CN110064343A - 沸腾床反应器旋流自吸式分布器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种沸腾床反应器旋流自吸式分布器,包括:置于底部的气体进口管(1)和液体进口管(2);分别与气体进口管(1)和液体进口管(2)连接的气体分支管(6)和液体分支管(5);分别与气体分支管(6)和液体分支管(5)连接的气体环形分配管(7)和液体环形分配管(4);置于液体环形分配管(4)底部的旋流自吸式喷嘴(3);以及置于分布器外侧的裙状碎流板(8)。
Description
技术领域
本公开涉及一种沸腾床反应器分布器,具体涉及一种沸腾床反应器旋流自吸式分布器。
背景技术
沸腾床反应器在液相气含率相同的情况下,气泡直径越小,气液相界面面积增大,反应速率越快,越有利于提高反应速率和反应效果。同时,气泡越小,在反应器内停留时间越长,提高相间传质速率,进一步提高转化率。因此,分布器在分布均匀的基础上,更关心如何产生更小气泡,如何增大操作弹性,如何提高传质效率。
中国专利CN200945431Y介绍了一种新型流体分布器,其采用包括流体总管和开有小孔的短管组合,这种分布器主要适用于固定床气相间的混合。该分布器虽然结构简单,但对于沸腾床气液两相的混合无法做到均匀分布,混合后无法保证气泡大小均匀。
中国专利申请CN 1765479A公开了一种具有积垢功能的气液分布器,包括底盘、泡帽、积垢部件和分散桨,其主要通过液流和气流推动分散桨旋转,液相实现碎流,部分液相被旋转桨叶甩离中心区,从而实现均匀分散;但是该分布器也因为桨叶的存在不适用于沸腾床,利用桨叶虽然可以实现气泡的破碎,但是气泡无法做到均匀,并且桨叶是个动元件,无法做到长周期运行。
中国专利申请CN1600413A公开了一种用于三相浆态床反应器的气体分布器,该分布器由一个与反应器内径相同的假板、多根气体上升管、一个气体分布管组合多个开口垂直向下的喷嘴组成,分布器有列管式、多环管组合式等形式,喷嘴有锐孔形式和类似文丘里结构等,虽然此分布器能保证实现均匀分布,但是无法实现气液两相在环管内分层,也无法剪碎气体为气泡。
虽然上述现有技术的分布器在各自领域都有自身优缺点,但是针对沸腾床反应器,因加工原料性质、操作参数不同需要针对特殊的工况做结构完善。因此,本领域迫切需要开发出一种适用于沸腾床反应器的,结合了上述现有技术分布器优点,同时克服了上述现有技术分布器缺陷的沸腾床反应器分布器。
发明内容
本公开提供了一种新颖的沸腾床反应器旋流自吸式分布器,解决了现有技术中存在的问题。
本公开提供了一种沸腾床反应器旋流自吸式分布器,包括:
置于底部的气体进口管和液体进口管;
分别与气体进口管和液体进口管连接的气体分支管和液体分支管;
分别与气体分支管和液体分支管连接的气体环形分配管和液体环形分配管;
置于液体环形分配管底部的旋流自吸式喷嘴;以及
置于分布器外侧的裙状碎流板。
在一个优选的实施方式中,所述气体进口管与液体进口管同心布置;所述液体分支管和气体分支管同心布置;所述液体环形分配管和气体环形分配管同心布置。
在另一个优选的实施方式中,所述液体分支管和气体分支管与液体环形分配管所在平面呈20-60°夹角。
在另一个优选的实施方式中,所述旋流自吸式喷嘴均匀分布于液体环形分配管内部,其数量为10-60个。
在另一个优选的实施方式中,所述旋流自吸式喷嘴具有切向进口、液体旋流发生腔和气体吸入管,其中,气体吸入管与液体环形分配管和气体环形分配管相通。
在另一个优选的实施方式中,所述气体吸入管插入至切向进口中心位置。
在另一个优选的实施方式中,所述液体旋流发生腔的直径为10-20mm。
在另一个优选的实施方式中,所述气体吸入管的直径为液体旋流发生腔的直径的1/5至1/2。
在另一个优选的实施方式中,所述裙状碎流板垂直布置于气体环形分配管外侧,方向与气体环形分配管所在平面垂直。
在另一个优选的实施方式中,所述裙状碎流板下部开有狭缝,狭缝角度为 5-15°。
