CN2075277U - 组合式流速均布器 - Google Patents

Abstract

一种组合式流速均布器，系由多层扩散锥管式预 分散器、流体扩散段(区)和多层整流网格组合而成， 其特征在于预分布器的各层扩散锥管的进口端必须 同心地排列在特定的回转曲面上，使进入固定床反应 器的流体形成均布的点源流，然后再通过扩散段和多 层整流网格形成均布的活塞流，整个截面上的流速不 均匀度S₁小于10％。

Description

本实用新型涉及一种流体动力学即影响气体或液体流动型态的装置。

在工业上，当反应物料（流体，多数场合为气体）由管道进入固定床催化反应器时，由于通道截面的突然扩大，形成一股射流。导致流向催化剂床层的流速分布极不均匀，至使一部分催化剂负荷过重，产生烧结而降低活性，而另一部分催化剂又负荷不足，这样不仅影响催化剂的利用率，而且严重影响了反应过程的选择性和转化率，所以固定床反应器内的流速均布技术越来越为人们所重视，从而出现了不少流速均布器。但按解决的技术方案来看，大致可分为两类：一类是增加流体流动阻力，如在催化剂床层前设置填料层或一块开孔率较小的多孔板，此类均布器的缺点，不仅能耗大（若以进口管内流体流速计，其阻力损失系数＞100），而且流速均布效果差，故它不适用于薄层床反应器（因随着催化剂品质的提高，催化床层向薄层床发展。为此对流速的均布要求越来越高），另一类是在反应器的流体进口处设置予分布器装置，其优点阻力损失较小，但由于其设计上的问题，现有的该类均布器，不仅流速的均布效果并不十分理想，而且难以确立合理有效的放大准则。

目前人们评定一个均布器的流速均布效果好坏，主要以反应器截面上流速的均匀性来衡量，可采用反应器截面上各点流速的相对均方差S₁来表示，认为流速的不均匀度S₁小于10％为均布效果好，S₁大于10％、小于15％为均布效果较好，S₁大于20％时为均布效果差。

本实用新型的目的在于提供一种设计合理并可据此放大的、流体阻力损失小、均布效果好（S₁＜10％）的组合式流速均布器。

本实用新型所说的组合式流速均布器，由多层扩散锥管式予分布器、流体扩散段（区）和多层整流网格诸部件组合而成。

其中，多层扩散锥管式予分布器（以下简称予分布器），系在固定床反应器的流体进口处所设置的能形成点源流动的分散装置，它的外形虽然与现有技术相似，即由一个以上同心锥管所组成，不过其中的中心扩散锥管（或称第一扩散锥管）的扩散角（2θ₁）可在15°～20°范围内选取，第二扩散锥管的扩散角为中心扩散锥管扩散角的二倍，第三扩散锥管的扩散角为中心扩散锥管的三倍，余类推（如中心扩散锥管的扩散角（2θ₁）选定18°，则第二扩散锥管的扩散角（2θ₂）为36°，第三扩散锥管的扩散角（2θ₃）为54°，余类推），其最大扩散角（2θm）为90°～120°。予分布器的扩散锥管数m可由下式求出m＝2θm／2θ₁，并取整数。扩散锥管之间用均布的肋固定，如可采用在宏观上形成互相垂直的两组肋来固定。中心扩散锥管内设置一芯棒，它同样用上述所说的肋固定在中心扩散锥管内。肋除了起锥管间或与芯棒相互固定作用外还可防止流体从扩散锥管中喷出时产生旋转。

除了上述之外，本实用新型所说的多层扩散锥管式予分布器，在设计上还有一个重要的区别特征：在于予分布器的各层扩散锥管的流体的进口端必须同心地置于由下列公式给定的特定回转曲面上，

$R\left(a\right)=r_0\sqrt{\frac{1+\cos \mathrm{\θm}}{1+\cos a}}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

使由予分布器出来的流体形成一均匀的点源流动。以达到均匀扩散的效果，式中：    R（α）－为回转曲面半径，

r_O－相应的球面半径，

θm  －为予分布器扩散角的半角，

α  －为点源扩散流的流动方向与轴心线之间的夹角，它为一变量，其变化范围在0－θ之间。

当流体进口管的直径与总扩散角2θm确定后，则相应的球面半径r_O为一定值，而α角可在0－θm之间连续给定，从而可按公式（1）求出相应的回转曲面半径R（r），制成特定尺寸的曲面模板，然后将予分布器的多层扩散锥管的进口端依次同心地排列在此模板上，再分别用肋固定之（通常为焊接），从而保证予分布器的各层扩散锥管的流体进口端均同心地落在由公式（1）所限定的回转曲面上。

