CN216419330U - 一种新型降膜反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于化工设备技术领域，具体公开了一种新型降膜反应器，包括反应器本体进液口、进气口、冷热媒进出口和气液混合物出口，反应器本体内从上至下依次设有液体分布器、分布盘、布膜管群、上管板、降膜反应管和下管板；分布盘为带有围堰的圆盘，其直径小于反应器本体的内径，圆盘底部设有若干液体分布通孔和气体分布通管；布膜管顶端封闭底端敞口，其上端和下端侧壁上分别设有气体入口和液体入口；布膜管与降膜反应管相连通。使用本降膜反应器进行气液反应，能让气体和液体在布膜管中均匀分布，使气体和液体在降膜反应管中沿相同方向旋转，有效避免气体垂直冲击对布膜质量产生的影响，保证气液反应效果。

Description

一种新型降膜反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，特别是涉及一种新型降膜反应器。

背景技术

气液反应是指反应物系中存在气相和液相的一种多相反应过程，通常是气相反应物溶解于液相后，再与液相中另外的反应物进行反应；也可能是反应物均存在于气相中，它们溶解于含有催化剂的溶液以后再进行反应。气液相反应主要用于：①直接制取产品，例如使乙烯在PdCl₂-CuCl的醋酸溶液中进行氧化以制取乙醛，用空气氧化异丙苯以制取过氧化氢异丙苯等；②化学吸收，用以脱除气相中某一种或几种组分，例如用碱液脱除半水煤气中的二氧化碳和硫化氢等酸性气体，用铜氨溶液脱除合成气中的一氧化碳等。气液反应常在气液反应器中进行，气液相反应器按气液相接触形态可分为：

(1)气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；

(2)液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等；

(3)液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。

其中降膜反应器具有以下特点：(1)通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热；(2)压降小、无轴向返混；(3)降膜液体停留时间短。

降膜分布装置是降膜反应器的核心部件，其均匀分布能力直接影响降膜反应器的总体性能；现有降膜蒸发器中的分布装置主要着重于对液体的均匀分布，对于气液反应器来说，气体和液体同时均匀分布尤为重要。传统降膜反应器的液体分布通常会经过均匀排布的布膜头群从四周向中心流布或者从中心向四周流布，通常按等边三角形排列的布膜头群之间的间隙较小。进液流体受布膜头群间曲折的间隙通道阻力的影响，布膜头群的中心部位与四周部位会存在分布不均的现象，特别是在布膜头群直径较大时，这种现象更为明显；传统降膜反应器的气体分布通常是通过布膜头群顶部的开孔进行分布，这种分布方式气体是垂直向下流动容易对液体布膜造成冲击，影响液体布膜质量，特别是在气体的压力不稳定时，严重影响气液反应效果；除此之外，传统降膜反应器通常会在液体分布器内或布膜管附近有一定的液体滞留，停止进液后不能完全排净反应器内液体，造成物料集聚。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新型降膜反应器，用于解决传统降膜反应器中液体在布膜管群的中心部位与四周部位分布不均、气体在反应器中垂直向下流动对液体布膜造成冲击，影响液体布膜质量，进而影响气液反应效果、液体分布器内或布膜管附近有一定的液体滞留，停止进液后不能完全排净反应器内液体，会造成物料集聚等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的基础方案为：一种新型降膜反应器，包括反应器本体，所述反应器本体的顶部和底部分别设有进液口和气液混合物出口，所述反应器本体上部侧壁上设有进气口，所述反应器本体中部和下部侧壁上设有冷热媒进出口；所述反应器本体内部从上至下依次设有液体分布器、分布盘、布膜管群、上管板、降膜反应管和下管板；所述液体分布器安装在进液口的下方，用于将从进液口送入的液体分散到分布盘上；所述分布盘为带有围堰的圆盘，并位于进气口下方，所述分布盘的直径小于反应器本体的内径所述圆盘底部设有若干个液体分布通孔和若干根竖向设置的气体分布通管；所述布膜管群包括若干个布膜管，所述布膜管为竖向设置且顶端封闭底端敞口的圆筒，所述布膜管上端和下端侧壁上分别设有若干个气体入口和液体入口；所述液体分布通孔的位置与所述布膜管的位置相互错开，所述气体分布通管为上下两端贯通的圆管，所述气体分布通管的上方设有用于防止液体进入气体分布通管的管帽；所述上管板的位置高于冷热媒进出口，所述下管板的位置低于冷热媒进出口，所述上管板和下管板均水平设置且与反应器本体密封连接，所述降膜反应管的上端和下端分别安装在上管板和下管板上；所述布膜管与降膜反应管一一对应且穿过上管板与降膜反应管相连通，所述降膜反应管的下端穿过下管板且与气液混合物出口相连通。

