CN212524038U - 一种新型一体式气液连续流反应器 - Google Patents

Abstract

一种新型一体式气液连续流反应器，包括反应器及与反应器连通的液体管道、气体管道及出料管道，反应器内设置有通过支架筛板固定且呈相间分布的填料层和催化剂填料层，所述反应器内还设置有将气液混合均匀的气液分布器，气液分布器具体包括底板及由内到外开设的加料口、第一混合环、第二混合环和第三混合环，混合环的环槽深度由内到外依次减小，相邻的混合环通过连接槽连接，本方案采用的一体式气液连续流反应器将催化剂填料层和填料层间隔设置，提高分散传质的效果的同时减小压降，利于制备反应中有效提高产率，气液分布器也可促进气体与液体充分混合，从而提高反应的速率及转化率。

Description

一种新型一体式气液连续流反应器

技术领域

本实用新型属于气液传质技术领域，具体来说，涉及一种新型一体式气液连续流反应器。

背景技术

在石油、化工、轻工、医药、环保等领域，均涉及到较多的固定床内气—液—固三相反应过程，其中的固体为催化剂，气液两相是以滴流的形式通过催化剂床层，在滴流床反应器中，气体需要从气相传递到液相，然后共同吸附在催化剂表面，在催化剂活性中心的作用下进行反应。如授权号为CN205868210U的专利公开了一种气液混合设备，所述气液混合设备包括依次连接的进气系统、混合汽化预热装置和气体反应装置，所述进气系统包括液体管道和气体管道、预热管道、输出管道和加热装置，所述汽化管道一端、预热管道一端与气体管道连接或导通，所述汽化管道另一端连接所述液体管道，所述预热管道另一端连接所述输出管道，所述输出管道连接所述气体反应装置，所述加热装置用以给混合汽化预热装置内元件加热，该装置可避免液体汽化不到位、气液混合不均匀的技术问题。

在实验室制备2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚反应中，原料为分别为液体的2,4-二甲基-6-苯酚和气体的异丁烯，上述气液混合装置需要将液体汽化与气体混合，耗能较高，不适合制备2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚的反应。且在制备2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚的反应中，在排除传质影响后，从动力学数据上判断为准一级反应；为了促进反应向右进行从而提高原料的转化率，需要针对性地对反应装置进行合理设计排布从而起到提高制备产物的转化率。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型提供一种新型一体式气液连续流反应器，将催化剂填料层和填料层间隔设置，提高分散传质的效果的同时减小压降，利于制备2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚反应，有效提高产率。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型一体式气液连续流反应器，包括反应器及与反应器连通的液体管道、气体管道及出料管道，反应器内设置有通过支架筛板固定且呈相间分布的填料层和催化剂填料层，所述反应器内还设置有将气液混合均匀的气液分布器。

优选地，所述反应器底部设置有进气口与所述气体管道连通，所述反应器顶部设置有进水口与所述液体管道连通，所述出料管道与设置在所述反应器底部的出料口连通，所述反应器内部位于液体管道与气体管道连接处均设置有气液分布器。

优选地，所述反应器底部设置有进气口、进水口分别与所述气体管道、液体管道连通，所述反应器顶部设置有出料口与所述出料管道连接，所述反应器内部位于液体管道气体管道连接处设置有气液分布器。

优选地，所述气液分布器包括底板及开设在所述底板上的由内到外依次分布的加料口、第一混合环、第二混合环、及第三混合环，混合环的环槽深度由内到外依次减小，相邻的混合环通过连接槽连接。

优选地，所述底板上均开设有开口与分布器连接，所述分布器上开设有多个分布孔。

在本方案设计中，制备2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚使用的催化剂颗粒较小、重量较轻，仅在反应器内设置一层催化剂填料层，层过厚则由于催化剂颗粒较小、重量较轻的特点，反应气体与液体都不易通过催化层，使得反应困难；层设置薄虽然反应气体与液体易于混合，但是催化剂由于量较小使得反应催化不够，产率较差。因此，本方案设计运用多层间隔设置，既有利于反应原材料的混合均匀，也能保证催化充分；同时，本方案设计延长了反应通道，同时可在液体管道、气体管道处设置流速阀控制原材料的速率，能保证物料充分混合并且进行反应，使得产率得到提升。在本方案设计中，填料层既可不填料形成留空层，也可填充惰性物质如沸石、聚四氟材料等；催化剂填料层既可全部为催化剂材料，也可为催化剂与沸石、聚四氟材料等填料物质共混。在本方案设计中，由于催化剂颗粒较小、重量较轻的特点，可用聚四氟材质笼包覆聚四氟纱网用于包覆催化剂。

进一步地，本方案可优选两套配制：第一套方案为气体流动方向向上、液体流动方向向下，具体为：反应器底部开设有进气口与气体管道连接、顶部开设有进水口和液体管道连接，同时反应器内靠近底部和顶部均安装有气液分布器保证气体、液体均匀空间分布，有利于气、液体与催化剂均匀、充分接触，在反应器顶部开设有出料口与出料管道连接，使反应产物排出；第二套方案为气体流动方向与液体流动方向均向上，具体为：反应器底部开设有进气口与进水口，分别与气体管道和液体管道连接，同时反应器内靠近底部安装有气液分布器保证气液充分混合及空间分布，有利于混合气液体与催化剂均匀、充分接触，在反应器底部开设有出料口与出料管道连接，使反应产物排出。

