CN116196851A - 连续逆流接触反应方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接触反应领域，公开了一种连续逆流接触反应方法及装置，其中连续逆流接触反应装置包括开设有液相入口、液相出口、气相入口和气相出口并在内部形成有空腔的接触塔塔体、周缘抵接于接触塔塔体的内周壁的液相分布板以及分别安装于液相分布板上的多个接触单元，液相分布板将空腔区分为液相注料区和反应区。从液相入口通入液相注料区的液相原料在流至液相分布板之后从液相注料孔沿接触单元流至反应区，与通过气相入口注入并逆流向上的气相原料进行充分的逆流接触反应，并可通过设置尽可能多的接触单元进一步提高逆流接触反应的效率。

Description

连续逆流接触反应方法及装置

技术领域

本发明涉及接触反应领域，具体地涉及一种连续逆流接触反应方法及其装置。

背景技术

板式塔和填料塔作为石油、化工、精细化工、食品、医药、环保等行业重要的单元设备，广泛应用于精馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作，现有的板式塔可分为精馏塔和萃取塔。

其中，精馏塔为气液两相在塔内逐板错流接触，单板接触面积影响到气液传质效果。现有板式塔分离技术的缺陷在于板与板之间的距离有400毫米到800毫米之间的空间，此空间没有气液接触，也就谈不上传质传热，在轴向的垂直空间利用上非常有限。另外，降液管和受液槽也要占据塔的横截面积的12％左右，此面积也没有传热传质作用，塔板的开孔率也很小(通常不超过15％)，在径向的空间利用上也很有限，这也给改造留下条件和空间。板式塔的塔盘上有50毫米左右的液相，气相以气泡的形式穿过液相，液相为连续相、气相为分散相，不能实现气相液相都为连续相，由于气相为分散相穿过液相的连续相，容易使气相夹带液相造成雾沫夹带，使板式塔的气相速度受到很大限制。在板式塔塔盘上的液相是水平流动的，气相是垂直流动的，也不能实现气相和液相的逆流接触，使接触效率降低。

现有的填料塔气液两相在塔内沿填料层高度逆流接触。填料塔理论上优于板式塔，既有传质/传热的面积大，又有全塔空塔线速低、气体停留时间长的优点，但填料的安装条件苛刻，客观存在有“器壁效应(液体顺器壁流动)”；另一方面气相是连续相，而液相是分散相，液相也不可能地将现有填料完全润湿，这两个因素造成填料的“干区”的客观存在，必然会影响气、液的传质/传热效果。所以填料塔只能实现逆流接触，而液相不能是连续相，也容易造成气相的雾沫夹带，同样使气相速度受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的逆流接触反应效率低问题，提供一种连续逆流接触反应方法及装置，该连续逆流接触反应装置具有气液两相逆流接触面积大、不易板结堵塞装置等优点。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种连续逆流接触反应装置，包括：接触塔塔体，所述接触塔塔体内部形成有空腔并在塔壁上端设有液相入口和气相出口、在塔壁下端开设有液相出口和气相入口；液相分布板，所述液相分布板的周缘抵接于所述接触塔塔体的内周壁并将所述接触塔塔体的空腔分隔为液相注料区和反应区，所述液相分布板上开设有多个液相注料孔；多个接触单元，各个所述接触单元分别安装于所述液相分布板并对应穿过所述液相注料孔延伸至所述反应区内，以允许由所述液相入口通入至所述液相注料区内的液相原料沿所述接触单元流入至所述反应区。

优选地，所述气相入口开设于所述反应区下端，所述气相出口开设于所述反应区上端。

优选地，所述反应区下端设置有下孔板，所述下孔板将所述接触塔塔体的位于所述液相分布板下方的下部空腔分隔为所述反应区和液相缓冲区。

优选地，所述下孔板开设有与所述液相分布板的液相注料孔相对应的液相出料孔，每个所述接触单元从对应的液相出料孔延伸至所述液相缓冲区。

优选地，所述液相注料孔和所述液相出料孔的直径大于相应所述接触单元的最大外径。

优选地，所述液相出口开设于所述液相缓冲区底部中心最低点。

优选地，各个所述接触单元分别沿竖直方向延伸，并且/或者，各个所述接触单元分别具有圆形、椭圆形、方形、三角形或三叶草形横截面。

优选地，所述接触单元设置为由多条不同材质的线编织成的编织绳。

本发明第二方面提供一种连续逆流接触反应方法，所述连续逆流接触反应方法采用上述的连续逆流接触装置，所述连续逆流接触反应方法包括如下步骤：

S1、通过所述液相入口向接触塔塔体内注入液相原料，通过气相入口向接触塔塔体内注入气相原料；

S2、通过加压方式引导气相原料从所述反应区底端的所述气相入口引导至所述反应区顶端的所述气相出口，并引导液相原料从每个液相注料孔沿接触单元流至所述反应区；

S3、从所述液相出口回收反应结束后的液相原料。

通过上述技术方案，液相分布板将接触塔塔体的内腔区分为液相注料区和反应区，其中液相入口设置于液相注料区，并在流至液相分布板之后从液相分布板的液相注料孔沿接触单元流至反应区，气相入口设置于反应区底部，气相和液相原料注入后，气相原料的流向为向上，液相原料的流向为向下，气液可以在竖直方向上充分进行逆流接触反应，并可通过设置尽可能多的接触单元进一步提高逆流接触反应的效率。

