CN203507988U - 混合式多段多向环流反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体，所述塔体内竖直上下安装有若干个与所述塔体同轴的导流筒，将塔体分为导流区和环形区，至少最下方的导流筒的底部安装有导流区气体分布器，每个导流筒的底部均安装有环形区气体分布器，每个所述导流筒的筒壁上均开设有若干个竖直的轴向缝，或者每个所述导流筒均由若干个竖直的导流板围绕而成，相邻的所述导流板之间留有间隙。本实用新型的导流区的气体流速和流量大于环形区的气体流速和流量，使得环形区介质的密度大于导流区介质的密度，环形区介质可以通过轴向缝或相邻的导流板之间的间隙进入导流区，具有壁效应小、热传效率高、横向混合效果好和轴向温度梯度小等特点。

Description

混合式多段多向环流反应器

技术领域

本实用新型涉及一种环流反应器，尤其涉及一种可用于气、液两相或者气、液、固三相的化学反应的混合式多段多向环流反应器。

背景技术

气-液或气-液-固反应器在化学工业、石化工业得到广泛应用。通常情况下，对于气-液反应及气-液-固反应，采用传统的搅拌釜式反应器或者鼓泡式反应器进行生产，反应效率低，能耗较高，且应用领域受到反应物系性质的限制，容易受到机械故障等外界因素的影响，甚至在反应器局部产生死区。

环流反应器是在鼓泡（或浆态）反应器基础上发展起来的一种新型的气-液、气-液-液或气-液-固多相反应器，它综合了鼓泡塔和机械搅拌釜的优点。其工作原理是以系统内不同区域的密度差为驱动力而形成循环流动，从而有利于两相或三相之间的混合、扩散、传质和传热。其主要优点是反应器内流体的定向循环流动，气体在其停留时间内所通过的路径长，单位反应器体积的气泡比表面积较大，相间接触好，体积传质、传热系数也较大，因此环流反应器的效率高，能耗小。目前气升式环流反应器已广泛应用于生化过程(发酵、酶反应)、化学工业、环境工程、冶金及煤的液化和加工等过程，具有结构简单、无机械传动部件、易密封等工程优势。

但是传统的环流反应器存在一定的缺陷：

（1）封闭的导流筒虽然为反应器内流体的定向流动提供了条件，但是也在反应区域增加了较大面积的容器壁，使反应过程中的壁效应增大；

（2）环形区气速过低容易导致环形区气含率降低，致使环流液速过低，环形区物流密度过大，进而导致环形区物流无法正常进入导流区，进而造成环形区物流的堆积，使部分区域成为无效的反应区域，在反应过程中沿反应器轴向出现明显的温度和浓度梯度，最终使反应器的总体效率降低，易导致结焦，影响反应器的运转寿命；

（3）传统环流反应器的气相进料局限于导流区与环形区分布器，操作负荷调节范围有限，进料量的调整不灵活；

（4）对于大高径比的反应器而言，虽然设置多段导流筒有效地提高了环形区的气含率，但是距离分布器较远的介质受到的环流影响较小，使反应器内的反应深度不一致，反应产物易产生返混，使轴、径向的温度梯度较大，影响产品质量；

（5）对于大高径比气—固体系而言，采用单一分布器容易造成床层颗粒流化的局部不均匀，固体颗粒容易在导流筒壁面产生“粘滞流”，进而造成反应效率的降低。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种混合式多段多向环流反应器，其壁效应小、可以消除“粘滞流”、增强热传效率、增强“横向混合”效果、减小轴向温度梯度、提高调解灵活性以及能够有效防止介质的堆积。

本实用新型采用的技术方案为：一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体，所述塔体内竖直上下安装有若干个与所述塔体同轴的导流筒，任意相邻的所述导流筒之间留有间隔，若干个所述导流筒的内部区域构成所述塔体的导流区，若干个所述导流筒与所述塔体之间的区域构成所述塔体的环形区，至少最下方的所述导流筒的底部安装有导流区气体分布器，每个所述导流筒的底部均安装有环形区气体分布器，每个所述导流筒的筒壁上均开设有若干个竖直的轴向缝，或者每个所述导流筒均由若干个竖直的横截面呈弧形的导流板以所述塔体的轴线为轴线围绕而成，相邻的所述导流板之间留有间隙。

