CN202410629U - 气升式环流反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气升式环流反应器，包括外筒、设置于所述外筒内部并与所述外筒同轴安装的导流筒、位于所述外筒内并位于所述导流筒下方的气体分布器以及分别设置于所述外筒筒底的液相物料进口和外筒侧壁的液相物料出口，其特征在于，所述气体分布器包括一水平设置的封闭的环管和与所述环管连通的进气管，所述进气管穿过所述外筒的筒底设置，所述环管的管壁上均匀设置有多个气体分布孔。采用本实用新型的气升式环流反应器，由于新型气体分布器的设置，使得环流反应器中的初始气泡的尺寸明显减小，布气明显均匀，可以观察到细密的布气效果，在气泡上升过程中的聚并现象也明显缓解。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于气-液两相和气-液-固三相反应的多相体系的反应器，尤其涉及一种气升式环流反应器，属于化学工程设备技术领域。
背景技术
环流反应器是在鼓泡床的基础上逐渐发展起来的，基本特征是在鼓泡床中加入了导流筒，使得反应器内的主要流动形式由湍流变为环流。环流反应器具有结构简单、能耗低、传热传质好等优点，广泛应用于高分子聚合、催化氧化、污水处理、重油加氢和煤液化等领域。环流反应器按照环流的动力可分为气升式环流反应器和液体喷射式环流反应器。前者主要通过向上升区底部布气造成液相的密度差从而推动多相体系由低密度区向高密度区自下向上流动，到达导流筒顶部后再利用重力作用转向向下流动。液体喷射式环流反应器的推动力则主要来自于喷嘴出口高速液体的动量传递。与液体喷射式环流反应器相比，气升式环流反应器能耗更低，操作更简便，剪切力更小，在有气体参与反应的气液和气液固多相体系中应用的更多。
现有的气升式环流反应器一般由下部的反应段和上部的气液分离段组成，主要包括外筒、设置于所述外筒内的导流筒以及设置于所述外筒内部并位于导流筒下方的气体分布器，气体分布器的布气形式和效果对环流状态有很大的影响。最常采用的孔板式分布器的气泡初始直径较大而容易聚并，分布孔容易堵塞而造成布气不均，由此造成反应器环流效果差。另外带分布板的分布器可调节性差，拆卸和更换都不方便。
在布气相对良好的情况之下，对于水-空气等聚并体系而言，随着气泡的上升，气泡聚并现象也很严重，尤其在气速较高的情况下，聚并的大气泡会造成局部的返混和湍流，使整体环流量减小，影响传质和传热效率，从而降低反应转化率和选择性。
综上所述，开发出一种布气效果好且环流稳定的环流反应器是十分必要的。
实用新型内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种气升式环流反应器，该气升式环流反应器可以适用于气液和气液固多相反应，具有布气效果好、环流状态稳定和反应效率高等特点。
为了达到如上所述的目的，本实用新型提供的一种气升式环流反应器，包括外筒、设置于所述外筒内部并与所述外筒同轴安装的导流筒、位于所述外筒内并位于所述导流筒下方的气体分布器以及分别设置于所述外筒筒底的液相物料进口和外筒侧壁的液相物料出口，其中，所述气体分布器包括一水平设置的封闭的环管和与所述环管连通的进气管，所述进气管穿过所述外筒的筒底设置，所述环管的管壁上均匀设置有多个气体分布孔。
作为优选，多个所述气体分布孔设置于所述环管的上部管壁上。
作为优选，所述气体分布孔的数量为50-1000个；所述气体分布孔的直径为100-5000μm。
作为优选，所述气体分布孔的开孔方向的延长线与通过环管中心并与环管平面垂直的垂线的夹角在±45°之间。
作为优选，所述环管为由圆管弯成的环形，所述进气管通过多个进气支管与所述环管连通。
作为优选，所述进气支管为四个并且相邻的两根进气支管相互垂直。
作为优选，所述导流筒的下半部分和/或所述导流筒与所述外筒之间的环隙的上半部分水平设置有用于破碎气泡的整流挡板。
作为优选，所述外筒的高度和直径的比值为在8-15之间；所述导流筒的高度和直径的比值也在8-15之间；所述导流筒的直径和所述外筒的直径的比值在0.55-0.85之间。
作为优选，所述液相物料进口位于所述气体分布器的正下方，所述液相物料出口设置在所述外筒的下半段上并且位置高于所述导流筒的底部。
采用本实用新型的气升式环流反应器，由于新型气体分布器的设置，使得环流反应器中的初始气泡的尺寸明显减小，布气明显均匀，可以观察到细密的布气效果，在气泡上升过程中的聚并现象也明显缓解。另外在导流筒及环隙中增设的整流挡板则进一步消除了气泡聚并和由此带来的湍流及局部的返混，尤其在较高的气速下，环隙中增设的挡板对环隙中流体的气泡破碎和整流作用更显著。而且本实用新型中的外筒和内筒高径比及两者之间的直径比值的特别设置，可以维持较高的气含率及稳定的环流状态。
附图说明
图1为本实用新型的气升式环流反应器的主视图。
图2为本实用新型的气升式环流反应器的气体分布器的俯视图。
图3为本实用新型的气升式环流反应器的气体分布器的主视图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实用新型的结构：
