CN202527113U - 一种乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置，由导流喷嘴、圆锥管和环管组成，圆锥管的内部空间形成混合腔。高温水蒸气从圆锥管的锥顶进入混合腔，乙苯流通过环管和导流喷嘴进入混合腔，流体经激烈直接对撞和卷吸返混，实现了低压降条件下乙苯流和水蒸气流的瞬间混合，满足了后续乙苯脱氢径向反应器对原料的高均匀度的温度和浓度场的要求。该导流喷嘴型混合装置可充分满足低水比、共沸节能乙苯脱氢工艺所必须的系统低压降的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于化学工程领域中的混合装置，具体地说，涉及一种两股气流之间的低压降快速均匀混合的装置，尤其适用于低水比和节能型的乙苯脱氢制苯乙烯工艺中的乙苯流与高温水蒸汽的混合。
背景技术
众所周知在化工过程中，经常要求提供一种气体的快速均匀混合的技术。由于气体混合的速度和均匀程度将直接影响后续过程的进行。例如，在乙苯脱氢制苯乙烯装置中，乙苯流与高温水蒸汽的混合程度直接影响到反应床层的温度分布，而不良的温度分布将造成反应的恶化。由于乙苯流与高温水蒸汽的混合具有体积比高，介质温差大，允许压降极小以及混合均一度要求高等特性，不仅要求混合器结构简单，而且要求在小于数百毫秒的混合时间内，达到微团尺度上的混合均匀度。这类混合的特点是要求在很小有限的空间、极短的时间以及主流体在有限的极小压降范围内实现反应物料的快速混合。
在美国专利US 20110242930中公开了一种“反应静态混合器”，见图1，用于光气与胺的混合，在管内设置圆锥形导流体，光气在管壁与导流体形成的环隙快速流动，胺通过管壁的小孔高速射入环隙，与光气进行混合。该混合装置适合两种反应物的快速混合，但侧壁采用小孔侧流进入，导致流体穿孔压降非常大，同时管内设置导流体，迫使主流体的混合压降也很大。
在现有的乙苯脱氢制苯乙烯装置中，普遍采用的是如CN1228133C所公开的气体高均匀度喷射流快速混合装置，见图2。工业中500℃左右的乙苯流通过半球形分布板进入混合腔，约830℃的0.2～0.3MPa的高温水蒸汽经混合腔的侧壁小孔进入，其压降达100～200kPa左右，通过两股流体碰撞，达到两种流体的均匀混合。此混合装置满足了乙苯脱氢制苯乙烯的工艺要求，实际生产中反应器的入口温度的最大差别在2℃以内，但不足之处的是混合装置的由侧壁孔进入的流体的穿孔压降太大。
目前，乙苯脱氢制苯乙烯工艺向低水烃比、节能型方向发展，且装置规模由10万吨/年左右向30～60万吨/年的大型化方向发展。水烃比(水与乙苯的质量比)由原来的1.30～1.45降到1.0～1.1，整个生产装置能耗可降低20％以上，但由此带来了高温水蒸汽的温度由830℃上升到900℃左右，从而导致原混合装置中高温水蒸汽与混合装置的连接锻件难以制造或造价极为昂贵。恒沸热回收技术是现有乙苯脱氢制苯乙烯节能技术中节能效果最好的技术，其整个生产装置能耗比常规乙苯脱氢制苯乙烯工艺可降低20％左右，但采用恒沸热回收技术，其反应单元与精馏单元耦合，不再是独立的操作系统，而两个单元的乙苯流既是串联又是循环的紧密相关的系统，恒沸蒸发压力为90～100kPa，为此限制性要求反应器前的水蒸汽与乙苯流混合装置中乙苯流的绝压低于75kPa，使得现有的混合装置由于主流体压降过高而无法满足节能工艺的实施要求。另外，随着装置的大型化，反应器内催化剂装填体积大幅增加，反应系统中反应器的压降随床层的增加而不可避免要增大，使得混合装置的主流体的压降要求更趋严格受限，仅有14kPa左右。
综上所述，由于乙苯脱氢制苯乙烯生产恒沸热回收和低水比工艺的出现，现有的反应前水蒸汽与乙苯流混合的装置已无法适应新节能工艺的要求。
发明内容
本实用新型公开了一种乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置，包括一个圆锥管(1)、导流喷嘴(2)和一个环管(3)，圆锥管(1)与环管(3)通过数个喷嘴(2)相连，圆锥管(1)的内部形成混合腔(5)；圆锥管(1)的半锥角α为5～25°；圆锥管(1)的锥顶设有一个开有许多均布孔的半球形分布板(4)，该半球形分布板(4)与高温水蒸汽的入口(9)相连接，高温水蒸汽通过入口(9)再经半球形分布板(4)上的均布孔进入混合腔(5)；导流喷嘴(2)由一个收缩管(7)和一个短管(6)组成，收缩管(7)直径较大的一端与环管(3)相连，另一端与短管(6)相连，而短管(6)的另一端穿过圆锥管(1)伸入混合腔(5)；乙苯流的入口(8)设置在环管(3)上，乙苯流通过入口(8)进入环管(3)，再经过导流喷嘴(2)的收缩管(7)和短管(6)进入混合腔(5)。