本方案的工作原理在于：液体通过进液口进入反应器本体，先通过液体分布器进行分散分散后的液体进入分布盘，液体经过分布盘的液体分布通孔进行预分布，微量多余的液体通过围堰直接溢流；气体通过进气口进入反应器本体上部缓冲后，通过分布盘上的气体分布通管和分布盘边缘与反应器本体内壁的间隙进行预分布；预分布后的液体和气体从均匀排布的布膜管群侧面进入降膜反应管，液体和气体在降膜反应管按相同方向旋转下降，在旋转过程中进行高效的气液反应，反应过程的加热(或移热)则通过降膜反应管外的热(冷)媒进行控制。

进一步，所述若干个气体入口和液体入口沿布膜管周向分布均匀分布，且所述气体入口和液体入口均沿切线方向开设。

进一步，所述布膜管上的气体入口长为5-45mm，宽为1-8mm，数量为1-8个，所述布膜管上的液体入口长为10-50mm，宽为1-8mm，数量为1-6个。布膜管上的气体入口和液体入口的具体尺寸和数量根据布膜管尺寸和气、液体流量确定。

进一步，所述布膜管上气体入口与液体入口的高度距离为50-150mm。综合流体分析和布膜管液体分布要求考虑，气体入口与液体入口的距离如果偏大，气体在布膜管内旋转减弱气体入口与液体入口的距离如果偏小，在液体量较大的情况下，液体可能会进入气体入口，综合考虑气体入口与液体入口的距离取50-150mm。

进一步，所述布膜管是由钢板卷制成的具有弹性可伸缩的圆筒，所述布膜管的伸缩量为0.5-5mm。

进一步，所述布膜管与降膜反应管的连接方式为承插式，所述布膜管下端侧壁上设有若干个用于限位的凸起。布膜管下端插入降膜反应管中，通过布膜管上的多个凸起进行支撑和限位，同时由于布膜管本身具有弹性，因此可以实现布膜管与降膜反应管内壁的紧固。

进一步，所述分布盘为带有锯齿形围堰的圆盘。

进一步，所述降膜反应管的上端采用胀接和焊接相结合的方式与上管板相连接，所述降膜反应管的下端采用胀接和焊接相结合的方式与下管板相连接。

进一步，所述降膜反应管的上端不能超出上管板，根据布膜管液体分布和反应器本身强度要求，降膜反应管顶部与上管板顶部的距离取1-10mm。

进一步，所述布膜管液体入口的下部分伸入上管板中，这样可以有效避免液体在上管板上集聚，综合考虑布膜管尺寸和液体流量，布膜管液体入口底部与上管板顶部的距离取5-15mm。

进一步，所述上管板上设有若干竖向设置的支撑螺柱，所述分布盘通过螺帽安装在支撑螺柱上。

进一步，所述液体分布器由上下两块圆板组成，两块圆板之间存在一定的间隙，所述进液口处设有进液管道，所述液体分布器安装在进液管道上，所述进液管道伸入液体分布器中。

进一步，所述液体分布器中心位置安装有十字支撑架，所述十字支撑架伸入所述进液管道内，将液体分布器与进液管道连接在一起。

如上所述，本实用新型的新型降膜反应器，具有以下有益效果：

1、本降膜反应器设置了液体分布器，增大液体进口的截面积，降低了进液的流速，有助于减小液体对分布盘的冲击，同时起到防止液体飞溅和对液体进行分散的作用。

2、本降膜反应器设置了分布盘，分布盘通过下端固定在上管板上的螺柱配合螺帽进行支撑，通过调节螺柱上螺帽的位置，可以改变分布盘与布膜管之间的高度差；通过精确计算分布盘上液体分布通孔和气体分布通管的尺寸和数量以及液体分布通孔和气体分布通管的排布方式，能够实现到达每个布膜管周围的液体量和气体量基本一致。

3、本降膜反应器的布膜管为带有弹性开口的圆筒，圆筒顶端封闭，底部敞口，侧壁上设有沿切线方向开设的气体入口和液体入口；气体在布膜管上端沿切线方向进入布膜管，通过调整气体入口的大小及个数，使气体能均匀旋转进入降膜反应管；液体在布膜管下端沿切线方向进入布膜管，通过调整液体入口的大小及个数，使液体在降膜反应管中成膜均匀；气体和液体在在降膜反应管中沿相同方向旋转，可以有效避免气体垂直冲击对布膜质量产生的影响。

