CN1867384A - 用于管束反应器的多相液体分配器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液体分配器，用于将两个待均匀分配的液相分配到一个垂直的管束反应器的多个管子中，以便实施化学反应，其中构成管束的各管子的内腔设定用于喷淋床操作，各管子在上端和下端由管子底板固定并且相对于管子外空间封闭，在上管子底板的上方设置一个分配室，该分配室包括用于两种不同的液体和至少一个气相的各供给管道；其中，直接在管子底板的上方或在其上设置一个第一液体分配系统，该第一液体分配系统与至少一个外部的供给装置相连接并且包括一个安装在管子框格以外的具有位于下面的各开口的环形坝和多个进口套管，其中在上端为管束的每一根管子配置一个进口套管，各进口套管构成管形的并且垂直定位并且分别具有至少一个侧面的孔和一个另外的在管子的上方设置的开口以及在下端分别朝配属的管束的管子那边敞开；以及在第一液体分配系统的上方设置一个第二分配系统，该第二液体分配系统与至少另一个外部的供给装置相连接并且包括一个上分配底板和一个下分配底板，其中下分配底板包括多个开口，它们对准地设置在第一液体分配系统的各进口套管的上方并且具有至少一个用以调节开口以上的均匀液面的装置，其中上分配底板与液体的供给装置相连接并且包括多个溢流坝，液体可从这些溢流坝流入到下分配底板中并且每一溢流坝配属于下分配底板的多个开口。

Description

用于管束反应器的多相液体分配器
技术领域
本发明涉及一种液体分配器，用于将两个待均匀分配的液相分配到一个垂直的管束反应器的多个管子中。这样的管束反应器用于实施或强烈放热地或吸热地进行的并且在其中必须保持一定的温度范围的化学反应。在例如用填料装满的管子内腔中进行化学反应的过程中，在外面调节管子的温度，亦即或冷却或加热。各管子通常在上端和下端由管子底板固定并且因此相对于管子外空间封闭或密封。此外通用的管束反应器具有一个外壳以及用于输入管道和排出管道及组装目的的开口。外壳通常还在管子底板的上方向外限定分配室。
背景技术
在这样的反应器中，各反应物的均匀定量带来困难，当涉及两种不能相互混合的液体时尤其如此，由于它们的不可混合性，它们不能进行预混合并因此必须彼此分开地输入到管束的各个管子中，例如一个含水相和一个含油相。此外，当两种液体之一或两者分别涉及小流量并且因此排流点易受液体的界面效应的影响例如喷射偏移时，则同样产生困难，此外所需要的小的排流孔还可能被污物粒子堵塞。
另一困难在于这种情况，即除两种液体外还要将一种气流导入到管束的各个管子中，其用作另一反应介质或用作反应产品的剥离介质或用于冲掉不合要求的副产品。当管束反应器包含填料、例如催化剂填料或用于生物过程的基材时通常产生这样的困难，并且设定一作为喷淋床反应器的操作方式。
当气流和液滴或细的液体射流相互影响时，例如液体被吹散时还可以相互加强上述种类的困难。
当出现变化的操作条件时，则可以产生另一困难，这是这样的情况，即当催化剂材料的循环的再生或生物材料的冲掉是必需的并且分配器在再生过程中还必须克服流量时，而该流量显著不同于正常操作中的流量。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种分配系统，用于将两个待均匀分配液相分配到一个垂直的管束反应器的多个管子中，以便实施化学的或生物的反应，借该分配系统可以克服上述各种困难。
本发明这样达到该目的，即通过一种液体分配器，它用于将两个待均匀分配的液相分配到一个垂直的管束反应器的多个管子中，以便实施化学反应，各管子在上端和下端由管子底板固定并且相对于管子外空间封闭，在上管子底板的上方设置一个分配室，该分配室包括用于两种不同的液体和至少一个气相的各供给管道，并且
·直接在管子底板的上方或在其上设置一个第一液体分配系统，
·该第一液体分配系统与至少一个外部的供给装置相连接并且包括一个安装在管子框格以外的例如具有位于下面的各开口的环形坝和多个进口套管，
