CN111408333A - 一种自循环气液反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气液反应器领域，尤其涉及一种自循环气液反应装置，包括：立式结构的罐体，其由筒体及其两端的上、下封头组成，上封头上设置放空口；筒体上部设置有液相进料口；下封头上设置有产物出口；上管板、下管板均固定在筒体内，且下管板靠近下封头设置；筒体上设置有介质进出口；气液相反应管、自循环管各自的两端分别与上、下管板上的通孔连接，且气液相反应管与自循环管间隔设置；气相物料输送管设置在下管板的下方，气液相反应管的下端口中设置有喷头，喷头与气相物料输送管连通。本发明的气液反应装置不仅能够有效克服因反应控制变量多造成反应不稳定，导致反应速度和效率低下的问题；而且能够利用自循环降低反应过程能耗，降低生产成本。

Description

一种自循环气液反应装置

技术领域

本发明涉及气液反应器领域，尤其涉及一种自循环气液反应装置。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，化工行业内气液反应器按气液相接触形态可分为：气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡反应器、搅拌鼓泡反应器和板式反应器。一般采用液相喷淋、气相鼓泡等方式进行气液相接触反应，液相喷淋主要采用强制循环泵，配合安装分布器、塔板或填料确保液相分布效果，气相一般采用分布管、曝气头等鼓泡进入，如反应是吸热或放热反应，在液相外循环过程中对物料温度进行控制，或采取冷却(加热)介质内循环方式进行降温。然而，本发明人在长期的工作实践中发现：反应过程因采取强制循环、强制热量移出等方式造成反应过程能耗高，影响反应条件变量多，反应不稳定、效率低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种自循环气液反应装置。本发明的气液反应装置不仅能够有效克服因反应控制变量多造成反应不稳定，导致反应速度和效率低下的问题；而且能够利用自循环降低反应过程能耗，降低生产成本。为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：

一种自循环气液反应装置，包括：罐体、液相进料口、上管板、下管板、恒温介质进口、恒温介质出口、液相物料分布器、气液相反应管、自循环管、气相物料输送管、喷头和反应产物出口。所述罐体为立式结构，由筒体及其两端的上封头、下封头组成，所述上封头上设置有放空口。所述液相进料口设置在筒体的上部。所述上管板、下管板均固定在筒体的下部，且下管板靠近下封头设置；上管板、下管板与筒体之间形成封闭空间。所述恒温介质进口、恒温介质出口均设置在所述封闭空间上。所述液相物料分布器设置在上管板和液相进料口之间。所述气液相反应管、自循环管各自的两端分别与上管板、下管板上的通孔连接，且气液相反应管与自循环管间隔设置。所述气相物料输送管设置在下管板的下方，气液相反应管的下端口中设置有喷头，且喷头与气相物料输送管连通。所述反应产物出口设置在下封头上。

进一步地，所述喷头为螺旋喷头；其作用之一是将气相喷入气液相反应管中与液相反应，并形成一定的冲击力，促进气液充分接触。

进一步地，所述气相物料输送管为从中心向外绕制而成的环形管，其上分布的喷头与气液相反应管的分布相同；即每个气液相反应管的下端口均对应一个喷头。

进一步地，所述气液相反应管的上端超出上管板，而自循环管的下端均超出下管板，超出的高度与不同物料性质有关，但均可实现无需外力进行的自循环。

进一步地，所述上管板、下管板均为圆形，其焊接在筒体的内壁上，从而在上管板、下管板之间形成封闭空间，该封闭空间用于恒温介质的循环，而恒温介质进口、恒温介质出口均与该封闭空间连通，气液相反应管和自循环管同时也作为换热管。