优选地，每个所述导流筒上的若干个所述轴向缝均匀分布在所述导流筒的筒壁上，或者每个导流筒上的若干个所述导流板的宽度相同，任意两个相邻的所述导流板之间的间隙的大小相同。

进一步地，任意相邻的所述导流筒之间的间隔的大小相同。

所述环形区气体分布器可以为环形的管式气体分布器，所述环形区气体分布器优选与所述塔体同轴，所述环形区气体分布器的气孔的开口方向可以竖直向下或斜向下，通常，所述气孔的轴线与所述塔体的轴线的夹角范围为-60°--60°，所述环形区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小优选位于所述塔体的内径与所述导流筒的外径之间。

所述导流区气体分布器可以为板式气体分布器，其主体部分的横截面呈圆形，所述导流区气体分布器优选与所述塔体同轴，通常，所述导流区气体分布器的气孔的开口方向竖直向上，所述导流区气体分布器的横截面的直径优选小于所述导流筒的内径。

所述导流区气体分布器可以为环形的管式气体分布器，所述导流区气体分布器优选与所述塔体同轴，所述导流区气体分布器的气孔的开口方向可以竖直向下或斜向下并指向塔体的轴线，通常，所述导流区气体分布器的气孔的轴线与所述塔体的轴线构成的角度范围为0°--60°，所述导流区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小优选小于所述导流筒的内径。

优选地，每个所述导流筒的中部的外侧均安装有与所述塔体同轴的中部环形区气体分布器，所述中部环形区气体分布器可以为环形的管式气体分布器。

所述中部环形区气体分布器的气孔的开口方向可以指向所述塔体的轴线，通常，气孔的轴线与水平面的夹角范围为-60°--60°。

所述中部环形区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小优选位于所述塔体的内径与导流筒的外径之间。

所述导流区的中部可以安装有导流区辅助气体分布器，或者所述导流区内上下等间距安装有若干个导流区辅助气体分布器，或者每个所述导流筒的底部均安装有所述导流区气体分布器，所述导流区辅助气体分布器优选与所述导流区气体分布器的结构相同。

本实用新型的有益效果：每个导流筒上均开设有若干个轴向缝或者每个导流筒均由若干个间隔设置的导流板围成，在导流区和环形区之间构成了若干条供介质流通的通道，由于导流区气体分布器的气体流速和流量大于所述环形区气体分布器的气体流速和流量，使得导流区的气体量大于环形区的气体量、环形区的介质密度大于导流区的介质密度，使得环形区内的介质在密度差的作用下可以通过轴向缝或导流板之间的间隔以及导流筒底部进入导流区，强化了介质的横向混合，消除了局部存在的“粘滞流”，减小了径向温度梯度，增强了传质与传热效率，另外，导流筒的独特结构相比于侧面封闭的导流筒减小了侧面的表面积，从而减弱了壁效应，还有利于强化介质的传热。

导流筒底部的环形区介质在密度差的驱动下进入导流区进行环流过程中，导流筒的存在加强了对介质中气泡的剪切破碎作用，将体积较大的气泡剪切为数目较多的体积较小的气泡，有效地抑制了气泡的聚集，有利于传质及传热的进行；导流筒的独特结构也加强了自每个导流筒中部环形区横向进入导流区的介质中体积较大气泡的剪切破碎，进一步增强了传质的效率。

每个导流筒的中部均设有中部环形区气体分布器，可加速每个导流筒中部的位于环形区内的介质通过通道进入导流区，还可补充每个导流筒的中部的环形区的气体，加速介质与气体的反应，改善流化质量，还可以增加床层的湍动性、增加紊流强度、强化横向混合的效果、增强气泡破碎程度和增加气体的溶解和反应效率，实现了高效的流化反应。

中部环形区气体分布器的气孔的角度的设置，使喷出的气体对介质产生推动作用，增加了介质从环形区穿过导流筒上的通道进入导流区的动力，强化了“横向混合”的效果，增强了径向的内循环。

每个导流筒的底部均设有环形区气体分布器，有利于距离塔体底部的气体分布器较远的介质进行正常的流化，强化了颗粒自身的对流传质、传热，避免了轴向上的反应不均匀，进而减小了轴向温度梯度。另外，若干个环形区气体分布器的设置能够调整反应器的轴向反应程度分布，使整个反应器的反应深度与产品分布更趋于均匀，进而有利于反应器的稳定操作，防止温度分布不均匀而导致的反应深度不均匀和温差应力过大，继而引发局部热点等操作不稳定的情况。