进一步地，为了保证气体、液体在反应前在空间上均匀分布，或保证气液体充分混合，本方案设计采用了一种气体、液体均适用且能在混合时适用的气液分布器，具体包括底板及由内到外开设的加料口、第一混合环、第二混合环和第三混合环，混合环的环槽深度由内到外依次减小，相邻的混合环通过连接槽连接。

本方案利用设计的气液分布器为圆形底板，底板以圆心为发散中心，液体从中心逐渐向外运动，并且由于混合环的直径由内向外逐渐增大，因此为了液体在各个环间的均匀分布，环槽的深度由内向外依次减小，从而实现液体的均匀分布；而气体分子运动较快，分散度较高，并且在分布器的引导下更趋于分布均匀；因此，当气体、液体分别从反应器顶部与底部进入时，在进口处安装的分布器可各自将气体、液体引导分布；当气体、液体从反应器底部进入时，进口处安装的分布器在使气体、液体引导分布均匀的同时，也可促进气体与液体充分混合，从而提高反应的速率及转化率。

优选地，底板上开设有多个规则排布的开口与分布器连接，分布器优选为柱形筒体结构的分布器，且分布器的筒壁上开设有多个分布孔，或者进一步地，分布器的筒面上也开设有多个分布孔；或者分布器也可采用其他形状，如直径逐渐扩大的锥形筒结构，或者喇叭型筒结构。

在本方案设计中，分布器的设计可使得液体或者气体从各个方向均匀缓和地流入分布器内，实现气体、液体分散性能更好、均匀程度更高、混合效果更好的效果。

优选地，第一混合环与第二混合环通过第一连接槽连接，第二混合环与第三混合环通过第二连接槽连接，第二连接槽的槽深比第一连接槽的槽深小。

优选地，加料口通过分布槽与第一混合环连接，加料口的槽深大于第一混合环的环槽深；加料口的设置更方便于主要是液体反应物的加料及分布，使气体与液体的混合更加充分均匀。

进一步地，分布槽为向外内径逐渐扩大的槽型。

进一步地，第一连接槽为向外内径逐渐扩大的槽型，第二连接槽为向外逐渐缩小的槽型。

在本方案设计中，由于加料口及混合环的内径从内到外逐渐增大，表面的接触面积也逐渐增大，因此分布槽与第一连接槽为向外逐渐扩大的槽口有利于反应液体/气体更快向外流动，而第二连接槽即为最外的混合环与内环的连接槽，若是采用同样的逐渐扩大的连接槽则会导致反应液体/气体堆积在该混合环内，致使反应液体/气体分布混合不均，影响反应效果，而采用内径逐渐减小的连接槽则可减缓趋势，提高最终的反应效果。

与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：

1.本方案采用的一体式气液连续流反应器将催化剂填料层和填料层间隔设置，提高分散传质的效果的同时减小压降，利于制备2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚反应，有效提高产率。

2.本方案设计了一种气体、液体均适用且能在混合时适用的气液分布器，安装在反应气体、液体的入口处，在使气体、液体引导分布均匀的同时，也可促进气体与液体充分混合，从而提高反应的速率及转化率。

3.本方案的装置结构简单、易于实现，可适用于多种反应装置内，具有良好的应用前景。

附图说明

附图1为本实用新型结构示意图。

附图2为本实用新型结构示意图。

附图3为本实用新型实施例1的结构示意图。

附图4为本实用新型实施例2的结构示意图。

附图5为本实用新型气液分布器结构示意图。

附图6为本实用新型气液分布器局部结构示意图。

附图标记：1反应器、11支架筛板、12催化剂填料层、13填料层、2液体管道、3气体管道、4出料管道、5气液分布器、50底板、51加料口、501分布槽、502第一连接槽、503第二连接槽、504开口、52第一混合环、53第二混合环、54第三混合环、55分布器、551分布孔。

具体实施方式

实施例1

如附图3所示，一种新型一体式气液连续流反应器，为“逆流式”装置，反应器1的尺寸：d=40mm，L=2000mm，不计填料催化剂，保留体积为5.02L，反应器1本体内部由上到下依次为液体分布器即本方案设计中的气液分布器5，催化剂填料层12、填料层13相间分布，气液分布器5，催化剂填料层12及填料层13通过支架筛板11固定，在反应器1顶部开设有进液口与液体管道2连通，在反应器1底部开设有进气口与气体管道3连通，反应产物通过反应器1底部的出料口输送至产品罐，反应尾气通过反应器1顶部开设的出气口输送至缓冲罐中进行处理后重新并入至气体管道3内循环利用，液体管道2与气体管道3上都安装有控制阀用于控制流速，本方案中气相流动方向向上，液相原料的浓度是变大的，液相流动方向向下，气相原料的浓度也是变大的，该逆流的方式有利于反应向右进行。

