CN110694558B - 一种多区式浆态列管反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多区式浆态列管反应器，包括壳体，壳体内具有至少两个反应区，任意相邻两个反应区之间设有用于隔开二者并穿过列管的横向隔板，任意横向隔板的中心设有中心孔，任意横向隔板设有至少一个绕中心孔的中心轴线分布以配合中心孔使反应区形成涡流状态的辅助孔。进行化学反应时，反应区内的气液混合反应物因密度较低而通过中心孔上升，同时液态反应物因密度过高而通过辅助孔下降，从而在反应区内形成上升和下降的环流现象，进而实现阻断液态反应物沿壳体整个内腔循环流动，使每个反应区内的液体达到涡流运动状态，防止壳体内的流体出现短路和死角，从而阻止整体返混流动。

Description

一种多区式浆态列管反应器

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，特别涉及一种多区式浆态列管反应器。

背景技术

浆态床反应器，尤其是多区式浆态列管反应器，进行化学反应的过程中 一般都伴随有强放热，使得浆态床反应器必须增设换热器。换热器通常以列 管方式固定在反应器两端，冷却介质从换热器的一端流入，沿管程向上流动， 也即冷却介质在列管内流动；气态反应物及浆态反应物均从浆态床反应器的 侧面进入浆态床反应器，沿壳程向上流动，从而使整个浆态床反应器内浆态 反应物随气态反应物流动，并在流动的过程中发生化学反应。

以烷基氯化铝连续化生产为例。金属铝粉末从塔体的底部通入充满液态 溶剂的塔体内，被从塔底另一部位通入的另一原料气态一氯烷烃鼓泡分散， 随后两者在塔体内发生化学反应，生成烷基氯化铝。由于铝粉极细，极易随 溶剂流动，分离十分困难，因此要求铝粉在反应器内完全转化。同时，铝粉 与一氯烷烃的反应放热量很大，必须迅速移热。而现有浆态床反应器的结构 虽有移热功能，但内部是一个整体，有强烈的返混，无法使铝粉在反应器内 出现梯级分布，满足不了出口物料中不含铝粉的要求。因此，应开发一种具 有移热功能且可阻止整体返混流动的浆态床反应器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多区式浆态列管反应器，即整个 反应器被分隔成多个反应区，以阻止整体的返混流动。

其具体方案如下：

本发明提供一种多区式浆态列管反应器，包括壳体，壳体内具有至少两 个反应区，任意相邻两个反应区之间设有用于隔开二者并穿过列管的横向隔 板，任意横向隔板的中心设有中心孔，任意横向隔板设有至少一个绕中心孔 的中心轴线分布以配合中心孔使反应区形成涡流状态的辅助孔。

优选地，中心孔的内径等于壳体内径的1/5～1/3。

优选地，任一辅助孔内径等于壳体内径的1/10～1/8。

优选地，任一辅助孔的中心到中心孔中心之间的径向距离等于壳体内径 的0.6～0.8倍。

优选地，任意横向隔板所设置的辅助孔的数量介于3个到6个之间。

优选地，任意横向隔板具体设有3～6个呈圆环状均匀排列的辅助孔。

优选地，任意相邻两个横向隔板之间的轴向距离等于壳体内径的0.5～1倍。

优选地，壳体的高度低于5米时，壳体内设有2～4块横向隔板；壳体的高 度高于5米时，壳体内设有至少4块横向隔板。

优选地，反应区包括位于壳体底端的第一反应区，第一反应区侧面设有 气态反应物入口和液态反应物入口，液态反应物入口位于第一反应区高度的 1/2位置以上。

相对于背景技术，本发明提供一种多区式浆态列管反应器，包括壳体， 壳体内具有至少两个反应区，任意相邻两个反应区之间设有一个横向隔板， 每个横向隔板设有一个中心孔和至少一个辅助孔。进行化学反应时，反应区 内的气液混合反应物因密度较低而通过中心孔上升，同时液态反应物因密度 过高而通过辅助孔下降，从而在反应区内形成上升和下降的环流现象，进而 实现阻断液态反应物沿壳体整个内腔循环流动，使每个反应区内的液体达到 涡流运动状态，防止壳体内的流体出现短路和死角，从而阻止整体返混流动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1为本发明一种具体实施例所提供的多区式浆态列管反应器的结构示 意图；

