CN1559657A - 一种分体式可调拟流化床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明一种分体式可调拟流化床反应器涉及的是一种用于各类气－液－固三相反应的新型分体式可调拟流化床反应器，属于环境、生物及化工领域。其结构包括分体式塔体、导流桶、气体分布器、气－液－固三相分离器、视镜、导流桶调节杆、塔间液体连接管线、塔间气体连接管线、固体排放口、液体排放口。分体式塔体内装有可调导流桶，导流桶上端安装有导流桶调节杆，分体式可调塔体上部装有气－液－固三相分离器，分体式塔体的下部装有可自由拆装的气体分布器。分体式塔体为1个或多个塔体，每个塔体都能够单独地运行，可根据操作条件单独装填不同类型及不同装填量的催化颗粒剂，通入不同的反应气体和液体，同时自由调节单个塔体的流化区域和沉降区域。

Description

一种分体式可调拟流化床反应器

技术领域

本发明一种分体式可调拟流化床反应器涉及的是一种用于各类气-液-固三相反应的新型分体式可调拟流化床反应器，属于环境、生物及化工领域。

背景技术

目前气-液-固三相反应器广泛应用于环境工程，生物工程、化学工程及其它工业过程中。通常，气-液-固三相反应均采用鼓泡式反应器或搅拌釜式反应器。这两类传统反应器效率低，能耗高，应用领域受到反应体系的限制。在这些反应过程中气-液-固三相的有效混合，传质效率，操作弹性及有效维护是反应器的重要性能。

基于鼓泡式反应器发展起来的内循环流反应器是在反应器内引入导流桶，是流体在反应器内产生循环流动，从而加强了气-液-固三相混合效果，反应器的总体传质速率也高于传统的鼓泡式反应器。

但是，传统的内环流反应器存在着几个严重的缺陷，即导流桶的直径与反应器的内径的比值恒定，导流桶在反应器内的位置固定，一旦反应器加工完成就很难在较大程度上改变反应器的流化区域与沉降区域、气-液-固三相的性质及操作条件，操作弹性较低。另外，由于传统的内环流反应器的高径比要求较高，对于工业放大带来困难。大型一体式气-液-固三相内环流反应器运行时，能耗较高，结构复杂，气泡兼并性较大，操作弹性低，维护费用较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述传统的一体式气-液-固三相内环流反应器存在的不足之处提供一种分体式可调拟流化床反应器，这种新型分体式可调拟流化床反应器采用了分体式塔体，灵活的可调节气液连接管线及可自由调节的导流桶，完全解决了传统的一体式气-液-固三相内环流反应器能耗较高、结构复杂、操作弹性低、维护费用较高的缺陷；其流体力学性能良好、传质速率高以及物料混合充分。由于采用了分体式塔体，可在反应器的单个塔体中根据要求装填不同类型及不同装填量的催化剂颗粒，通入不同性质和不同流速及压力的反应气体和液体。反应器启动较快，达到正常运行要求时间较短，气体兼并性较小；灵活的可调节气液连接管线及可调节直径、长度及位置的导流桶能自由调节可调拟流化床反应器的流化区域和沉降区域，使得反应器能耗低，加工方便，反应器材质要求较低，操作弹性大，维护简单，可广泛地应用于各类气-液-固三相反应过程中。

一种分体式可调拟流化床反应器是采取以下方案实现的：分体式可调拟流化床反应器结构包括分体式塔体、导流桶、气体分布器、气-液-固三相分离器、视镜、导流桶调节杆、塔间液体连接管线、塔间气体连接管线、固体排放口、液体排放口。分体式塔体内装有可调导流桶，导流桶上端安装有导流桶调节杆，分体式塔体的下部装有可自由拆装的气体分布器，分体式可调塔体的上部装有气-液-固三相分离器，分体式塔体上装有视镜，分体式塔体下部装置有固体排放口、液体排放口。