·其中在上端为管束的每一根管子配置一个进口套管。各进口套管构成管形的并且垂直定位并且分别具有至少一个侧面的孔和一个另外的在管子底板的上方设置的较大横截面的开口以及在下端分别朝配属的管束的管子那边敞开；以及
·在第一液体分配系统的上方设置一个第二液体分配系统，
·该第二液体分配系统与至少另一个外部的供给装置相连接并且包括一个上分配底板和一个下分配底板，
·其中下分配底板包括多个开口，它们对准地设置在第一液体分配系统的各进口套管的上方并且具有至少一个用以调节开口之上的均匀液面的装置，
·其中上分配底板与液体的供给装置相连接并且包括多个溢流坝或底板孔，液体可从这些溢流坝或底板孔流入到下分配底板中并且每一溢流坝配属于下分配底板的多个开口。
在这种情况下操作方式如下：将第一液体从外面输入分配室，这可以例如在侧面通过一个通常型式的环形分配器或另一种方式来实现。该进入流动的紊流通过环形坝消除，从而一个平静的基本上均匀的流动或层流通过位于液面下方的各坝开口进入到各进口套管的区域内。通过进口套管的各侧面的开口，第一液体进入管内部并沿管内壁向下一直流入例如处于管子内的喷淋床填料中。开口的形状在这里同可调节的液面一样限定通过开口的流量。
将第二液体例如从上面输向一个用作预分配器的上分配底板，经由其溢流坝或底板孔第二液体流向一个用作精细分配器和例如构成为穿孔分配器的下分配底板。通过穿孔分配器的各开口第二液体从上面向下流入各进口套管中，在理想情况下其在中心进入并且直接继续落到位于管子内的喷淋床填料上，在那里实现与第一液体的接触。如同在第一分配系统中开口的形状同可调节的液面一样限定通过开口的流量。
可以在第一分配系统的液面上方的任何点导入待供给的气体并且经由进口套管的上开口进入喷淋床空间。
在冲洗过程的情况下，例如结合填料的再生，上开口，其比下开口具有较大的横截面，可以用于将显著较大的流量输入填料中。
如果液体中夹带着粒状污物，其可能堵塞进口套管或穿孔底板的开口，则各进口套管的侧面的开口的高度和上分配底板的溢流坝的高度可以将较大的粒子在相关的液流的静止区域内收集在相关的底板上，而不被带入各开口中，这是本发明的一个优点。
在本发明的实施形式中，进口套管具有至少一个较低的较小的侧面的孔和至少一个较高的较大的侧面的孔。通过较低的、较小的孔形成一个用于待分配液体的限定孔。较高的较大的孔用作为冲洗液体的加入。较高的较大的孔应该设置在管子底板的设定的液面的显著以上。
代替孔也可将各开口构成为切口，如其例如在DE 29 19 462 A1的图1和图1A中对于延伸的分配器结构形式所设置的。各切口不仅可以构成为直切口也可以构成为楔形的。在进口套管的切口内也可以设置钢丝形的流动辅助件，液体在其上可以向下流向进口套管的内面。
在本发明的其他的实施形式中可以设定，上液体分配系统平放在下液体分配系统的各进口套管上。借此可以达到一种特别稳定的构造方式，也大大简化下分配底板与一个自由支承的结构相比的精确的水平定位的目的，这是本发明的一个优点。
当管束的管子框格具有一个三角形分布时，则有利地将液体分配器构成可拆式的和组合式的，例如蜂窝状的或扇形的。当全部的分配系统相互上下支承时则实现组合式构造方式可以是特别有利的。理想地各个部件是可插入的。
在本发明的另一种实施形式中，第二液体分配系统的上分配底板的溢流坝在其上边缘或下边缘或两边缘上具有成锯齿的形状。
在本发明的另一种实施形式中，下分配底板在其各开口上设有排流辅助件，例如环形槽，以便由于表面张力避免侧向的流动。下分配底板也可以依照DE-OS 22 12 816的图4配备各溢流坝，其各具有位错120°的3个出口，它们分别对准地配属于各一个进口套管。如同切口的进口套管它们也可以设有排流辅助件，例如由钢丝构成的。
在本发明的另一种实施形式中，各进口套管与管子底板和各管子形锁合相连接。这可以这样实现，即将进口套管压入管端内。也可以将进口套管用螺纹拧紧入一个单独的槽中。代替进口套管也可以在管端上安装插塞套筒或其他的插入装置，以便形成一个可插入的装置。
