CN113694835A - 一种螺旋推进固定床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋推进固定床反应器，涉及催化反应器技术领域。该螺旋推进固定床反应器，包括：反应气进口喷嘴、上封头、壳体、反应气出口管道、下封头，所述壳体的上端焊接上封头，所述壳体的下端焊接下封头，所述反应气进气口喷嘴焊接于上封头上，所述反应气出口管道焊接于下封头上。通过对反应器的壳体以及反应气进口喷嘴结构进行优化，提高反应气流动过程中与催化剂的接触面积与停留时间，同时降低流动过程沿程阻力，在降低设备功耗的基础上提高设备整体运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及催化反应器技术领域，具体地，涉及一种螺旋推进固定床反应器。
背景技术
反应物为气相，催化剂为固相颗粒的气、固非均相催化反应是化工领域极为常见的反应类型。固定床反应器是实现此类反应的最重要的设备之一，具有反应速率高、催化剂不易跑损或磨损等突出优点。因此，国内、外众多学者对固定床反应器进行了大量研究，并相继推出一系列产品。例如，CN202020045059.3公开了一种固定床反应器，主体结构为圆柱形筒体，通过给圆柱形筒体内的反应体系加热，有效提高催化反应效率；再如，CN201811042302.X公开了一种气固相接触催化反应的螺旋板固定床反应器，其主体结构为圆柱形筒体，在筒体内部设置螺旋状的反应段与换热段，使反应气依次进入各反应段，从而提高反应率。不难发现，目前面世的固定床反应器均采用圆柱形筒体，对筒体内的结构进行改进和优化，从而提高催化反应率。但是，该类方法的实质是增加了反应气与催化剂的反应时间，同时会大大增加反应气的流动阻力，造成风机或泵的功耗急剧增加。因此，有必要对固定床反应器的结构进行总体设计与优化，实现反应效率与功耗的最优平衡。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种螺旋推进固定床反应器。通过对反应器的壳体以及反应气进口喷嘴结构进行优化，提高反应气流动过程中与催化剂的接触面积与停留时间，同时降低流动过程沿程阻力，在降低设备功耗的基础上提高设备整体运行效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种螺旋推进固定床反应器，包括：反应气进口喷嘴、上封头、壳体、反应气出口管道、下封头，所述壳体的上端焊接上封头，所述壳体的下端焊接下封头，所述反应气进气口喷嘴焊接于上封头上，所述反应气出口管道焊接于下封头上。
进一步地，所述反应气进口喷嘴包括：进口喷嘴主体、进口喷嘴前端盖、进口喷嘴径向槽、反应气喷嘴出口，所述进口喷嘴主体与进口喷嘴前端盖通过螺纹连接，所述进口喷嘴主体中设有连接的进口喷嘴径向槽和反应气喷嘴出口。
进一步地，所述进口喷嘴径向槽中设有斜向径向槽。
进一步地，所述壳体由壳体单元焊接而成，沿轴向螺旋分布；所述壳体单元由筒壁和催化剂床层组成；所述筒壁为中间凸起的圆弧结构；每个壳体单元筒壁中线与上沿连线、下沿连线平行。
进一步地，所述壳体单元筒壁中线与水平线之间的夹角为10°-60°。
进一步地，相邻筒壁之间呈现凹、凸相间的波浪形结构。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明螺旋推进固定床反应器，通过对壳体进行优化，使之整体呈现非对称的轴向螺旋结构，反应气进入壳体后的流动轨迹为螺旋线形，一方面在离心力的作用下，使部分反应气能够充分覆盖壳体壁面附近区域，增大有效催化范围，提高设备整体运行效率，反应气沿螺旋线流动，能够有效降低沿程阻力损失，降低风机、泵等配套设备的功耗。同时，通过各壳体单元焊接后形成波浪形壁面，使得反应气在运动过程中，易形成径向界面的二次流动，再次增强与催化剂的有效接触面积与接触时间内，从而提高催化剂反应效率。通过对反应器进口喷嘴结构进行优化，使得反应气在径向槽作用下以螺旋形式进入壳体，可以极大增加反应气与催化剂的有效接触范围与停留时间，显著提高催化剂有效使用率。
附图说明
图1为本发明螺旋推进固定床反应器的整体结构示意图；
图2为本发明中反应气进口喷嘴的结构示意图；
图3为本发明实施例1所提供的固定床反应器中反应气进口喷嘴的横截面示意图；
图4为本发明实施例2所提供的固定床反应器中反应气进口喷嘴的横截面示意图；
图5为本发明中壳体单元的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图和实施例进行简单介绍。显而易见地，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。
如图1为本发明螺旋推进固定床反应器的结构示意图，该螺旋推进固定床反应器包括：反应气进口喷嘴1、上封头2、壳体3、反应气出口管道4、下封头5，壳体3的上端焊接上封头2，壳体3的下端焊接下封头5，反应气进气口喷嘴1焊接于上封头2上，反应气出口管道4焊接于下封头上。本发明提供的螺旋推进固定床反应器，通过对壳体、反应气进口喷嘴等结构进行优化，提高反应气与催化剂的有效接触范围与停留时间，从而提高设备整体运行效率，并有效降低设备整体功耗。