导流区辅助气体分布器的设置能够有效补充导流区内气体的含量，增加了导流区内气泡的连续性，保证介质的含气率，增强了轴向内循环。

本实用新型由于设有多个气体分布装置，还可通过控制气体的流量分配来改变环流状态，提高了设备调节的灵敏性。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图；

图2是图1所示的实施例的横截面示意图；

图3是本实用新型的另一种实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的第三种实施例的结构示意图；

图5是本实用新型的一种实施例的立体图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4和图5，本实用新型提供了一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体1，所述塔体内竖直上下安装有若干个与所述塔体同轴的导流筒2，任意相邻的所述导流筒之间留有间隔，优选地，任意相邻的所述导流筒之间的间隔的大小相同，间隔的大小可以为150-1000cm，若干个所述导流筒的内部区域构成所述塔体的导流区3，若干个所述导流筒与所述塔体之间的区域构成所述塔体的环形区4，至少最下方的所述导流筒的底部安装有导流区气体分布器5，每个所述导流筒的底部均安装有环形区气体分布器6，有利于距离塔体底部气体分布器较远的介质进行正常流化，强化了颗粒自身的对流传质、传热，避免了轴向上的反应不均匀，进而减小了轴向温度梯度。另外还能够调整反应器的轴向反应程度分布，使整个反应器的反应深度与产品分布更趋于均匀，进而有利于反应器的稳定操作，防止温度分布不均匀而导致的反应深度不均匀和温差应力过大，继而引发局部热点等操作不稳定的情况。

每个所述导流筒的筒壁上均开设有若干个竖直的轴向缝7，或者每个所述导流筒均由若干个竖直的横截面呈弧形的导流板8以所述塔体的轴线为轴线围绕而成，相邻的所述导流板之间留有间隙9，每个所述导流筒的若干个所述导流板的上表面处于同一水平面上，下表面也处于同一水平面上，位于最下方的所述导流筒的底面与所述塔体的底部之间的距离可以为150-1000cm，所述导流区的横截面与所述环形区的横截面的面积之比可以为0.5-2，所述导流筒的直径与所述塔体的内径的比例可以为0.2-0.9，所述导流筒的高度与所述导流筒的直径的比例可以为0.8-2.5，每个所述导流筒的轴向缝或者导流板之间的间隔的数量可以为5-8个，所述轴向缝的高度与所述导流筒的高度的比例可以为0.1-1（当高度比为1时，所述导流筒即成为由若干个导流板围绕而成的方式）。所述导流筒的独特结构，在导流区和环形区之间构成了若干条供介质流通的通道，由于所述导流区气体分布器的气体流速和流量大于所述环形区气体分布器的气体流速和流量，使得导流区的气体量大于环形区的气体量、环形区底部的介质密度大于导流区底部的介质密度，从而使环形区底部的介质在密度差的驱动下进入导流区，由于导流区的气速较高，将导流区的底部介质向上吹起，使得导流区的介质向上运动，同时环形区的介质向下运动形成轴向的环流，保证气体与介质充分接触反应。环形区介质向下运动的过程中，由于环形区的介质的密度大于导流区介质的密度，介质可通过通道及时横向进入导流区，从而减小环形区介质的密度，节约环形区流化介质流量，在较低的环形区速率下也可保证介质在轴向上的正常环流，增加了使原本只能沿导流筒轴向运动的介质可以横向穿过轴向缝或导流板之间的间隔进入导流区，通过横向混合强化颗粒的径向内循环。反应器的轴、径向内循环的同时强化，消除了局部存在的“粘滞流”，减小了径向温度梯度，增强了传质与传热效率，另外，导流筒的独特结构相比于侧面封闭的导流筒减小了侧面的表面积，从而减弱了壁效应，还有利于强化介质的传热。

优选地，每个所述导流筒上的若干个所述轴向缝均匀分布在所述导流筒的筒壁上，或者每个导流筒上的若干个所述导流板的宽度相同，任意两个相邻的所述导流板之间的间隙的大小相同，使介质可以均匀地从所述环形区进入所述导流区。

所述环形区气体分布器可以为环形的管式气体分布器，所述环形区气体分布器优选与所述塔体同轴，所述环形区气体分布器的气孔的开口方向可以竖直向下或斜向下，通常，所述气孔的轴线与所述塔体的轴线的夹角范围为-60°--60°，气孔的直径可以为4-19mm，开孔率可以为0.1%-3%，所述环形区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小优选位于所述塔体的内径与所述导流筒的外径之间，气管围成的环形直径与塔体内径比可以为0.8-0.9。