如图1、图2和图3所示，本实用新型提供的一种气升式环流反应器，包括外筒1、设置于所述外筒1内部并与所述外筒1同轴安装的导流筒2、位于所述外筒1内并位于所述导流筒2下方的气体分布器4以及分别设置于所述外筒1筒底的液相物料进口5和外筒1侧壁的液相物料出口6，所述液相物料进口5位于所述气体分布器4的正下方，所述液相物料出口6设置在所述外筒1的下半段上并且位置高于所述导流筒2的底部；其中，所述气体分布器4包括一水平设置的封闭的环管10和与所述环管10连通的进气管8，所述进气管8穿过所述外筒1的筒底设置，所述环管10的管壁上均匀设置有多个气体分布孔9。
本实用新型所述的气升式环流反应器，可以适用于催化氧化、高分子聚合、废水处理、煤液化和重油加氢等多种气液和气液固多相反应。相比较于传统的气升式环流反应器，本实用新型的气体分布器4的环管10上设置的气体分布孔9可以使环流反应器中的初始气泡的尺寸明显减小，布气明显均匀，可以观察到细密的布气效果，在气泡上升过程中的聚并现象也明显缓解。但为了取得更好的布气效果，如图2所示，作为优选，多个所述气体分布孔9设置于所述环管10的上部管壁上。
对于气体分布孔9的数量和直径来说，通常根据不同的反应体系而定，一般地，所述气体分布孔9的数量为50-1000个；所述气体分布孔9的直径为100-5000μm。
而对于气体分布孔9的开孔位置和方向来说，通常设置于所述环管的上部管壁上，并且，所述气体分布孔9的开孔方向的延长线与通过环管中心并与环管平面垂直的垂线的夹角在±45°之间。具体地，对于高粘度体系，开孔方向与垂线的夹角大于0°，这样可以有效的克服气泡从气体分布器4出来后向中心聚拢的趋势；而对于低粘度体系，开孔方向与垂线的夹角小于0°则可以保证气体不直接进入环隙区。
另外，如图2和图3所示，在本实施例中，作为优选，所述环管10为由圆管弯成的环形，所述进气管8通过多个进气支管11与所述环管10连通。同时，为进一步达到布气均匀的效果，作为优选，所述进气支管11为四个，并且相邻的两根进气支管11相互垂直。如图3所示，进气支管11实际同时连接于进气管8的出气口12上。
在布气均匀的前提下，为了进一步消除气泡聚并和由此带来的湍流及局部的返混，作为优选，如图1所示，所述导流筒2的下半部分和/或所述导流筒2与所述外筒1之间的环隙的上半部分水平设置用于破碎气泡的整流挡板3。
另外，在本实用新型中，作为优选，所述外筒1的高度和直径的比值以及所述导流筒2的高度和直径的比值都为8-15之间；所述导流筒2的直径和所述外筒1的直径的比值在0.55-0.85之间。
本实用新型中，物料的加入及移出和在环流反应器中的流动过程如下：液体或者液固混合相由液相物料进口5加入，气体经进气管8到达气体分布器4进入环流反应器的导流筒2，同时推动气液或气液固多相流在导流筒2内由下向上流动，经过导流筒2顶部之后进行一部分气液分离后，部分气体由气体排放口7排出，另一部分气体由液相夹带进入环隙下降区继续参与反应，最后经由液相物料出口6排出两相或三相混合物。作为优选，所述液相物料进口5位于所述气体分布器4的正下方，所述液相物料出口6设置在所述外筒1的下半段并且位置高于所述导流筒2的底部。并且，所述液相物料出口6沿所述外筒1的侧壁可以均匀地设置有多个。
当然，以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种气升式环流反应器，包括外筒、设置于所述外筒内部并与所述外筒同轴安装的导流筒、位于所述外筒内并位于所述导流筒下方的气体分布器以及分别设置于所述外筒筒底的液相物料进口和外筒侧壁的液相物料出口，其特征在于，所述气体分布器包括一水平设置的封闭的环管和与所述环管连通的进气管，所述进气管穿过所述外筒的筒底设置，所述环管的管壁上均匀设置有多个气体分布孔。
2.如权利要求1所述的气升式环流反应器，其特征在于，多个所述气体分布孔设置于所述环管的上部管壁上。
3.如权利要求2所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述气体分布孔的数量为50-1000个；所述气体分布孔的直径为100-5000μm。
4.如权利要求2所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述气体分布孔的开孔方向的延长线与通过环管中心并与环管平面垂直的垂线的夹角在±45°之间。
5.如权利要求1所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述环管为由圆管弯成的环形，所述进气管通过多个进气支管与所述环管连通。
6.如权利要求5所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述进气支管为四个，并且相邻的两根进气支管相互垂直。
7.如权利要求1所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述导流筒的下半部分和/或所述导流筒与所述外筒之间的环隙的上半部分设置有用于破碎气泡的整流挡板。
8.如权利要求1所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述外筒的高度和直径的比值为在8-15之间；所述导流筒的高度和直径的比值也在8-15之间；所述导流筒的直径和所述外筒的直径的比值在0.55-0.85之间。
9.如权利要求1所述的气升式环流反应器，其特征在于，所述液相物料进口位于所述气体分布器的正下方，所述液相物料出口设置在所述外筒的下半段上并且位置高于所述导流筒的底部。
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