予分布器流体进口端的直径d（即最外一层扩散锥管的直径）可由反应器的直径D决定，即d＝（1／3～1／6）D，其中中心扩散锥管的直径（指流体进口端，下同）d₁＝d／m，相应的第二层扩散锥管的直径d₂＝2d₁，第三层扩散锥管的直径d₃＝3d₁，余类推。为了避免中心扩散锥管内流体的分离，在此层锥管中心设置一芯棒，其直径d_O＝（1／5～1／10）d₁，予分布器中的各层扩散锥管的扩散面积比为3～5。

其中，流体扩散段（区）：来自上述予分布器的点源扩散流，不仅具有轴向速度，而且具有径向速度，通过本扩散段可让上述点源扩散流迅速扩散到整个反应器的截面上，但扩散区的大小将受到点源扩散流流速的制约，这是因为当流体扩散到一定程度时，不消除流体的径向速度，其势必拥向反应器壁面，造成新的流速分布不均匀。实验表明扩散段的垂直距离H（指从予分布器的进口端至多层整流网格第一层面之间的距离）宜在（0.25～0.50）D范围内选取，D为反应器的直径。

其中，多层整流网格，由两层以上金属丝网所组成。当流体经扩散段（区）扩散至一定的程度后，必须及时通过一多层整流网格，使流体产生偏折以消除流体的径向速度，并整流成活塞流。

多层整流网格通过其边缘的加强环密封固接在反应器内壁上，相邻两金属丝网层之间的距离h＝（0.05～0.15）D，D为反应器的直径。

按上述原则设计制作的组合式流速均布器，经冷模试验证明具有如下的显著效果：

（1）流体阻力小，若以反应器进口管流体流速计，其阻力损失系数小于1.5。

（2）流速均布效果好，经测定，反应器截面上流速的不均匀性S₁小于10％。

（3）放大可靠。

下面将结合附图和实施例进一步阐明本实用新型的内容。

附图1为用于固定床反应器的组合式流速均布器结构示意图。

其中：1－多层扩散锥管式予分布器（简称予分布器），它固接在反应器的顶部。

2－流体扩散段（区）。

3－多层整流网格中的金属丝网层，它通过边缘的加强环密封固接在反应器壳体的内壁上。

4－催化剂床层。

5－反应器壳体。

D－反应器的直径。

d－予分布器流体进口端的直径，d＝（1／3～1／6）D。

R（r）－回转曲面半径，予分布器中各层扩散锥管的流体进口端均同心地排列在由R（r）所决定的特定曲面上，

H－予分布器流体进口端至多层整流网格第一层面之间的距离。

H＝（0.25～0.50）D。

h－多层整流网格中两相邻金属丝网层之间的距离。

h＝（0.05～0.15）D。

附图2为具有五层扩散锥管的予分布器（简称予分布器）的部件示意图。

其中 1A－中心扩散锥管，其流体进口端直径d₁＝1／5d；

1B－第二层扩散锥管，其流体进口端直径d₂＝2d₁；

1C－第三层扩散锥管，其流体进口端直径d₃＝3d₁；

1D－第四层扩散锥管，其流体进口端直径d₄＝4d₁；

1E－第五层扩散锥管，其流体进口端直径d₅＝d；

1K－芯棒，其直径d_O＝（1／5～1／10）d₁，1a、1b、1c、1d、1e，均为肋，它分别依次将1K、1A、1B、1C、1D、1E予以固接，通常焊接在各层扩散锥管的流体出口端。

R（α）－为回转曲面半径，

d－予分布器流体进口端的直径。

实施例1

在一直径D为456毫米的冷模反应器中，在其上部设置了一个组合式流速均布器，其中：予分布器的总扩散角2θm＝72°，扩散锥管数m＝4。予分布器流体进口端直径d＝120毫米。

中心扩散锥管流体进口端直径d₁＝30毫米，扩散角2θ₁＝18°。

第二层扩散锥管流体进口端直径d₂＝60毫米，扩散角2θ₂＝36°。

第三层扩散锥管流体进口端直径d₃＝90毫米，扩散角2θ₃＝54°。

第四层扩散锥管流体进口端直径d₄＝120毫米，扩散角2θ₄＝72°。

各层扩散锥管的扩散面积比均为4，中心扩散锥管的中心设置一芯棒，其d_O＝5毫米，各扩散锥管的流体进口端均同心地排列在由

所限定的曲面上，然后将各层扩散锥管以及芯棒在各层扩散锥管的流体出口端均用肋固定之。

其中流体扩散段（区）的高度H＝200毫米，其中，多层整流网格采用目数为48目的不锈钢丝网，层数为二层，二层金属丝网之间的距离h＝40毫米，网格的周边用角钢环加固，并密封固接在反应器壳体的内壁上，在催化剂床层上方10毫米处，测量反应器整个截面上的气流的速度分布，测量结果如下：