所述导流区气体分布器可以为板式气体分布器，其主体部分的横截面呈圆形，所述导流区气体分布器优选与所述塔体同轴，通常，所述导流区气体分布器的气孔的开口方向竖直向上，气孔的直径可以为5-19mm，开孔率可以为0.1%-3%，板式气体分布器的直径与塔体的内径比可以为0.5-0.8，所述导流区气体分布器的横截面的直径优选小于所述导流筒的内径，使导流区气体分布器所产生的气泡大都在导流区的区域内上升，方便准确控制导流区的区域的介质密度。

所述导流区气体分布器也可以为环形的管式气体分布器，所述导流区气体分布器优选与所述塔体同轴，所述导流区气体分布器的气孔的开口方向可以竖直向下或斜向下并指向塔体的轴线，开孔直径可以为4-18mm，开孔率可以为0.1%-4%，通常，所述导流区气体分布器的气孔的轴线与所述塔体的轴线构成的角度范围为0°--60°，所述导流区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小优选小于所述导流筒的内径，气管围成的环形直径与塔体的内径之比可以为0.5-0.8。

优选地，每个所述导流筒的中部的外侧均安装有与所述塔体同轴的中部环形区气体分布器10，所述中部环形区气体分布器可以为环形的管式气体分布器，所述中部环形区气体分布器的气孔的开口方向可以指向所述塔体的轴线，其气孔的大小与开孔率可以与所述环形区气体分布器相同，通常，气孔的轴线与水平面的夹角范围为-60°--60°，所述中部环形区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小优选位于所述塔体的内径与导流筒的外径之间。所述中部环形区气体分布器的设置，可加速每个导流筒中部的位于环形区内的介质通过通道进入导流区，还可补充每个导流筒的中部的环形区的气体，加速介质与气体的反应，改善流化质量，还可以增加床层的湍动性、增加紊流强度、强化横向混合的效果、增强气泡破碎程度和增加气体的溶解和反应效率，实现了高效的流化反应。其上的气孔的角度的设置，使喷出的气体对介质产生推动作用，增加了介质从环形区穿过导流筒上的通道进入导流区的动力，强化了“横向混合”的效果，增强了径向的内循环。

所述导流区的中部可以安装有导流区辅助气体分布器11，或者所述导流区内上下等间距安装有若干个导流区辅助气体分布器，或者每个所述导流筒的底部均安装有所述导流区气体分布器，所述导流区辅助气体分布器优选与所述导流区气体分布器的结构相同。气泡在导流区内上升的过程中，伴随着气泡的上升，气体与介质反应，气泡逐渐变小直至消失，导致较高位面的介质无法与气体反应或反应不充分，导流区辅助气体分布器的设置能够有效补充导流区内气体的含量，增加了导流区内气泡的连续性，保证介质的含气率，增强了轴向内循环。

本实用新型由于设有多个气体分布装置，还可通过控制气体的流量分配来改变环流状态，提高了设备调节的灵敏性。

实施例1：

参见图1和图2，一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体，所述塔体内竖直上下安装有三个与所述塔体同轴的导流筒，任意相邻的所述导流筒之间留有间隔且间隔相等，三个所述导流筒的内部区域构成所述塔体的导流区，三个所述导流筒与所述塔体之间的区域构成所述塔体的环形区，最下方的所述导流筒的底部安装有导流区气体分布器，每个所述导流筒的底部均安装有环形区气体分布器，每个所述导流筒的筒壁上均开设有六条竖直的轴向缝，六条所述轴向缝均匀地分布在所述导流筒的筒壁上，所述环形区气体分布器为环形的管式气体分布器，所述导流区气体分布器为板式气体分布器。

实施例2：

参见图3，一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体，所述塔体内竖直上下安装有三个与所述塔体同轴的导流筒，任意相邻的所述导流筒之间留有间隔且间隔相等，三个所述导流筒的内部区域构成所述塔体的导流区，三个所述导流筒与所述塔体之间的区域构成所述塔体的环形区，最下方的所述导流筒的底部安装有导流区气体分布器，每个所述导流筒的底部均安装有环形区气体分布器，每个所述导流筒的中部的外侧均安装有与所述塔体同轴的中部环形区气体分布器，每个所述导流筒均由六块竖直的横截面呈弧形的导流板以所述塔体的轴线为轴线围绕而成，相邻的所述导流板之间留有间隙且间隙相等，所述环形区气体分布器为环形的管式气体分布器，所述导流区气体分布器为板式气体分布器，所述中部环形区气体分布器为管式气体分布器。