分体式塔体可为一个或多个塔体，每个塔体都能够单独运行或多个塔体组合运行。分体式可调塔体的塔体之间装置有液体连接管线、多个液体控制阀门，分体式塔体的塔体之间装置有气体连接管线、多个气体控制阀门。

本发明新型分体式可调拟流化床反应器的特点是：

1.本发明新型分体式可调拟流化床反应器由分体式塔体、导流桶、气体分布器、气-液-固三相分离器、视镜、导流桶调节杆、塔间液体连接管线、塔间气体连接管线、固体排放口、液体排放口构成，设计结构简单，可操作性好。

2.分体式可调塔体为1个或多个塔体，每个塔体都能够单独地运行，可根据操作条件单独装填不同类型及不同装填量的催化剂颗粒、通入不同的反应气体和反应液体，及自由调节单个塔体的流化区域和沉降区域。反应器启动较快，达到正常运行要求时间较短，能耗较低，加工方便，反应器材质要求较低，。

3.分体式塔体的单个塔体的下部装有可自由拆装的气体分布器，反应气体经气体分布器进入塔体，气泡在分体式塔体的单个塔体一经产生，由于气体的喷射力和密度差，气泡团将带动导流桶内的液体向上运动，同时带动固体颗粒的向上运动，固体颗粒在反应器内分布均匀，不发生局部堆积；传质效率高，物料混合充分。

4.分体式塔体的单个塔体的导流桶上端安装有导流桶调节杆，调节杆为2根螺杆，可径向自由调节的导流桶位置及导流桶的大小和直径，在反应器操作条件改变时使反应器工作正常。

5.分体式塔体的单个塔体之间的液体可通过塔间液体连接管线输送；通过调节不同的进出水阀门，可使分体式塔体的单个塔体在并联或串联之间自由变换，且可自由调节单个塔体的液相水力停留时间。分体式可调塔体的单个塔体之间的气体可通过塔间气体连接管线输送；通过调节不同的进气阀门，可使分体式可调塔体的单个塔体中的气体在不同性质的气体之间自由变换，且可自由调节单个塔体的进气量及压力；反应器操作弹性较大。

附图说明

以下将结合附图对本发明分体式可调拟流化床反应器作进一步说明。

图1是本发明分体式可调拟流化床反应器的主体结构图(以分体式塔体包含3个塔体为例)。

图2是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的导流桶调节杆结构图。

图3是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的气体分布器结构图。

图4是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的气-液-固三相分离器结构图。

图5是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的气-液-固三相分离器的分离挡板示意图。

图6是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的视镜结构图；

图7是本发明分体式可调拟流化床反应器的塔间液体连接管线输送结构图(以分体式塔体包含3个塔体为例)；

图8是本发明分体式可调拟流化床反应器的塔间气体连接管线输送结构图(以分体式塔体包含3个塔体为例)；

图9是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的固体排放口和液体排放口结构图；

图10是本发明分体式可调拟流化床反应器单个塔体的流化状态图。

具体实施方式

参照附图1～10，一种分体式可调拟流化床反应器结构包括分体式塔体1，导流桶2，气体分布器3，气-液-固三相分离器4，视镜5，导流桶调节杆6，塔间液体连接管线7，塔间气体连接管线8，固体排放口9，液体排放口10。分体式塔体1内装有导流桶2，导流桶2上端安装有导流桶调节杆6，分体式塔体1的下部装有可自由拆装的气体分布器3，分体式塔体1的上部装有气-液-固三相分离器4，分体式塔体1上装有视镜5，分体式塔体1下部装置有固体排放口9、液体排放口10。

分体式塔体可为一个或多个塔体，每个塔体都能够单独运行或多个塔体组合运行。分体式塔体的塔体之间装置有液体连接管线、多个液体控制阀门，分体式塔体的塔体之间装置有气体连接管线、多个气体控制阀门。

如附图1所示，分体式可调塔体为1个或多个塔体(图中以分体式可调塔体包含3个塔体为例)，每个塔体都可单独运行，可根据操作条件单独装填不同类型及不同装填量的催化剂颗粒，通入不同的反应气体和液体。