1.截面上的平均速度  ＝1.92米／秒；

2.截面上的气流不均匀性S₁＝6.8％＜10％。

可见上述的组合式流速均布器，其均布效果好。

实施例  2

在一直径D为800毫米的冷模反应中，在其上部设置了按本实用新型设计的原则制作的组合式流速均布器，其中，予分布器的总扩散角2θm＝90°，扩散锥管数m＝5，予分布器流体进口端的直径d＝250毫米，中心扩散锥管流体进口端的直径d₁＝50毫米，扩散角2θ₁＝18°； 第二层扩散锥管流体进口端的直径d₂＝100毫米，扩散角2θ₂＝36°；

第三层扩散锥管流体进口端的直径d₃＝150毫米，扩散角2θ₃＝54°；

第四层扩散锥管流体进口端的直径d₄＝200毫米，扩散角2θ₄＝72°；

第五层扩散锥管流体进口端的直径d₅＝250毫米，扩散角2θ₅＝90°；

其中：流体扩散段的高度H300毫米。

多层整流网格采用目数为24目的不锈钢丝网、层数为三层，

相邻两金属丝网层之间的距离h＝80毫米，2h＝160毫米，其余条件均同实施例1。

实测结果：反应器截面上气流不均匀性（度）S₁＝5.7％，S₁＜10％。由此可见，本组合式流速均布器流速均匀效果好。

实施例  3

在一直径D＝1400毫米的冷模反应中，在其上部设置了一组合式流速均布器，其中，予分布器的总扩散角2θm＝108°，中心扩散锥管的扩散角2θ₁＝18°，扩散锥管层数m＝6，予分布器进口端的直径d＝ (D)/4 ＝420毫米，中心扩散锥管流体进口端的直径d₁＝70毫米，扩散角2θ₁＝18°。 第二层扩散锥管流体进口端的直径d₂＝140毫米，扩散角2θ₂＝36°。

第三层扩散锥管流体进口端的直径d₃＝210毫米，扩散角2θ₃＝54°。

第四层扩散锥管流体进口端的直径d₄＝280毫米，扩散角2θ₄＝72°。

第五层扩散锥管流体进口端的直径d₅＝350毫米，扩散角2θ₅＝90°。

第六层扩散锥管流体进口端的直径d₆＝420毫米，扩散角2θ₆＝108°。

其中：流体扩散段（区）的高度H＝500毫米，多层整流网格采用目数为36目的不锈钢丝网，层数为3层，相邻两金属丝网之间的距离h＝100毫米，其余条件均同实施例1，实测结果：反应器截面上气流分布的不均匀性S₁＝8.4％，S₁＜10％，流速均布效果好。由以上各实施例可见，使用本实用新型所说的组合式流速均布器，对于各种直径的催化反应器来说，均可获得满意的流速均布效果。

Claims (2)

1、一种组合式流速均布器，系由多层扩散锥管式予分布器、流体扩散段和多层整流网格组合而成，本实用新型的特征在于：

(1)所说的予分布器其各层扩散锥管的进口端同心地排列在特定的由 $R\left(a\right)=r_0\sqrt{\frac{1+\cos \mathrm{\θm}}{1+\cos a}}$ 决定的回转曲面上，其总扩散角2θ_m为15°～120°，其中心扩散锥管的扩散角2θ₁可在15°～20°范围内选定，第二层扩散锥管的扩散角为二倍2θ₁，第三层扩散锥管的扩散角为三倍2θ₁，余类推，扩散锥管数m=2θ_m/2θ₁，其中心扩散锥管进口端直径d₁=d/m。第二层扩散锥管的进口端直径=2d₁，第三层扩散锥管的进口端直径=3d₁，余类推，在中心扩散锥管内设置一芯棒，其直径d₀=( 1/5 ～ 1/10 )d₁，各层扩散锥管以及芯棒间分别在各层扩散锥管的出口端相互间依次用肋固定，各层扩散锥管的扩散面积比可分别在3～5范围内选定，整个予分布器固接在固定床反应器顶部的流体进口管上，流体进口管的直径等于予分布器进口端的直径d，d=( 1/3 ～ 1/6 )D，D为固定床反应器的直径；

(2)所说的流体扩散段其高度H为(0.25～0.50)D；

(3)所说的多层整流网格为一两层以上的金属丝网层，相邻两金属丝网层之间的距离h=(0.05～0.15)D。

2、如权利要求1所述的均布器，其特征在于所说的多层整流网格宜采用筛孔目数为20～60目的金属丝网。

Images