实施例3：

参见图4，一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体，所述塔体内竖直上下安装有三个与所述塔体同轴的导流筒，任意相邻的所述导流筒之间留有间隔且间隔相等，三个所述导流筒的内部区域构成所述塔体的导流区，三个所述导流筒与所述塔体之间的区域构成所述塔体的环形区，最下方的所述导流筒的底部安装有导流区气体分布器，每个所述导流筒的底部均安装有环形区气体分布器，每个所述导流筒的中部的外侧均安装有与所述塔体同轴的中部环形区气体分布器，所述导流区的中部安装有导流区辅助气体分布器，每个所述导流筒均由六块竖直的横截面呈弧形的导流板以所述塔体的轴线为轴线围绕而成，相邻的所述导流板之间留有间隙且间隙相等，所述环形区气体分布器为环形的管式气体分布器，所述导流区气体分布器为板式气体分布器，所述中部环形区气体分布器为管式气体分布器，所述导流区辅助气体分布器为板式气体分布器。

Claims (10)

1.一种混合式多段多向环流反应器，包括竖直的圆筒形塔体，其特征在于所述塔体内竖直上下安装有若干个与所述塔体同轴的导流筒，任意相邻的所述导流筒之间留有间隔，若干个所述导流筒的内部区域构成所述塔体的导流区，若干个所述导流筒与所述塔体之间的区域构成所述塔体的环形区，至少最下方的所述导流筒的底部安装有导流区气体分布器，每个所述导流筒的底部均安装有环形区气体分布器，每个所述导流筒的筒壁上均开设有若干个竖直的轴向缝，或者每个所述导流筒均由若干个竖直的横截面呈弧形的导流板以所述塔体的轴线为轴线围绕而成，相邻的所述导流板之间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于每个所述导流筒上的若干个所述轴向缝均匀分布在所述导流筒的筒壁上，或者每个导流筒上的若干个所述导流板的宽度相同，任意两个相邻的所述导流板之间的间隙的大小相同。

3.根据权利要求2所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于任意相邻的所述导流筒之间的间隔的大小相同。

4.根据权利要求3所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于所述环形区气体分布器为环形的管式气体分布器，所述环形区气体分布器与所述塔体同轴，所述环形区气体分布器的气孔的开口方向竖直向下或斜向下，所述气孔的轴线与所述塔体的轴线的夹角范围为-60°--60°，所述环形区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小位于所述塔体的内径与所述导流筒的外径之间。

5.根据权利要求3所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于所述导流区气体分布器为板式气体分布器，其主体部分的横截面呈圆形，所述导流区气体分布器与所述塔体同轴，所述导流区气体分布器的气孔的开口方向竖直向上，所述导流区气体分布器的横截面的直径小于所述导流筒的内径。

6.根据权利要求3所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于所述导流区气体分布器为环形的管式气体分布器，所述导流区气体分布器与所述塔体同轴，所述导流区气体分布器的气孔的开口方向竖直向下或斜向下并指向塔体的轴线，所述导流区气体分布器的气孔的轴线与所述塔体的轴线构成的角度范围为0°--60°，所述导流区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小小于所述导流筒的内径。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于每个所述导流筒的中部的外侧均安装有与所述塔体同轴的中部环形区气体分布器，所述中部环形区气体分布器为环形的管式气体分布器。

8.根据权利要求7所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于所述中部环形区气体分布器的气孔的开口方向指向所述塔体的轴线，气孔的轴线与水平面的夹角范围为-60°--60°。

9.根据权利要求8所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于所述中部环形区气体分布器的气管围成的环形的直径的大小位于所述塔体的内径与导流筒的外径之间。

10.根据权利要求9所述的混合式多段多向环流反应器，其特征在于所述导流区的中部安装有导流区辅助气体分布器，或者所述导流区内上下等间距安装有若干个导流区辅助气体分布器，或者每个所述导流筒的底部均安装有所述导流区气体分布器，所述导流区辅助气体分布器与所述导流区气体分布器的结构相同。

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