图2为图1中横向隔板的结构图；

图3为不加分段隔板的鼓泡塔内沿流动方向的示踪剂浓度分布；

图4为带有4段隔板的鼓泡塔内沿流动方向的示踪剂浓度分布；

图5为仅具有中心孔的横向隔板和兼具中心孔和辅助孔的横向隔板在不 同时间段内所对应的流体状态图。

附图标记如下：

冷却介质入口011和冷却介质出口012；

反应区11、横向隔板12、气态反应物入口13、液态反应物入口14和反应 产物出口15；

第一反应区111；

中心孔121和辅助孔122。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体 实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明一种具体实施例所提供的多区式浆态列管 反应器的结构示意图；图2为图1中横向隔板的结构图。

本发明实施例公开了一种多区式浆态列管反应器，其关键改进点在于优 化内构件的结构，以达到提升气液混合效果的目的。

本发明包括壳体，在该具体实施例中，壳体呈柱状，壳体内设有换热器， 换热器以列管的方式固定在反应器的两端，换热器的底端设有供冷却介质流 入的冷却介质入口011，使冷却介质能够沿管程向上流动；此外，换热器的顶 部设有供冷却介质排出的冷却介质出口012。

壳体内具有至少两个反应区11，任意相邻两个反应区11之间设有横向隔 板12，以便横向隔板12隔开二者，同时横向隔板12设有若干供列管穿过的过 孔。在该具体实施例中，壳体设有若干横向隔板12，全部横向隔板12相平行。

反应区11包括位于壳体底端的第一反应区111，考虑到反应物的成分不 同，第一反应区111侧面设有气态反应物入口13和液态反应物入口14，使气态 反应物和液态反应物均能够沿壳程向上流动。其中，气态反应物入口13用于 充入气态反应物，气态反应物入口13位于第一反应区111的底部，以便整个壳 体从底部便处于鼓泡流化状态。液态反应物入口14用于充入浆料反应物。为 提升混合效果，液态反应物入口14位于第一反应区111高度的1/2位置以上，使 气态反应物所携带的固体颗粒具有足够的沉降高度，有利于达到充分流化状 态。此外，位于壳体顶部的反应区11设有供反应后的产物排出的反应产物出 口15。

为保证壳体具有良好的气液混合效果，当壳体的高度低于5米时，壳体内 设有2～4块横向隔板12；当壳体的高度高于5米时，壳体内设有至少4块横向隔 板12。

进一步地，任意相邻两个横向隔板12之间的轴向距离等于壳体内径的 0.5～1倍，能够有效避免各反应区11内出现死角，气液混合效果较好。当然， 任意相邻两个横向隔板12之间轴向距离不低于壳体内径的0.3倍，但不超过壳 体内径的1.5。

任意横向隔板12的中心设有中心孔121，且任意横向隔板12设有至少一个 绕中心孔121的中心轴线分布的辅助孔122。在该具体实施例中，中心孔121为 设于横向隔板1212的中心的圆形通孔，且中心孔121的中心轴线与横向隔板12 的中心轴线重合。

为进一步提升气液混合效果，任意横向隔板12所设置的辅助孔122的数量 介于3个到6个之间。在该具体实施例中，任意横向隔板12所设置的辅助孔122 的数量具体为3个，3个辅助孔122均为圆形通孔，且3个辅助孔122呈圆环状均 匀排列，以便液体形成良好的涡流状态，有助于提升气液混合效果。

请参考图3和图4，图3为不加分段隔板的鼓泡塔内沿流动方向的示踪剂浓 度分布；图4为带有4段隔板的鼓泡塔内沿流动方向的示踪剂浓度分布。为了 说明横向隔板12对壳体内流体返混的限制作用，当壳体的底部注入一股示踪 剂后，在该图中可以轻易看出示踪剂在壳体内出现梯度分布，各反应区11之 间的浓度差异明显，从而可轻易推出横向隔板12能够起到阻止液相返混作用。