进一步地，所述气液相反应管与自循环管均采用圆盘分布，实现物料组分分布均匀，充分气液混合，有效提高原料的转化率，提高反应效率。

进一步地，所述气液相反应管采用波纹管，形成反应过程湍流扰动，以促进气液相反应。

进一步地，所述放空口与尾气系统管网连通，以便于反应器内气体排出，保持内部压力正常。

进一步地，所述上封头、下封头均为椭圆形封头，用于封闭筒体的两端。

进一步地，所述气液相反应管与自循环管的管径与装置生产负荷有关，但采取任何管径均可实现利用热虹吸产生自循环。

进一步地，所述液相进料口和液相物料分布器之间还设置有浮阀塔板。浮阀板式塔负荷调整幅度大，有利于满足不同工况，同负荷情况下未反应完全尾气再利用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过采用间隔分布的气液相反应管和自循环管，利用反应初期反应管内气液相混合物料相对密度小，反应完后循环管内为纯液相物料相对密度大，利用物料密度的差别，形成循环管和反应管之间位差，实现物料自身势能转化，形成反应管和循环管之间虹吸效应，进行物料的自动循环，保持液相物料自上而下(液相循环管内)，自下而上(气液相反应管内)持续实现自动循环，实现与气体充分混合，提高反应效率，减少强制循环产生的能耗。

(2)由于恒温介质从恒温介质进口进入上、下管板之间后分布在气液相反应管、自循环管之间。即本发明采用壳程换热管(气液相反应管、自循环管)浸泡方式实现恒温反应，利用热量沿内换热管壁传递到管内的恒温介质。管内的恒温介质传热后温度产生小幅温差，温度差别导致冷却介质局部产生密度差别，高于恒温系统温度的热量随密度减小进行上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热虹吸的不断上移并储存在上部，同时温度较低的冷却介质沿管的另一侧不断补充如此循环往复，配套冷却设备将热量移出，最终整个恒温系统保持在一定的温度。从而防止出现局部温度过高的问题，同时实现恒温反应，确保反应工况稳定，减少反应影响因素，实现反应持续、高效进行。

(3)本发明采用了螺旋喷嘴结构，其形成的冲击力与气液相反应管(波纹管)配合，能够形成反应过程湍流扰动，保证气液混合效果，充分实现气液混合，促进气液相反应进行，有效提高原料的转化率，提高反应效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中气液相反应管和自循环管的分布示意图。

图2为本发明实施例中自循环气液反应装置的结构示意图。

上述附图中标记分别代表：1-罐体、1.1-筒体、1.2-上封头、1.3-下封头、1.4-放空口；2-液相进料口；3-上管板；4-下管板；5-恒温介质进口；6-恒温介质出口；7-液相物料分布器；8-气液相反应管；9-自循环管；10-气相物料输送管；11-喷头；12-反应产物出口。

具体实施方式

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如前文所述，现有的一些气液反应器由于在反应过程因采取强制循环、强制热量移出等方式造成反应过程能耗高，影响反应条件变量多，反应不稳定、效率低。因此，本发明提出了一种自循环气液反应装置；现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参考图1，示例一种本发明设计的自循环气液反应装置，包括：罐体1、液相进料口2、上管板3、下管板4、恒温介质进口5、恒温介质出口6、液相物料分布器7、气液相反应管8、自循环管9、气相物料输送管10、喷头11和反应产物出口12。

所述罐体1为圆筒形的立式结构，其由筒体1.1及其两端的上封头1.2、下封头1.3组成，所述上封头1.2、下封头1.3均为常见的椭圆形封头，用于封闭筒体1.1的两端。需要说明的是，筒体结构和封头结构的设置并不影响反应装置内反应液、气体等的反应效果。

进一步地，由于未反应的气体上浮后聚集在筒体1.1的上部，因此，所述上封头1.1上还设置有放空口1.4，以保持反应装置内部的气压正常，保证气液反应的正常进行。

所述液相进料口2设置在筒体1.1的上部，液相物料通过液相进料口2进入筒体后再由液相物料分布器7均均匀分布后进入下方区域参与气液反应。

所述上管板3、下管板4均为圆形，其焊接在筒体1.1的内壁上，且上管板3、下管板4均设置在筒体1.1的下部，下管板4靠近下封头1.3设置；从而在上管板3、下管板4之间形成封闭空间，该封闭空间用于恒温介质的循环。而恒温介质进口5、恒温介质出口6固定在筒体1.1上，且均与该封闭空间连通，气液相反应管8和自循环管9同时也作为换热管。通过采用换热管浸泡方式实现恒温反应，可以利用冷却介质热虹吸效应，实现热量及时移出，能够有效调节反应温度，防止出现局部温度过高的问题，同时实现恒温反应，确保反应工况稳定，减少影响因素，实现反应持续、高效进行。