附图说明

图1为本实用新型中降膜反应器的纵截面剖视图。

图2为本实用新型中降膜反应器的气、液分布部分的纵截面剖视图。

图3为本实用新型中降膜反应器的分布盘的俯视图。

图4为本实用新型中降膜反应器的布膜管气体入口处和液体入口处的横截面剖视图。

图5为本实用新型中降膜反应器中的液体分布器的俯视图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

附图标记说明：

反应器本体1、进液口2、进气口3、气液混合物出口4、冷热媒进出口5、分布盘6、液体分布器7、支撑螺柱8、布膜管9、降膜反应管10、上管板11、下管板12、气体分布通管13、围堰14、气体入口15、液体入口16、液体分布通孔17、伸缩缝18、十字支撑架19。

具体实施过程如下：

如图1和图2所示，一种新型降膜反应器，包括反应器本体1，反应器本体1的顶部和底部分别设有进液口2和气液混合物出口4，反应器本体1上部侧壁上设有进气口3，反应器本体1中部和下部侧壁上设有冷热媒进出口5；反应器本体1内部从上至下依次设有液体分布器7、分布盘6、布膜管9群、上管板11、降膜反应管10和下管板12。

结合图1、图2和图3所示，分布盘6为带有锯齿形围堰14的圆盘，位于进气口3下方，分布盘6的直径小于反应器本体1的内径，圆盘底部设有若干个液体分布通孔17和若干根竖向设置的气体分布通管13，若干个液体分布通孔17在分布盘6上均匀分布，液体分布通孔17的位置与下面的布膜管9的位置刚好错开，这样液体下流时刚好落在布膜管9周围；气体分布通管13竖向设置，为上下两端贯通的圆管，气体分布通管13的上方设有用于防止液体进入气体分布通管13的管帽；本实施例中只设置了一根气体分布通管13，且其底端安装在分布盘6的中心位置，也可以根据分布盘6的直径和气体量在分布盘6内均布多个气体分布通管13，气体分布通管13的位置可以与下面布膜管9的位置重合。

结合图1、图2和图4所示，布膜管9群包括若干个布膜管9，布膜管9为竖向设置且顶端封闭底端敞口的圆筒，布膜管9必需具有一定的弹性和伸缩量，布膜管9的伸缩量为0.5-5mm；具体的，布膜管9由钢板卷制而成，布膜管9上有伸缩缝18，通过调节伸缩缝18的尺寸可以很方便的安装和检查布膜管9。布膜管9与降膜反应管10的连接方式为承插式，布膜管9下端侧壁上设有若干个用于限位的凸起，布膜管9下端插入降膜反应管10中，通过布膜管9上的多个凸起进行支撑和限位，同时由于布膜管9本身具有弹性，因此可以实现布膜管9与降膜反应管10内壁的紧固。布膜管9上端和下端侧壁上分别设有若干个沿布膜管9周向分布均匀分布的气体入口15和液体入口16，气体入口15和液体入口16均沿切线方向开设，布膜管9上的气体入口15、液体入口16开口方向必需保持一致，这样才能保证气、液两相高效地反应。

布膜管9上的气体入口15长为5-45mm，宽为1-8mm，数量为1-8个，布膜管9上的液体入口16长为10-50mm，宽为1-8mm，数量为1-6个。布膜管9上的气体入口15和液体入口16的具体尺寸和数量根据布膜管9尺寸和气、液体流量确定。

另外，布膜管9上气体入口15与液体入口16的高度距离为50-150mm。综合流体分析和布膜管9液体分布要求考虑，气体入口15与液体入口16的距离如果偏大，气体在布膜管9内旋转减弱；气体入口15与液体入口16的距离如果偏小，在液体量较大的情况下，液体可能会进入气体入口15，综合考虑气体入口15与液体入口16的距离取50-150mm。

结合图1、图2、图5所示，液体分布器7安装在进液口2的下方，用于将从进液口2送入的液体分散到分布盘6上；液体分布器7由上下两块圆板组成，两块圆板之间存在一定的间隙，液体分布器7中心位置安装有十字支撑架19，十字支撑架19伸入进液管道内，液体分布器7通过十字支撑架19与进液口2处的进液管道相连接；液体分布器7的具体直径和两块圆板之间的具体间隙根据分布盘6直径和液体流量进行精确计算。