请参考图5，图5为仅具有中心孔121的横向隔板12和兼具中心孔121和辅 助孔122的横向隔板12在不同时间段内所对应的流体状态图。其中不同时间段 具体是指0s、2s、5s及10s四个时间段。其中，第一列代表0s时，同时注入反 应物。第二列和第三列分别代表2s及5s状态下，仅具有中心孔121的横向隔板 12仅能够使反应物通过中心孔121向上流入下一个反应区11，部分未能离开该 反应区11的液态反应物与横向隔板12碰撞后折返向下，在反应区11内存在团 聚现象，气液难以充分混合；而兼具中心孔121和辅助孔122的横向隔板12能 够使反应物在中心孔121和辅助孔122的共同作用下形成涡流状态，反应区11 内部几乎无静止区，气液能够充分混合。第四列代表10s时，仅具有中心孔121 的横向隔板12所在的反应区11气液混合不充分，而兼具中心孔121和辅助孔 122的横向隔板12所在的反应区11能够充分混合。

未设置横向隔板12的壳体的全混釜串联级数为3，而具有4块横向隔板12 的壳体，不论横向隔板12是否设置有辅助孔122且不论中心孔121的内径是否 相同，其全混釜串联级数均能够达到6级；进一步地，具有9块横向隔板12的 壳体的全混釜串联级数能够达到24级，十分接近平推流。

进行化学反应时，反应区11内的气液混合反应物因密度较低而通过中心 孔121上升，同时液态反应物因密度过高而通过辅助孔122下降，从而在反应 区11内形成上升和下降的环流现象，进而实现阻断液态反应物沿壳体整个内 腔循环流动，使每个反应区11内的液体达到涡流运动状态，防止壳体内的流 体出现短路和死角，从而阻止整体返混流动。

优选地，中心孔121的内径等于壳体内径的1/5～1/3，为气液混合流体的上 升提供足够的空间。

进一步地，任一辅助孔122内径等于壳体内径的1/10～1/8，为液相流体的 下降提供足够的空间，有助于提升气液混合效果。

任一辅助孔122的中心到中心孔121中心之间的径向距离等于壳体内径的 0.6～0.8倍，使液体达到最佳涡流运动状态，使气液混合效果达到最佳。在该 具体实施例中，优选地，任一辅助孔122的中心到中心孔121中心之间的径向 距离具体等于壳体内径的0.7倍。

以上对本发明所提供的多区式浆态列管反应器进行了详细介绍，本文中 应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技 术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种多区式浆态列管反应器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内具有至少两个反应区(11)，任意相邻两个所述反应区(11)之间设有用于隔开二者并穿过列管的横向隔板(12)，任意所述横向隔板(12)的中心设有中心孔(121)，任意所述横向隔板(12)设有至少一个绕所述中心孔(121)的中心轴线分布以配合所述中心孔(121)使所述反应区(11)形成涡流状态的辅助孔(122)，气液混合反应物用于沿所述中心孔(121)上升，液态反应物用于沿所述辅助孔(122)下降，任一所述辅助孔(122)的中心到所述中心孔(121)中心之间的径向距离等于所述壳体内径的0.6～0.8倍。

2.根据权利要求1所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，所述中心孔(121)的内径等于所述壳体内径的1/5～1/3。

3.根据权利要求2所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，任一所述辅助孔(122)内径等于所述壳体内径的1/10～1/8。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，任意所述横向隔板(12)所设置的所述辅助孔(122)的数量介于3个到6个之间。

5.根据权利要求4所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，任意所述横向隔板(12)具体设有3～6个呈圆环状均匀排列的辅助孔(122)。

6.根据权利要求4所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，任意相邻两个所述横向隔板(12)之间的轴向距离等于所述壳体内径的0.5～1倍。

7.根据权利要求4所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，所述壳体的高度低于5米时，所述壳体内设有2～4块所述横向隔板(12)；所述壳体的高度高于5米时，所述壳体内设有至少4块所述横向隔板(12)。

8.根据权利要求4所述的多区式浆态列管反应器，其特征在于，所述反应区(11)的底部设有第一反应区(111)，所述反应区(11)包括位于所述壳体底端的第一反应区(111)，所述第一反应区(111)侧面设有气态反应物入口(13)和液态反应物入口(14)，所述液态反应物入口(14)位于所述第一反应区(111)高度的1/2位置以上。

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