附图说明

图1是连续逆流接触反应装置的结构示意图。

附图标记说明

1、接触塔塔体；11、液相入口；12、液相出口；13、气相入口；14、气相出口；2、液相分布板；3、编织绳；4、下孔板；5、液相注料区；6、反应区；7、液相缓冲区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外；“远、近”是指相对于各部件本身的轮廓的远、近。

本发明首先提供一种连续逆流接触反应装置，用于提高逆流接触反应的传质与传热效果，包括：接触塔塔体1、液相分布板2和多个接触单元，其中，所述接触塔塔体1内部形成有空腔并在塔壁上端设有液相入口11和气相出口14、在塔壁下端开设有液相出口12和气相入口13；所述液相分布板2的周缘抵接于所述接触塔塔体1的内周壁并将所述接触塔塔体1的空腔分隔为液相注料区5和反应区6，所述液相分布板2上开设有多个液相注料孔；各个所述接触单元分别安装于所述液相分布板2并对应穿过所述液相注料孔延伸至所述反应区6内，以允许由所述液相入口11通入至所述液相注料区5内的液相原料沿所述接触单元流入至所述反应区6。

在本装置中，液相原料从所述液相入口11注入接触塔塔体1，该液相入口11设置于接触塔塔体1的顶端，液相入口11的下方是液相分布板2，该液相分布板2的周缘紧密抵接于接触塔塔体1的内壁并开设有多个液相注料孔，避免液相原料沿接触塔塔体1的内壁流下。其中，在接触塔塔体1的内部腔体中，液相分布板2以上空间为液相注料区5，液相分布板2以下的空间为反应区6。每个液相注料孔中固定安装一接触单元，该接触单元穿过液相注料孔延伸至反应区6内，并允许液相原料1沿每个接触单元流至反应区6，在液相原料进入反应区6的过程中，本装置中沿多个接触单元流下的液相原料为连续相。当液相原料完成反应后，从开设于所述接触塔塔体1底部的液相出口12排出。本装置的气相入口13和气相出口14分别位于接触塔的下端和上端，由于接触塔为密闭环境，故气相原料充入后将接触塔内空间填满后从气相出口14排出接触塔，气相出口14开设于气相入口13的上方可以引导气相原料在接触塔塔体1内部形成为向上流动的气流。当气相原料将反应区6填充满后仍然向接触塔塔体6内连续注入气相原料时，气相原料形成为连续相。此时可以实现液相原料沿接触单元自上向下流动、气相原料注入接触塔后自下向上流动，可以形成与液相原料的逆向接触。

在本装置还开设有气相入口13和气相出口14，具体地，该气相入口13设置于反应区6的底部侧壁，气相出口14设置于反应区6的上端侧壁，由于液相分布板2的液相注料孔均被接触单元以及正在流动的液相原料填充，气相原料在充入接触塔后只能从气相出口14离开，因此可以充满反应区6，进而将气相原料变化为连续相，并且该气相原料的流动方向与液相原料的流动方向完全相反，实现了气液原料的逆向连续接触，提高了接触反应的反应效率。该气相入口13和气相出口14分别开始于反应区6的底部和上部可以使气相原料集中于反应区，进而减少气相原料的非必要流动，进一步提高逆流接触反应的反应效率。

为进一步细化接触塔塔体1内部空腔的功能区划分，在反应区6下端还设置有下孔板4，该下孔板4将液相分布板2以下空间区分为反应区6和液相缓冲区7。该下孔板以上为反应区6，气相原料仅填充于反应区6内，并源源不断向反应区6内注入，以此形成气流。液相原料沿接触单元流经反应区6，并最终流入液相缓冲区7，与前述液相分布板2相同，在液相原料流动的过程中，气相原料无法通过液相注料孔，液相缓冲区7内部液相原料不再与气相原料发生接触。

进一步地，为便于将液相原料引导入液相缓冲区7中，该下孔板4与液相分布板2尺寸大小等参数均相适应，且在与液相分布板4的液相注料孔相对应的位置处开设有液相出料孔，接触单元的一端安装至液相注料孔，另一端安装至液相出料孔，每个所述接触单元从对应的液相出料孔延伸至所述液相缓冲区7，以保证液相原料有序流经反应区6后进入液相缓冲区7。