以下借助十个示意图更详细地说明本发明，但本发明的装置并不限于这些示例性的实施形式。
图1a一个设有一个孔的进口套管的纵剖面图；
图1b一个设有一个径向孔的进口套管的横剖面图；
图1c一个设有一个切向孔的进口套管的横剖面图；
图1d一个设有一个孔的进口套管的纵剖面图，其配备有螺纹；
图2供给液体的分配器在操作中的部分示意图；
图3一个具有一个分配槽的分配器结构的剖面图；
图4图3中所示的分配器结构连同一个预分配器的另一剖面图；
图5在图3中所示的分配器结构的另一剖面图中示出扇形分段的可能性；
图6图5的扇形分段的俯视图的一个视图；
图7一个设有一个孔的分配底板包括一个围绕孔设置的环形槽的纵剖面图。
具体实施方式
图1a示出一个进口套管1的纵剖面图，其具有一个上开口2、一个下开口3、一个用于将进口套管1装入到管子底板中的台阶4和孔5，待分配液体通过孔5可进入到进口套管中。代替图1a中所示的一个孔也可以采用沿圆周分布的多个孔。其中各孔可以位于不同的高度并且具有不同的直径，但在全部的进口套管中孔型式应该是相同的。
图1b和图1c示出图1a中通过箭头所表示的进口套管1的横剖面图。其中孔5在图1b中沿径向方向构成，而孔5在图1c中从内径观察沿切向方向构成。当要采用多个沿圆周分布的孔时，则有利地采用后种实施形式。
图1d示出一个进口套管1的纵剖面图，其具有一个上开口2、一个下开口3、一个用于安装的进口套管1的台阶4，进口套管1具有用于拧入到一个分配槽中的螺纹以及孔5，待分配液体通过孔5可进入到进口套管中。台阶4在该情况下设有一个密封件19。
图2示出了进口套管1，其具有上开口2、下开口3、用于将进口套管1装入到管子底板6(或分配槽20，见图3)中的台阶4和孔5，待分配的第一液体7通过孔5可进入到进口套管1中。液体7流过孔5并以形成一个排流圆锥8的方式沿进口套管1的内壁由于重力向下流动并落到管10内的填料9上。为了更好的说明还示出了其他三个进口套管(无标记)，其功能和构造是完全相同的，实际上在一个分配器中也可以采用几千个进口套管。
待分配的第二液体11在预分配底板12上流过溢流坝14的锯齿形上边缘(或筛式底板孔29，见图4)并落到穿孔的精细分配器15上，在那里其形成一个限定高度的液体层16。通过各孔17和各进口套管1的上开口2，第二液体11直接落到填料9上，这由箭头表示。
图3示出一种分配器结构，其中采用一个分配槽20，其用螺栓21固定在分配底板6上。精细分配器15中的待分配液体通过孔17直接进入到进口套管1中，精细分配器15直接平放在其上。在这里没有设置进口套管1上方的自由空间，如图2中所示那样。为了阻止从孔17中流出的液体由于精细分配器15的下面上的粘附力引起向侧面方向的流动，围绕每一孔17设置一个具有楔形横截面的环形槽22，如也详细示于图7中。
待由分配槽20分配的液体，其相应于图2中的液体7，由环形分配器23经由孔24进入到槽流入区域25并通过开口26流入进口套管1与孔5所处的区域内并且通过孔5和下开口3进入到管子10的内部。
图4同样示出图3中所示的结构，其中一个预分配底板12允许由一液体接头27经由排出切口28进入的液体经由多个孔29均匀地流向穿孔的精细分配器15。
图5和图6示出在槽流入区域25包括各开口26和分配槽20的一部分的这种情况下扇形分段的可能性，所示的两个扇形件30和31在各连接点32螺栓连接在一起。图5示出其俯视图，而图6示出从内腔向外面的方向的视图，如其通过图5中标记B-B所示。当然可以选择多种划分，其不仅适用于分配槽20，如所示的，而且类似地适用于穿孔的预分配器15和精细分配器12(在这里未示出)。
上述型式的分配器可以很有利地用于为由丙烯和过氧化氢在液相中生产环氧丙烷的反应器中。
                    附图标记清单
