状态指气速低于0.05m/s。
本发明所述第一鼓泡塔内呈湍流鼓泡状态，在该条件下，气体分布均匀，液相不返混，有效实现床层原料逆向浓度差，有效提升反应原料(比如EO)的转化率。
优选地，所述第二鼓泡塔内呈湍流鼓泡状态，所述湍流鼓泡状态指气速高于0.08m/s且低于0.2m/s。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的气体分布器包括气体分布管、气孔、连接腔、导流叶片、进气管、进气支路，具有环形分布通道，同时，靠近气体分布管与进气支路连接口处的气孔的孔径小，远离所述气体分布管与进气支路连接口处的气孔的孔径大。此分布器结构简单，操作稳定，均布性能好，在塔内不会产生明显的漩涡，气流运动平稳有序，减少了由于气流过分湍动所带来的能量损失。
(2)本发明的系统的第二鼓泡塔中包含本发明所述气体分布器，通过定流量通气，能够实现湍流鼓泡状态，气液返混效果好，可以充分利用气体原料(比如CO2)对液相产物(比如碳酸乙烯酯)混合物中未反应完全的原料(比如EO)进行置换，通过气体原料(比如CO2气相)将残余的未反应完全的原料(比如EO)重新带入第一鼓泡塔进行反应，实现残余的未反应完全的原料(比如EO)的循环，有利于缩短物料的停留时间，减小设备的大小和投资。
(3)本发明的系统可以用于以气体或液体原料制备碳酸酯等，系统操作弹性大，可在较宽的范围内进行稳定操作，易于控制，而且生产效率高，副产物少。
附图说明
图1a为实施例1所述气体分布器的结构示意简图(仰视图)，其中，11：气体分布管；111：气孔；12：连接腔；13：导流叶片；14：进气管；141：进气支路；
图1b为实施例1所述气体分布器的结构示意简图(仰视图)，其中，11：气体分布管；111：气孔；14：进气管；141：进气支路；
图2为实施例5所述系统的结构示意简图，其中，101：第一鼓泡塔；102：第二鼓泡塔；201：换热器；301：气液分离器(常压)；103：真空精馏塔；1：原料和催化剂入口；2：第一循环入口；3：第二循环入口；4：产物出口；5：气体入口；6：溢流出口；7：气体出口；8：液体出口；9：原料回收出口；10：催化剂回收出口。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种气体分布器(其结构示意简图参见图1a和图1b)，所述气体分布器包括环状的气体分布管11，位于所述环状的气体分布管11的环内且通过导流叶片13与气体分布管11连接的连接腔12，以及与所述气体分布管11连接的进气管；
所述进气管14通过分出的两个进气支路141与气体分布管11连接，从而实现气体分布管11的固定以及进气；
这两个进气支路141连接到气体分布管11的径向相对侧；所述进气管(14)与气体分布管(11)和连接腔(12)所在的平面垂直，进气支路(141)均为L型且L型上与气体分布管连接的一边与进气管平行；
所述气体分布管11的表面具有气孔111；
本实施例中，进气管14以及进气支路141是经过加粗的，其管壁足够厚，材质也够结实，为气体分布器作支撑固定作用。
实施例2
除以下内容外，其他内容与实施例1相同：
所述进气管14通过分出的四个进气支路141分别与气体分布管11连接，从而实现气体分布管11和气体分布盘12的固定以及进气；
四个进气支路141两两成对地连接到环形的气体分布管的径向相对侧，且这四个进气支路141与气体分布管11的连接口在气体分布管上均匀分布；进气管14与环状的气体分布管11和连接腔12所在的平面垂直，进气支路141均为L型且L型上与气体分布管连接的一边与进气管平行。
实施例3
除以下内容外，其他内容与实施例1相同：
所述气体分布管11上，靠近所述气体分布管11与进气支路141连接口处的气孔111的孔径小，远离所述气体分布管11与进气支路141连接口处的气孔111的孔径大。
实施例4
本实施例提供一种鼓泡塔，所述鼓泡塔包含实施例1所述的气体分布器，所述鼓泡塔的进气口在底部，所述进气口用于穿入所述气体分布器的进气管，所述气体分布器和连接腔所在的平面与水平面平行。
本实施例的鼓泡塔中包含实施例1所述气体分布器，其能够实现湍流鼓泡状态，气液返混效果好，可以充分利用气体原料(比如CO2)对液相产物(比如碳酸乙烯酯)混合物中未反应完全的原料(比如EO)进行置换，通过气体原料(比如CO2气相)将残余的未反应完全的原料(比如EO)重新带入第一鼓泡塔进行反应，实现残余的未反应完全的原料(比如EO)的循环，有利于缩短物料的停留时间，减小设备的大小和投资。
实施例5
提供一种系统(其结构示意简图参见图2)，所述系统包含实施例4所述的鼓泡塔作为第二鼓泡塔，所述系统包括：第一鼓泡塔101、第二鼓泡塔102和换热器201，所述第一鼓泡塔101的上部设有原料和催化剂入口1以及与换热器201顶部出口连通的第一循环入口2，所述第一鼓泡塔101的下部设有与第二鼓泡塔102顶部出口连通的第二循环入口3，所述第一鼓泡塔101的底部设有与第二鼓泡塔102下部连通的产物出口4；
所述第二鼓泡塔102的底部设有气体入口5，所述第二鼓泡塔102的上部设有溢流出口6，所述溢流出口6与所述换热器201的底部连通；
所述系统还包括与溢流出口6连通的气液分离器301，所述气液分离器301顶部和底部分别设有气体出口7和液体出口8；