进一步地，为允许接触单元在穿过所述液相分布板2和下孔板4的同时允许液相原料分别在液相注料孔和液相出料孔中沿接触单元流下，该液相注料孔和液相出料孔的直径应当大于接触单元的最大直径。

为保证液相缓冲区中的已参与反应的液相原料能够彻底排出，所述液相出口12开设于所述液相缓冲区7底部中心最低点。

为实现对液相原料的引导作用，该接触单元沿竖直方向延伸，避免发生倾斜后，液相原料在自身重力作用下脱离接触单元，影响逆流接触反应的反应效率。为进一步增强接触单元的引导作用，针对不同的液相原料的自身性质不同，该接触单元可具有圆形、椭圆形、方形、三角形或三叶草形横截面中的一种或者几种。

进一步地，为针对不同的液相原料，该接触单元设置为由多条不同材质的线编织成的编织绳3。

本发明另一方面提供一种连续逆流接触反应方法，连续逆流接触反应方法利用上述连续逆流接触反应装置完成反应。该连续逆流接触反应方法包括如下步骤：

S1、通过所述液相入口11向接触塔塔体1内注入液相原料，通过气相入口13向接触塔塔体1内注入气相原料；

S2、通过加压方式引导气相原料从所述反应区6底端的所述气相入口13引导至所述反应区6顶端的所述气相出口14，并引导液相原料从每个液相注料孔沿接触单元流至所述反应区6；

S3、从所述液相出口12回收反应结束后的液相原料。

首先向接触塔塔体1中注入液相原料和气相原料。

在反应时，从气相原料形成的气流的流向为从气相入口13向气相出口13，整体为自下而上；液相原料在自身重力的作用和接触单元的引导下从上而下流动。在液相原料开始注入后，气相原料无法再次通过液相注料孔和液相出料孔，此时仅将反应区6填充满。其中，气相原料将反应区6填满之后即形成连续相，液相原料本身即为连续相，且气相原料和液相原料本身流向相反，此时连续逆流接触反应的反应效率大大提高。

反应结束后，液相原料流至液相缓冲区7，并在液相缓冲区7底部的液相出口12中流出接触塔塔体1。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种连续逆流接触反应装置，其特征在于，包括：

接触塔塔体(1)，所述接触塔塔体(1)内部形成有空腔并在塔壁上端设有液相入口(11)和气相出口(14)、在塔壁下端开设有液相出口(12)和气相入口(13)；

液相分布板(2)，所述液相分布板(2)的周缘抵接于所述接触塔塔体(1)的内周壁并将所述接触塔塔体(1)的空腔分隔为液相注料区(5)和反应区(6)，所述液相分布板(2)上开设有多个液相注料孔；

多个接触单元，各个所述接触单元分别安装于所述液相分布板(2)并对应穿过所述液相注料孔延伸至所述反应区(6)内，以允许由所述液相入口(11)通入至所述液相注料区(5)内的液相原料沿所述接触单元流入至所述反应区(6)。

2.根据权利要求1所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，所述气相入口(13)开设于所述反应区(6)下端，所述气相出口(14)开设于所述反应区(6)上端。

3.根据权利要求1所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，所述反应区(6)下端设置有下孔板(4)，所述下孔板(4)将所述接触塔塔体(1)的位于所述液相分布板(2)下方的下部空腔分隔为所述反应区(6)和液相缓冲区(7)。

4.根据权利要求3所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，所述下孔板(4)开设有与所述液相分布板(2)的液相注料孔相对应的液相出料孔，每个所述接触单元从对应的液相出料孔延伸至所述液相缓冲区(7)。

5.根据权利要求4所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，所述液相注料孔和所述液相出料孔的直径大于相应所述接触单元的最大外径。

6.根据权利要求3所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，所述液相出口(12)开设于所述液相缓冲区(7)底部中心最低点。

7.根据权利要求1所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，各个所述接触单元分别沿竖直方向延伸，并且/或者，各个所述接触单元分别具有圆形、椭圆形、方形、三角形或三叶草形横截面。

8.根据权利要求1所述的连续逆流接触反应装置，其特征在于，所述接触单元设置为由多条不同材质的线编织成的编织绳(3)。

9.一种连续逆流接触反应方法，其特征在于，所述连续逆流接触反应方法采用权利要求1-8中任意一项所述的连续逆流接触装置，所述连续逆流接触反应方法包括如下步骤：

S1、通过所述液相入口(11)向接触塔塔体(1)内注入液相原料，通过气相入口(13)向接触塔塔体(1)内注入气相原料；

S2、通过加压方式引导气相原料从所述反应区(6)底端的所述气相入口(13)引导至所述反应区(6)顶端的所述气相出口(14)，并引导液相原料从每个液相注料孔沿接触单元流至所述反应区(6)；

S3、从所述液相出口(12)回收反应结束后的液相原料。

Images