如附图5所示，气液分布器5包括厚度为4cm左右的底板50，底板50上通过刻蚀等常用工艺开设多个混合环及一个中心的加料口51，为“内陷式”结构，在本实施例中混合环为三个，由内至外分别第一混合环52、第二混合环53、第三混合环54，混合环的槽宽相同，混合环的槽深由内之外依次为2.5cm、1.5cm、0.5cm，加料口51的深度为3.0cm；第一混合环52与第二混合环53通过第一连接槽502连接，第二混合环53与第三混合环54通过第二连接槽503连接，加料口51通过分布槽501与第一混合环52连接，上述连接槽与分布槽都以圆心为对称中心，设置有多个，呈发散性对称分布，连接槽可为大小不同的间隔式排布，分布槽501的槽深为3mm、第一连接槽502的槽深为2mm、第二连接槽503的槽深为1mm，分布槽501与第一连接槽502为由内向外内径逐渐扩大的槽型，第二连接槽为由内性外内径逐渐缩小的槽型。

如附图6所示，底板50上开设有多个均匀分布的开口504，每个开口处都匹配焊接有分布器55，分布器55既可为仅有柱壁上开设有分布孔551的柱形筒体结构，也可为柱壁及柱面均上开设有分布孔551的柱形筒体结构，利于气/液体的二次分散缓冲。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，一种新型一体式气液连续流反应器，为“并流式”装置，反应器1本体内部由上到下依次为催化剂填料层12、填料层13相间分布，气液混合段上安装的气液分布器5；催化剂填料层12及填料层13通过支架筛板11固定，在反应器1底部同时开设有进液口与进气口分别与液体管道2与气体管道3连通，反应产物与反应尾气通过反应器1顶部的出料口输送至气液分离罐进行分离。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，气液分布器5包括厚度为0.5cm左右的底板50，底板上通过焊接等常用方式连接环壁形成多个混合环及一个中心的加料口51，为“坡型”结构，混合环的槽宽相同，混合环的槽深由内之外依次为1.5cm、1.0cm、0.5cm，加料口51的深度为2.0cm；第一混合环52与第二混合环53通过第一连接槽502连接，第二混合环53与第三混合环54通过第二连接槽503连接，加料口51通过分布槽501与第一混合环52连接，上述连接槽与分布槽都以圆心为对称中心，设置有多个，呈发散性对称分布，连接槽可为大小不同的间隔式排布，分布槽501的槽深为2mm、第一连接槽502的槽深为1.5mm、第二连接槽503的槽深为1mm，分布槽501与第一连接槽502为由内向外内径逐渐扩大的槽型，第二连接槽为由内性外内径逐渐缩小的槽型。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种新型一体式气液连续流反应器，包括反应器（1）及分别与反应器（1）连通的液体管道（2）、气体管道（3）及出料管道（4），其特征在于，所述反应器（1）内设置有通过支架筛板（11）固定且呈相间分布的填料层（13）和催化剂填料层（12），所述反应器（1）内还设置有将气液混合均匀的气液分布器（5）。

2.根据权利要求1所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述反应器（1）底部设置有进气口与所述气体管道（3）连通，所述反应器顶部设置有进水口与所述液体管道（2）连通，所述出料管道（4）与设置在所述反应器（1）底部的出料口连通，所述反应器（1）内部位于液体管道（2）与气体管道（3）连接处均设置有气液分布器（5）。

3.根据权利要求1所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述反应器（1）底部设置有进气口、进水口分别与所述气体管道（3）、液体管道（2）连通，所述反应器（1）顶部设置有出料口与所述出料管道（4）连接，所述反应器（1）内部位于液体管道（2）气体管道（3）连接处设置有气液分布器（5）。

4.根据权利要求1所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述气液分布器（5）包括底板（50）及开设在所述底板（50）上的由内到外依次分布的加料口（51）、第一混合环（52）、第二混合环（53）、及第三混合环（54），混合环的环槽深度由内到外依次减小，相邻的混合环通过连接槽连接。

5.根据权利要求4所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述底板（50）上均开设有开口（504）与分布器（55）连接，所述分布器（55）上开设有多个分布孔（551）。

6.根据权利要求4所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述第一混合环（52）与第二混合环（53）通过第一连接槽（502）连接，所述第二混合环（53）通过第二连接槽（503）与第三混合环（54）连接，所述第二连接槽（503）的槽深比第一连接槽（502）的槽深小。

7.根据权利要求4所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述加料口（51）通过分布槽（501）与所述第一混合环（52）连接，所述加料口（51）的槽深大于第一混合环（52）的环槽深。

8.根据权利要求7所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述分布槽（501）为向外内径逐渐扩大的槽型。

9.根据权利要求6所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述第一连接槽（502）为向外内径逐渐扩大的槽型。

10.根据权利要求6所述的一种新型一体式气液连续流反应器，其特征在于，所述第二连接槽（503）为向外逐渐缩小的槽型。

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