有益效果:
(1)分布器利用双进口,能有效降低整个环形分配管分配不均匀度,从而在反应器横截面来看,气液喷出口能更均匀进入反应器,这在反应器放大方面尤为重要。
(2)分布器采用气液同相出口,有效避免了因气液分相喷出而造成的局部不均匀。同时,由于在喷嘴结构处具有负压抽吸作用和湍流波动作用,能够使液体将气体剪碎为微米级气泡。而目前公开的沸腾床反应器形成气泡一般为几个毫米,微米级气泡在床层内能有效增大停留时间,促进气液传质。
(3)分布器采用气液混出结构,操作弹性大,液相吸入气相所占比例可达到20-80体积%。
(4)分布器喷嘴外两侧有挡板结构,能够增强高压室内的返混效果,从而避免高温下因流体存在滞流区而结焦。
附图说明
附图是用以提供对本发明的进一步理解的,它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本发明,并不构成对本发明的限制。
图1是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器具体结构图。
图2是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器的旋流自吸式喷嘴结构示意图。
图3是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器俯视图。
图4是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器破碎技术效果图。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入的研究,针对现有技术的分布器各自的缺点,开发出了一种适用于沸腾床反应器的旋流自吸式分布器,其具有操作弹性大,切割气泡尺度小,气液两相分配均匀,压降符合小等优点,具有高的应用价值。
本公开提供了一种沸腾床反应器旋流自吸式分布器,包括:气体进口管、液体进口管、旋流自吸式喷嘴、液体环形分配管、气体环形分配管、液体分支管、气体分支管和裙状碎流板。具体工作原理为:气液两相从底部进口分相进入,液相走内管,气相走外管与内管环隙,气液两相经进口管进入后分配至分支管,经分支管分流后至环形分配管,在环形分配管底部均匀布置一圈旋流自吸式喷嘴,液体进入喷嘴后产生负压,在负压作用下气体从喷嘴进气口吸入,随后在旋流场强剪切力及强压力波动情况下,气体破碎为小气泡,随着液体扩散至反应器内;在分布器外侧布有裙状碎流板,能够将气泡二次破碎,并增强返混,避免气泡聚并。
在本公开中,所述气体进口管与液体进口管同心布置。
在本公开中,所述液体分支管与气体分支管同心布置。
在本公开中,所述液体分支管和气体分支管与液体环形分配管所在平面呈 20-60°夹角。
在本公开中,所述液体环形分配管与气体环形分配管同心布置。
在本公开中,所述旋流自吸式喷嘴均匀分布于液体环形分配管内部,其数量为10-60个。
在本公开中,所述旋流自吸式喷嘴具有切向进口、液体旋流发生腔和气体吸入管,其中,气体吸入管与液体环形分配管和气体环形分配管相通。
在本公开中,所述气体吸入管插入至切向进口中心位置。
在本公开中,所述液体旋流发生腔的直径为10-20mm。
在本公开中,所述气体吸入管的直径为液体旋流发生腔的直径的1/5至1/2。
在本公开中,所述裙状碎流板垂直布置于气体环形分配管外侧,方向与气体环形分配管所在平面垂直。
在本公开中,所述裙状碎流板下部开有狭缝,狭缝角度为5-15°。
以下参看附图。