如附图2所示，分体式塔体的单个塔体的导流桶2上端安装有导流桶调节杆6；导流桶调节杆为2根螺杆，导流桶调节杆6上部与气-液-固三相分离器4连接，可径向自由调节长度及导流桶的大小和直径。在反应器操作条件改变时，通过适当调节导流桶的调节杆的长度，改变导流桶在塔体中的位置，或在必要时更换导流桶，改变导流桶直径与单个塔体的内径之比，调节单个塔体的流化区域和沉降区域，从而使反应器获得所要求的工作状态。

如附图3、10所示，分体式塔体单个塔体的气体分布器3安装于塔体的下部，可自由拆装。反应气体在塔体下部经气体分布器3进入，立即在气体分布器周围均匀产生大量气泡，也即在气体分布器周围形成稀的相区，稀相区的密度小于周围的液体，在密度差和气体进入反应器内的冲力作用下，气泡连同稀相区的液体和固体在导流桶内部向上运动，导流桶2外部的液体和固体向下运动，形成循环。气体在液相中溶解度高，固体颗粒在反应器内分布均匀，不发生局部堆积，反应器内传质效率高，物料混合充分。

如附图4、5所示，一种分体式可调拟流化床反应器单个塔体的气-液-固三相分离器4安装于塔体的上部，安装有多孔分离挡板23。这一设计能够使得反应器内的气-液-固三相在塔体的上部及时有效的分离，固相随液相向下运动，气相分离到塔外，液相的一部分通过阀门的控制分离出塔体。

如附图7所示，一种分体式可调拟流化床反应器的塔间液体连接管线(以分体式塔体包含3个塔体为例)通过多个阀门控制，可使分体式可调拟流化床反应器的单个塔体在并联或串联之间自由变换，且可自由调节单个塔体的液相水力停留时间。并联反应时，只需打开阀门1′、4′、5′、6′、7′、8′、9′、10′，关闭阀门2′、3′即可。串联反应时，只需打开阀门1′、2′、3′、6′、7′、10′，关闭阀门4′、5′、8′、9′即可。

如附图8所示，新型分体式可调拟流化床反应器的塔间气体连接管线输送结构图(以分体式塔体包含3个塔体为例)通过多个阀门11、12、13、14、15、16控制，可使分体式可调塔体的单个塔体中的气体在不同性质的气体之间自由变换，同时调节进气阀门大小，观察进气流量计，可以使新型分体式可调拟流化床反应器的单个塔体在不同的进气流量下工作。

如附图9所示，一种分体式可调拟流化床反应器的单个塔体下部都安装有液体排放口和固体排放口。调节阀门17、18、19可以将反应器内的液体完全或部分排出，调节阀门20、21、22可以将反应器内的固体完全或部分排出。这一设计，不仅方便装料和放料，同时方便在整体反应器连续工作时对单个塔体进行维修调试。

如附图10所示，一种分体式可调拟流化床反应器的单个塔体流化状态，反应气体经气体分布器进入塔体，气泡在分体式塔体的单个塔体一经产生，由于气体的喷射力和密度差，气泡团将带动导流桶内的液体向上运动，同时带动固体颗粒的向上运动，固体颗粒在反应器内分布均匀，不发生局部堆积。传质效率高，物料混合充分。

下面介绍本发明的几个具体实施例：

实施例1：高浓度对苯二甲酸(PTA)生产废水的处理

反应器：3级分体式可调拟流化床反应器；反应器体积：720升。

某大型石化公司高浓度对苯二甲酸(PTA)生产废水，主要含有对苯二甲酸、乙酸、乙酸甲酯等，COD为3000-4000mg/l，采用连续操作，操作温度在15-30℃，废水在反应器中的水力停留时间为8h，日处理量为2.16吨废水/日，含有菌株的固定化颗粒装填量为40-50％(体积分数)，经处理后水的COD小于100-200mg/l。COD去除率大于95％。