本实用新型所述的混合装置中，环管(3)可以为圆形环管，也可以为两个同轴的直管的两端封闭所形成的矩形环管。
本实用新型所述的混合装置中，导流喷嘴(2)的短管(6)的长度与直径之比为0.5～2，短管(6)伸进圆锥管(1)部分的长度与短管(6)的长度之比为0.5～1，收缩管(7)长度与短管(6)长度之比为1～8，收缩管(7)的半锥角β为10～60°；导流喷嘴(2)分布在1～8个不同高度的圆周上，每个圆周上导流喷嘴(2)的数量为2～12个，上下圆周上的导流喷嘴(2)沿周向交错设置。
本实用新型采用喷嘴型式的混合装置，其混合后的压降比小孔型式混合装置的穿孔压降可下降30％～50％。
本实用新型所述的乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置，利用喷嘴形成的对撞和卷吸，可在瞬间实现两股气体的快速高均匀度混合，具有结构简单效果显著的技术特点，可充分满足低水比、节能工艺和大型化的制造和低压降要求，保证乙苯流与高温水蒸汽的快速均匀混合。
附图说明
图1为美国专利US20110242930中公开的混合装置示意图。
图2为工业应用的乙苯脱氢喷射流快速混合装置示意图。
图3本实用新型所述的环管为圆形的乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置示意图。
图4本实用新型所述的环管为圆形的单层四只导流喷嘴布置的示意图。
图5本实用新型所述的环管为矩形的乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置示意图。
图6本实用新型所述的环管为矩形的四层八只导流喷嘴布置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
由图3可见，本实用新型所述的乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置，包括一个圆锥管(1)、一个圆形环管(3)和数个导流喷嘴(2)，圆锥管(1)与圆形环管(3)通过数个导流喷嘴(2)相连，圆锥管(1)的内部空间形成混合腔(5)。
圆锥管(1)的半锥角α为5～25°。圆锥管(1)锥顶设有一个开有许多均布孔的半球形分布板(4)，该半球形分布板(4)与高温水蒸汽的入口(9)相连接，高温水蒸汽通过入口(9)再经半球形分布板(4)上的均布孔进入混合腔(5)。
导流喷嘴(2)由一个收缩管(7)和一个短管(6)组成，收缩管(7)直径较大的一端与圆形环管(3)相连，另一端与短管(6)相连，而短管(6)的另一端穿过圆锥管(1)伸入混合腔(5)；导流喷嘴(2)的短管(6)的长度与直径比为0.5～2，短管(6)伸进圆锥管(1)部分的长度与短管(6)的长度之比为0.5～1，收缩管(7)长度与短管(6)长度之比为1～8，收缩管(7)的半锥角β为10～60°。
乙苯流的入口(8)设置在圆形环管(3)上，乙苯流通过入口(8)进入圆形环管(3)，再经过导流喷嘴(2)的收缩管(7)和短管(6)进入混合腔(5)。
当高温水蒸汽与乙苯流进行快速混合时，高温水蒸汽由高温水蒸汽的入口(9)进入，通过半球形分布板(4)上的分布孔均匀地进入混合腔(5)中；乙苯流通过乙苯流的入口(8)进入圆形环管(3)，然后进入导流喷嘴(2)，在导流喷嘴(2)的引流作用下，多股乙苯流进入混合腔(5)中，高动量乙苯流之间强烈的对撞，由此卷吸由下而上流动的水蒸汽，在高湍流下进行快速混合，同时在混合腔(5)中进一步实现分子级的扩散混合。
由图4可见：四个导流喷嘴(2)设置在同一圆周上，它们的轴线相交于圆锥管(1)的轴线上，沿圆周均匀布置。乙苯流的进口(8)设置在两个导流喷嘴(2)之间。