1进口套管                         28排流切口
2上开口                           29孔
3下开口                           30扇形件
4台阶                             31扇形件
5孔                               32连接点
6管子底板
7第一液体
8排流圆锥
9填料
10管子
11第二液体
12预分配底板
13锯齿形上边缘
14溢流坝
15穿孔的精细分配器
16液体层
17孔
18螺纹
19密封件
20分配槽
21螺栓
22环形槽
23环形分配器
24孔
25槽流入区域
26开口
27液体接头

Claims (12)

1.液体分配器，用于将两个待均匀分配的液相分配到一个垂直的管束反应器的多个管子中，以便实施化学反应，各管子在上端和下端由管子底板固定并且相对于管子外空间封闭，在上管子底板的上方设置一个分配室，该分配室包括用于两种不同的液体和至少一个气相的各供给管道；其特征在于，
·直接在管子底板的上方或在其上设置一个第一液体分配系统(6、20)，
·该第一液体分配系统与至少一个外部的供给装置(23)相连接并且包括一个安装在管子框格以外的具有位于下面的各开口(26)的坝(25)和多个进口套管(1)，
·其中在上端为管束的每一根管子配置一个进口套管(1)，各进口套管(1)构成管形的并且垂直定位并且分别具有至少一个侧面的孔(5)和一个另外的在管子底板的上方设置的开口(2)以及在下端分别朝配属的管束的管子那边敞开(3)，以及
·在第一液体分配系统(6、20)的上方设置一个第二液体分配系统(12、15)，
·该第二液体分配系统与至少另一个外部的供给装置(27)相连接并且包括一个上分配底板(12)和一个下分配底板(15)，
·其中下分配底板(15)包括多个开口(17)，它们对准地设置在第一液体分配系统(6、20)的各进口套管(1)的上方并且具有至少一个用以调节开口之上的均匀液面的装置，
·其中上分配底板(12)与液体的供给装置(27)相连接并且包括多个溢流坝(14)或底板孔(29)，液体可从这些溢流坝(14)或底板孔(29)流入到下分配底板(15)中并且每一溢流坝(14)配属于下分配底板的多个开口。
2.按照权利要求1所述的液体分配器，其特征在于，进口套管(1)具有至少一个较低的较小的侧面的孔和至少一个较高的较大的侧面的孔。
3.按照权利要求1所述的液体分配器，其特征在于，进口套管具有至少一个侧面的切口，液体通过该切口可以从管子底板流入到管子内部中。
4.按照权利要求3所述的液体分配器，其特征在于，在进口套管的切口内设置钢线形的流动辅助件，在进口套管的内面上的液体可以在其上向下流。
5.按照权利要求1至4之一项所述的液体分配器，其特征在于，上液体分配系统(5)平放在下液体分配系统的各进口套管(1)上。
6.按照权利要求1至5之一项所述的液体分配器，其特征在于，液体分配器构成可拆式的和组合式的。
7.按照权利要求6所述的液体分配器，其特征在于，各个部件是可插入的。
8.按照权利要求1至7之一项所述的液体分配器，其特征在于，第二液体分配系统的上分配底板(12)的溢流坝(14)在其上边缘或下边缘或两个边缘上具有一种锯齿的形状(13)。
9.按照权利要求1至8之一项所述的液体分配器，其特征在于，下分配底板配备有分别具有位错120°的三个出口的溢流坝或底板孔，这些出口分别对准地配属于各一个进口套管。
10.按照权利要求1至9之一项所述的液体分配器，其特征在于，下分配底板在其各开口上设有排流辅助件。
11.按照权利要求1所述的液体分配器，其特征在于，各进口套管与管子底板和各管子形锁合地相连接。
12.按照上述权利要求1或2之一项所述的液体分配器，其特征在于，进口套管压入到管端内。
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