所述系统还包括与气液分离器301的液体出口8连通的真空精馏塔301，所述真空精馏塔103的顶部和底部分别设有原料回收出口9和催化剂回收出口10；
所述第二鼓泡塔102内部靠近顶端位置设有除沫器。
本实施例的系统可以用于以气体或液体原料制备碳酸酯等，系统操作弹性大，可在较宽的范围内进行稳定操作，易于控制，而且生产效率高，副产物少。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种包含反应器的系统装置，其特征在于，所述系统装置包括：第一鼓泡塔(101)、第二鼓泡塔(102)和换热器(201)，所述第一鼓泡塔(101)的上部设有原料和催化剂入口(1)以及与换热器(201)顶部出口连通的第一循环入口(2)，所述第一鼓泡塔(101)的下部设有与第二鼓泡塔(102)顶部出口连通的第二循环入口(3)，所述第一鼓泡塔(101)的底部设有与第二鼓泡塔(102)下部连通的产物出口(4)；
所述第二鼓泡塔(102)的底部设有气体入口(5)，所述第二鼓泡塔(102)的上部设有溢流出口(6)，所述溢流出口(6)与所述换热器(201)的底部连通；
所述第一鼓泡塔(101)内呈安静鼓泡状态；
所述安静鼓泡状态指气速低于0.05m/s；
所述第二鼓泡塔(102)内呈湍流鼓泡状态；
所述湍流鼓泡状态指气速高于0.08m/s且低于0.2m/s；
所述反应器为第二鼓泡塔；
所述第二鼓泡塔包含一种气体分布器；
所述气体分布器包括环状的气体分布管(11)，位于所述环状的气体分布管(11)的环内且通过导流叶片(13)与气体分布管(11)连接的连接腔(12)，以及与所述气体分布管(11)连接的进气管(14)；
所述第二鼓泡塔的进气口在底部，所述进气口用于穿入所述气体分布器的进气管(14)，所述气体分布管(11)和连接腔(12)所在的平面与水平面平行；
所述进气管(14)通过分出的至少两个进气支路(141)与气体分布管(11)连接，从而实现气体分布管(11)的固定以及进气；
所述气体分布管(11)的表面具有气孔(111)；
所述气体分布管(11)的表面开孔率为60％～90％；
所述导流叶片(13)为扇叶状；
所述导流叶片(13)单扇与连接腔连接所得的连接点中，连接所述连接腔径向相对侧的连接点形成的连接线的延长线通过环状气体分布管的环心；
所述导流叶片(13)以连接腔(12)为中心发散设置；
所述导流叶片(13)以连接腔(12)为中心以同一弧度弯曲发散设置，所述弧度在0.5π～0.6π；
所述进气管(14)与气体分布管(11)和连接腔(12)所在的平面垂直，进气支路(141)均为L型且L型上与气体分布管连接的一边与进气管平行；
所述气体分布管(11)的管壁厚度在0.5cm～1cm；
所述气体分布管(11)的管径为所述气体分布管(11)的外环直径的1/2～1/3；
所述连接腔(12)的直径为气体分布管(11)的外环直径的0.05～0.2；
所述进气管(14)的管壁厚度在1cm～2cm；
所述进气管(14)的管径为所述气体分布管(11)的外环直径1/3～1/4。
2.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述进气管(14)分成2N个进气支路(141)，N为≥1的整数，这2N个进气支路(141)两两成对地连接到气体分布管(11)的径向相对侧。
3.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述进气管(14)分成2N个进气支路(141)，N为≥2的整数，这2N个进气支路(141)两两成对地连接到气体分布管(11)的径向相对侧，且这2N个进气支路(141)与气体分布管(11)的连接口在气体分布管(11)上均匀分布。
4.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述气体分布管(11)表面的气孔(111)孔径大小不一致。
5.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述气体分布管(11)上，靠近所述气体分布管(11)与进气支路(141)连接口处的气孔(111)的孔径小，远离所述气体分布管(11)与进气支路(141)连接口处的气孔(111)的孔径大。
6.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述系统还包括与溢流出口(6)连通的气液分离器(301)，所述气液分离器(301)顶部和底部分别设有气体出口(7)和液体出口(8)。
7.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述系统还包括与气液分离器(301)的液体出口(8)连通的真空精馏塔(103)，所述真空精馏塔(103)的顶部和底部分别设有原料回收出口(9)和催化剂回收出口(10)。
8.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述第二鼓泡塔(102)内部靠近顶端位置设有除沫器。
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