所述液相物料分布器7设置在上管板3和液相进料口2之间。通过液相进料口2进入筒体后再由液相物料分布器7进行均均匀分布，可以防止液相物料的输入速率等的变化带来的变化引起后续气液反应波动，干扰反应。

所述气液相反应管8、自循环管9各自的两端分别与上管板3、下管板4上的通孔连接，且气液相反应管8与自循环管9间隔设置。所述气相物料输送管10设置在下管板4的下方，气液相反应管8的下端口中设置有喷头11，且喷头11与气相物料输送管10连通。所述反应产物出口12设置在下封头1.3上。通过采用间隔分布的气液相反应管和自循环管，从而能够利用反应过程物料密度差，实现自身势能转化，并利用虹吸效应，保持反应液相自下而上持续自循环，实现与气体充分混合，提高反应效率，减少强制循环产生的能耗。

可以理解的是，在所述上述实施例的基础上，还可衍生出包括但不限于以下的技术方案，以解决不同的技术问题，实现不同的发明目的，具体示例如下：

在本发明的另外一些实施例中，所述喷头11为螺旋喷头，所述气液相反应管8采用波纹管。喷嘴的作用不仅仅是将气相喷入气液相反应管8中与液相反应，而且其能够形成一定的冲击力，然后与波纹管配合后形成反应过程湍流扰动效果，充分实现气液混合，促进气液相反应进行，有效提高原料的转化率，提高反应效率。

在本发明的另外一些实施例中，所述气相物料输送管10为从中心向外绕制而成的环形管，其上分布的喷头11与气液相反应管8的分布相同，即每个气液相反应管8的下端口均对应一个喷头11。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述气液相反应管8的上端超出上管板3，而自循环管9的下端均超出下管板4，与管板之间形成的高度差有助于提升物料的势能，促进自循环。需要说明的是，超出的高度与不同物料性质有关，但均可实现无需外力进行的自循环。

进一步地，在本发明的一些实施例中，参考图2，所述气液相反应管8与自循环管9均采用圆盘分布，实现物料组分分布均匀，充分气液混合，有效提高原料的转化率，提高反应效率。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述放空口1.4与尾气系统管网连通，不仅可以排除反应器内气体，保持内部压力正常，而且有助于气体的统一回收、利用，而且有些用于气液反应的气体具有污染性，不能随意排放，因此，对于这类反应，将放空口1.4与尾气系统管网连通是必要的。

进一步地，在本发明的一些实施例中，本发明还在所述液相进料口2和液相物料分布器7之间设置和浮阀塔板13。浮阀板式塔负荷调整幅度大，有利于满足不同工况，同负荷情况下未反应完全尾气再利用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自循环气液反应装置，其特征在于，包括：

立式结构的罐体，其由筒体及其两端的上封头、下封头组成，上封头上设置放空口；筒体的上部设置有液相进料口；下封头上设置有反应产物出口；

上管板、下管板均固定在筒体内，且下管板靠近下封头设置，上管板、下管板与筒体之间形成封闭空间；

恒温介质进口、恒温介质出口均设置在筒体上，且与所述封闭空间连通；

气液相反应管、自循环管各自的两端分别与上管板、下管板上的通孔连接，且气液相反应管与自循环管间隔设置；

气相物料输送管设置在下管板的下方，气液相反应管的下端口中设置有喷头，且喷头与气相物料输送管连通。

2.如权利要求1所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述气液相反应管采用波纹管。

3.如权利要求2所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述喷头为螺旋喷头。

4.如权利要求1所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述气液相反应管的上端超出上管板，自循环管的下端超出下管板。

5.如权利要求1所述的自循环气液反应装置，其特征在于，上管板和液相进料口之间还设置有液相物料分布器；优选地，所述上封头、下封头均为椭圆形封头。

6.如权利要求1所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述液相进料口和液相物料分布器之间还设置有浮阀塔板。

7.如权利要求1所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述放空口与尾气系统管网连通。

8.如权利要求1-7任一项所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述气相物料输送管为从中心向外绕制而成的环形管，其上分布的喷头与气液相反应管的分布相同。

9.如权利要求1-7任一项所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述上管板、下管板均为圆形，其焊接在筒体的内壁上。

10.如权利要求1-7任一项所述的自循环气液反应装置，其特征在于，所述气液相反应管与自循环管均采用圆盘分布。

Images