由图5可见，本发明所述的乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置，包括一个圆锥管(1)、一个矩形环管(3)和数个导流喷嘴(2)，圆锥管(1)与矩形环管(3)通过数个导流喷嘴(2)相连，圆锥管(1)的内部空间形成混合腔(5)。
圆锥管(1)的半锥角α为5～25°。圆锥管(1)的锥顶设有一个开有许多均布孔的半球形分布板(4)，该半球形分布板(4)与高温水蒸汽的入口(9)相连接，高温水蒸汽通过入口(9)再经半球形分布板(4)上的均布孔进入混合腔(5)。
矩形环管(3)由两个同轴的内直管(13)和外直管(12)所围成，内直管(13)和外直管(12)的上下两端由盖板(14)所封闭，盖板(14)可以是平板，也可以是弧形板。乙苯流的入口(8)接在外直管(12)上，内直管(13)与导流喷嘴(2)相连，并通过导流喷嘴(2)与混合腔(5)相连通，外直管(12)的上端通过上封头(10)与圆锥管(1)的上端相连，下端通过下封头(11)与高温水蒸汽的入口(9)相连。
导流喷嘴(2)分布在四个平面，上下层的导流喷嘴(2)交错布置。导流喷嘴(2)由一个收缩管(7)和一个短管(6)组成，收缩管(7)直径较大的一端与矩形环管(3)相连，另一端与短管(6)相连，而短管(6)的另一端穿过圆锥管(1)伸入混合腔(5)；导流喷嘴(2)的短管(6)的长度与直径之比为0.5～2，短管(6)伸进圆锥管(1)的长度与短管(6)的长度之比为0.5～1，收缩管(7)长度与短管(6)长度之比为1～8，收缩管(7)的半锥角β为10～60°。
乙苯流通过入口(8)进入矩形环管(3)，再经过导流喷嘴(2)的收缩管(7)和短管(6)进入混合腔(5)。
当高温水蒸汽流与乙苯流进行快速混合时，高温水蒸汽由入口(9)进入，通过半球形分布板(4)上的分布孔均匀地进入混合腔(5)中；乙苯流通过入口(8)进入矩形环管(3)，然后进入导流喷嘴(2)，在导流喷嘴(2)的引流作用下，多股乙苯流射流进入混合腔(5)中，高动量乙苯流之间强烈的对撞，由此卷吸由下而上流动的水蒸汽，在高湍流下进行快速混合，同时在混合腔(5)中进一步实现分子级的扩散混合。
由图6可见：导流喷嘴(2)设置在四个圆周上，每个圆周上的导流喷嘴(2)有两个，它们的轴线相交于圆锥管(1)的轴线上，沿圆周均匀布置，上下平面的导流喷嘴相互交错。乙苯流的入口(8)设置在两层导流喷嘴(2)之间，径向位置上与导流喷嘴(2)相互交错。
Claims (5)
1.一种乙苯脱氢制苯乙烯的低压降导流喷嘴型混合装置，其特征在于，该混合装置由圆锥管(1)、导流喷嘴(2)和环管(3)组成，圆锥管(1)与环管(3)通过数个导流喷嘴(2)相连，圆锥管(1)的内部形成混合腔(5)；
圆锥管(1)的半锥角α为5～25°；圆锥管(1)的锥顶设有一个开有许多均布孔的半球形分布板(4)，该半球形分布板(4)与高温水蒸汽的入口(9)相连接，高温水蒸汽通过入口(9)再经半球形分布板(4)上的均布孔进入混合腔(5)；
导流喷嘴(2)由一个收缩管(7)和一个短管(6)组成，收缩管(7)直径较大的一端与环管(3)相连，另一端与短管(6)相连，而短管(6)的另一端穿过圆锥管(1)伸入混合腔(5)；
乙苯流的入口(8)设置在环管(3)上，乙苯流通过入口(8)进入环管(3)，再经过导流喷嘴(2)的收缩管(7)和短管(6)进入混合腔(5)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的环管(3)为圆形环管。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的环管(3)为两个同轴的直管的两端封闭所形成的矩形环管。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的导流喷嘴(2)的短管(6)的长度与直径之比为0.5～2，短管(6)伸进圆锥管(1)部分的长度与短管(6)的长度之比为0.5～1，收缩管(7)长度与短管(6)长度之比为1～8，收缩管(7)的半锥角β为10～60°。
5.如权利要求1至4所述的装置，其特征在于，所述的导流喷嘴(2)分布在1～8个不同高度的圆周上，每个圆周上导流喷嘴(2)的数量为2～12个，上下圆周上的导流喷嘴(2)沿周向交错设置。
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