如图2为反应气进口喷嘴的结构示意图，该反应气进口喷嘴1包括：进口喷嘴主体11、进口喷嘴前端盖12、进口喷嘴径向槽13、反应气喷嘴出口14，进口喷嘴主体11与进口喷嘴前端盖12通过螺纹连接，进口喷嘴主体11中设有连接的进口喷嘴径向槽13和反应气喷嘴出口14，本发明的进口喷嘴径向槽13中设有斜向径向槽。本发明中反应器进口喷嘴主体11通过焊接与气体输运管道进行连接，反应气经进口喷嘴径向槽13进入反应气喷嘴出口14，以螺旋旋转方式进入固定床反应器的壳体，通过螺旋旋转方式流动的反应气能够有效增加与催化剂的有效接触面积，提高催化剂的有效利用率。
与现有固定床反应器的圆柱形或桶形壳体结构不同，本发明中壳体3由壳体单元焊接而成，沿轴向螺旋分布；如图5，本发明中的壳体单元由筒壁31和催化剂床层32组成；其中，筒壁31为中间凸起的圆弧结构，使得壳体3的壁面一方面形成轴向的螺旋结构，另一方面使得相邻筒壁31之间呈现凹、凸相间的波浪形结构。每个壳体单元筒壁中线与上沿连线、下沿连线平行，壳体单元筒壁中线与水平线之间的夹角为10°-60°，反应气体进入壳体3后，在离心力作用下，径向横截面内产生垂直于主流方向的二次流动，实现壳体全范围内催化剂的有效覆盖，提高了催化剂的有效接触面积与停留时间，使设备反应效率显著增加。反应气沿着壳体单元圆弧形结构所形成的波浪结构运动，能够增加与壳体壁面接触过程中的湍流程度，再次提高壳体壁面附近区域反应气与催化剂的有效接触面积与停留时间，保障壳体内所有区域的催化剂能够有效与反应气进行催化反应。同时，反应气沿着螺旋线轨迹流动，能够极大降低流动过程所产生的沿程阻力损失，从而减小风机、泵等辅助机械的功耗。
实施例1
如图3，本实施例所提供的螺旋推进固定床反应器的反应气进气口喷嘴1的内部包含的斜向径向槽的数量为四个，每个径向槽与喷嘴主体横截面的半径方向之间的夹角α为90°。通过气体输运管道流出的反应气通过斜向径向槽后，进入反应气喷嘴出口14，以与喷嘴横截面半径方向夹角为90°方向进入反应器的壳体3，进入壳体3的反应气包含四个斜向径向槽流入的四支分流，在反应器内部以螺旋形式沿着壳体螺旋线流动，并与催化剂进行反应；同时由于壳体3的壳体单元沿轴向螺旋分布，反应气沿着壳体单元的圆弧形结构所形成的波浪结构运动，能够增加与壳体壁面接触过程中的湍流程度，再次提高壳体壁面附近区域反应气与催化剂的有效接触面积与停留时间，保障壳体内所有区域的催化剂能够有效与反应气进行催化反应。
实施例2
如图4，本实施例提供所提供的螺旋推进固定床反应器的反应气进气口喷嘴1的内部包含的斜向径向槽的数量为三个，每个斜向径向槽与喷嘴主体横截面的半径方向之间的夹角α为30°、60°、90°。通过气体输运管道流出的反应气通过斜向径向槽后，进入反应气喷嘴出口14，以与喷嘴横截面半径方向夹角为30°、60°、90°方向进入反应器的壳体。进入反应器壳体的反应气包含三个径向槽流入的三支分流，在反应器内部以螺旋形式沿着壳体螺旋线流动，并与催化剂反应，极大增加反应气与催化剂的有效接触范围与停留时间，显著提高催化剂有效使用率。
实际应用过程中，反应气进口喷嘴内的斜向径向槽数量以及与喷嘴横截面半径方向之间的夹角不局限于本发明所涉及的实施例，可根据实际工况需要进行设计。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种螺旋推进固定床反应器，其特征在于，包括：反应气进口喷嘴（1）、上封头（2）、壳体（3）、反应气出口管道（4）、下封头（5），所述壳体（3）的上端焊接上封头（2），所述壳体（3）的下端焊接下封头（5），所述反应气进气口喷嘴（1）焊接于上封头（2）上，所述反应气出口管道（4）焊接于下封头上。
2.根据权利要求1所述螺旋推进固定床反应器，其特征在于，所述反应气进口喷嘴（1）包括：进口喷嘴主体（11）、进口喷嘴前端盖（12）、进口喷嘴径向槽（13）、反应气喷嘴出口（14），所述进口喷嘴主体（11）与进口喷嘴前端盖（12）通过螺纹连接，所述进口喷嘴主体（11）中设有连接的进口喷嘴径向槽（13）和反应气喷嘴出口（14）。
3.根据权利要求2所述螺旋推进固定床反应器，其特征在于，所述进口喷嘴径向槽（13）中设有斜向径向槽。
4.根据权利要求1所述螺旋推进固定床反应器，其特征在于，所述壳体（3）由壳体单元焊接而成，沿轴向螺旋分布；所述壳体单元由筒壁（31）和催化剂床层（32）组成，所述筒壁（31）为中间凸起的圆弧结构，每个壳体单元筒壁中线与上沿连线、下沿连线平行。
5.根据权利要求4所述螺旋推进固定床反应器，其特征在于，所述壳体单元筒壁中线与水平线之间的夹角为10°-60°。
6.根据权利要求4所述螺旋推进固定床反应器，其特征在于，相邻筒壁（31）之间呈现凹、凸相间的波浪形结构。
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