实施例2：高浓度印染废水的处理

反应器：3级分体式可调拟流化床反应器(1、2、3级塔体装填不同的催化颗粒)；

反应器体积：2.4吨。

某印染厂高浓度印染废水，主要含有苯胺、对苯二甲酸、蒽醌类芳香族化合物等，COD为3000-5000mg/l，采用连续操作，操作温度在6-25℃，废水在反应器中的水力停留时间为10h，日处理量为5.76吨废水/日，1级塔体化学催化颗粒装填量为40-50％(体积分数)，2、3级塔体生物催化颗粒装填量为50％(体积分数)，经处理后水的COD小于100mg/l。COD去除率大于97％。

实施例3：高浓度餐饮废水的处理

反应器：2级分体式可调拟流化床反应器；反应器体积：500升。

某大型酒店高浓度餐饮废水，主要含有蛋白质、脂肪、淀粉等，COD为2000-5000mg/l，采用连续操作，操作温度在15-25℃，废水在反应器中的水力停留时间为6h，日处理量为2吨废水/日，含有菌株的固定化颗粒装填量为40-50％(体积分数)，经处理后水的COD小于100mg/l。COD去除率大于98％。

实施例4：富马酸的转化

反应器：3级分体式可调拟流化床反应器；反应器体积：2吨。

某生化制药厂将富马酸转化为延胡索酸，采用连续操作，操作温度在25-30℃，富马酸溶液在反应器中的水力停留时间为2h，日处理量为24吨富马酸溶液/日，含有菌株的固定化颗粒装填量为40-50％(体积分数)，经处理后延胡索酸转化率大于95％。

Claims (8)

1.一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于结构包括分体式塔体、导流桶、气体分布器、气-液-固三相分离器、视镜、导流桶调节杆、塔间液体连接管线、塔间气体连接管线、固体排放口、液体排放口，分体式塔体内装有可调导流桶，导流桶上端安装有导流桶调节杆，分体式塔体上部装有气-液-固三相分离器，分体式塔体的下部装有可自由拆装的气体分布器。

2.根据权利要求1所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体为1个或多个塔体，每个塔体都能够单独地运行，多个塔体组合运行，根据操作条件单独装填不同类型及不同装填量的催化剂颗粒，通入不同的反应气体和液体，同时自由调节单个塔体的流化区域和沉降区域。

3.根据权利要求1所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体的单个塔体的总高与单个塔体的内径之比为6-12，导流桶直径与单个塔体的内径之比为0.3-0.6。

4.根据权利要求1所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体的单个塔体的导流桶上端安装有导流桶调节杆，调节杆为2根螺杆；导流桶调节杆上部与气-液-固三相分离器连接，可径向自由调节导流桶的长度、位置及导流桶的直径。

5.根据权利要求1或2所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体的单个塔体的导流桶的下端距气体分布器的距离与内导流桶直径之比为0.5-1.5；导流桶的上端距离气-液-固三相分离器的距离与内导流桶直径之比为1-3；分体式塔体的单个塔体上下两端安装视镜；下端视镜距气体分布器上端的距离与内导流桶直径之比为0.5-1，上端视镜距气-液-固三相分离器的距离与内导流桶直径之比为1-1.5。

6.根据权利要求1或2所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体的塔体之间装置有液体连接管线，多个液体控制阀门，分体式塔体的单个塔体之间的液体通过塔间液体连接管线输送；通过调节阀门，使分体式塔体的单个塔体在并联或串联之间自由变换，且能自由调节单个塔体的液相水力停留时间。

7.根据权利要求1或2所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体的塔体之间装置有气体连接管线，多个气体控制阀门，分体式可调塔体的单个塔体之间的气体可通过塔间气体连接管线输送；通过调节阀门，使分体式塔体的单个塔体中的气体在不同性质的气体之间自由变换，且能自由调节单个塔体的进气量及压力。

8.根据权利要求1或2所述的一种分体式可调拟流化床反应器，其特征在于分体式塔体的单个塔体下部安装有固体排放口；分体式塔体的单个塔体下端装有液体排放口。

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