图1是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器具体结构图。如图1所示,该分布器包括:置于底部的气体进口管1和液体进口管2;分别与气体进口管1和液体进口管2连接的气体分支管6和液体分支管5;分别与气体分支管6和液体分支管5连接的气体环形分配管7和液体环形分配管4;置于液体环形分配管4底部的旋流自吸式喷嘴3;以及置于分布器外侧的裙状碎流板8;该分布器的具体工作原理为:气液两相从底部进口分相进入,液相走内管,气相走外管与内管环隙,气液两相经入口管(气体进口管1和液体进口管2)进入后分配至分支管(气体分支管6和液体分支管5),经分支管分流后至环形分配管(气体环形分配管7和液体环形分配管4),在环形分配管底部均匀布置一圈旋流自吸式喷嘴,液体进入喷嘴后产生负压,在负压作用下气体从喷嘴进气口吸入,随后在旋流场强剪切力及强压力波动情况下,气体破碎为小气泡,随着液体扩散至反应器内,在分布器外侧布有裙状碎流板,能够将气泡二次破碎,并增强返混,避免气泡聚并。
图2是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器的旋流自吸式喷嘴结构示意图。如图2所示,该旋流自吸式喷嘴包括切向进口 10,其进口截面为矩形,矩形外边与液体旋流发生腔9相切,液体旋流发生腔 9顶部插入气体吸入管11,气体吸入管11插至与进口10中心线处。
图3是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器俯视图。如图3所示,气体环形分配管如12所示,液体环形分配管如13所示,旋流自吸式喷嘴如14所示。
图4是根据本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器破碎技术效果图。如图4所示,在进口流量为1.0m3/h,气体剪碎为细小气泡,气泡平均直径d50为500微米;同时,在当前流量下,吸气量为0.8m3/h,分布器压降为0.2MPa。
利用氧吸收实验表征本发明的一个优选实施方式的沸腾床反应器旋流自吸式分布器气液传质速率,检测的,在进口流量为1m3/h,氧吸收效率为80%,总体传质速率kLa为0.3s-1。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种沸腾床反应器旋流自吸式分布器,包括:
置于底部的气体进口管(1)和液体进口管(2);
分别与气体进口管(1)和液体进口管(2)连接的气体分支管(6)和液体分支管(5);
分别与气体分支管(6)和液体分支管(5)连接的气体环形分配管(7)和液体环形分配管(4);
置于液体环形分配管(4)底部的旋流自吸式喷嘴(3);以及
置于分布器外侧的裙状碎流板(8)。
2.如权利要求1所述的分布器,其特征在于,所述气体进口管(1)与液体进口管(2)同心布置;所述液体分支管(5)和气体分支管(6)同心布置;所述液体环形分配管(4)和气体环形分配管(7)同心布置。
3.如权利要求1所述的分布器,其特征在于,所述液体分支管(5)和气体分支管(6)与液体环形分配管(4)所在平面呈20-60°夹角。
4.如权利要求1所述的分布器,其特征在于,所述旋流自吸式喷嘴(3)均匀分布于液体环形分配管(4)内部,其数量为10-60个。
5.如权利要求1或4所述的分布器,其特征在于,所述旋流自吸式喷嘴(3)具有切向进口(10)、液体旋流发生腔(9)和气体吸入管(11),其中,气体吸入管(11)与液体环形分配管(4)和气体环形分配管(7)相通。
6.如权利要求5所述的分布器,其特征在于,所述气体吸入管(11)插入至切向进口(10)中心位置。
7.如权利要求5所述的分布器,其特征在于,所述液体旋流发生腔(9)的直径为10-20mm。
8.如权利要求5所述的分布器,其特征在于,所述气体吸入管(11)的直径为液体旋流发生腔(9)的直径的1/5至1/2。
9.如权利要求1所述的分布器,其特征在于,所述裙状碎流板(8)垂直布置于气体环形分配管(7)外侧,方向与气体环形分配管(7)所在平面垂直。
10.如权利要求1或9所述的分布器,其特征在于,所述裙状碎流板(8)下部开有狭缝,狭缝角度为5-15°。
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