如图1所示，降膜反应器内设有水平设置且与反应器本体1密封连接的上管板11和下管板12，上管板11的位置高于位于反应器本体1中部的冷热媒进出口5的位置，下管板12的位置低于位于反应器本体1下部的冷热媒进出口5的位置；降膜反应管10的上端和下端分别安装在上管板11和下管板12上，具体的，降膜反应管10的上端采用胀接和焊接相结合的方式与上管板11相连接，降膜反应管10的下端采用胀接和焊接相结合的方式与下管板12相连接，而且，降膜反应管10的上端不能超出上管板11，根据布膜管9液体分布和反应器本身强度要求，降膜反应管10顶部与上管板11顶部的距离取1-10mm。

结合图1和图2所示，布膜管9与降膜反应管10一一对应且穿过上管板11与降膜反应管10相连通，降膜反应管10的下端穿过下管板12且与气液混合物出口4相连通。布膜管9液体入口16的下部分伸入上管板11中，这样可以有效避免液体在上管板11上集聚，综合考虑布膜管9尺寸和液体流量，布膜管9液体入口16底部与上管板11顶部的距离取5-15mm。

结合图1和图2所示，上管板11上设有若干竖向设置的支撑螺柱8，分布盘6通过螺帽安装在支撑螺柱8上。通过调节螺柱上螺帽的位置，可以改变分布盘6与布膜管9之间的高度差；通过精确计算分布盘6上液体分布通孔17和气体分布通管13的尺寸和数量以及液体分布通孔17和气体分布通管13的排布方式，能够实现到达每个布膜管9周围的液体量和气体量基本一致。

本实用新型给出了一个具体的实施例，本实施例中降膜反应器各部件尺寸如下：反应器本体1直径为

分布盘6直径为

分布盘6上的液体分布通孔17直径为

数量为50个；液体分布器7直径为

布膜管9直径为

数量为30只；气体分布通管13直径为

降膜反应管10直径为

数量为27根。

在本实施例中，液体通过进液口2进入反应器本体1内，通过与进液口2相连的液体分布器7向四周分散，分散后的液体进入分布盘6进行均匀分布，在重力作用下，液体从分布盘6上的液体分布通孔17掉落在布膜管9的周围，然后通过30只布膜管旋转进入到30根降膜反应管10内，液体在降膜反应管10内形成均匀的液膜，每只布膜管9下部有3个切线开口的液体入口16，液体入口16的尺寸为4mm(宽)、35mm(长)；气体通过进气口3进入反应器本体1的上端，大部分的气体通过分布盘6上的1个带帽的气体分布通管13到达布膜管9附近，少部分的气体通过分布盘6和反应器本体1之间的缝隙到达布膜管9附近，然后气体通过30只布膜管9旋转进入到30根降膜反应管10内，每只布膜管9上部有6个切线开口的气体入口15，气体入口15的尺寸为3mm(宽)、40mm(长)；气体和液膜在降膜反应管10内沿相同方向旋转，气体与液体充分接触，进行高效的传质传热反应；反应后的气液混合物通过30根降膜反应管10下端流出，最后通过气液混合物出口4排出。

降膜反应器上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种新型降膜反应器，包括反应器本体，所述反应器本体的顶部和底部分别设有进液口和气液混合物出口，所述反应器本体上部侧壁上设有进气口，所述反应器本体中部和下部侧壁上设有冷热媒进出口，其特征在于：所述反应器本体内部从上至下依次设有液体分布器、分布盘、布膜管群、上管板、降膜反应管和下管板；所述液体分布器安装在进液口的下方，用于将从进液口送入的液体分散到分布盘上；所述分布盘为带有围堰的圆盘，并位于进气口下方，所述分布盘的直径小于反应器本体的内径，所述圆盘底部设有若干个液体分布通孔和若干根竖向设置的气体分布通管；所述布膜管群包括若干个布膜管，所述布膜管为竖向设置且顶端封闭底端敞口的圆筒，所述布膜管上端和下端侧壁上分别设有若干个气体入口和液体入口；所述液体分布通孔的位置与所述布膜管的位置相互错开，所述气体分布通管为上下两端贯通的圆管，所述气体分布通管的上方设有用于防止液体进入气体分布通管的管帽；所述上管板的位置高于冷热媒进出口，所述下管板的位置低于冷热媒进出口，所述上管板和下管板均水平设置且与反应器本体密封连接，所述降膜反应管的上端和下端分别安装在上管板和下管板上；所述布膜管与降膜反应管一一对应且穿过上管板与降膜反应管相连通，所述降膜反应管的下端穿过下管板且与气液混合物出口相连通。

2.根据权利要求1所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述若干个气体入口和液体入口沿布膜管周向分布均匀分布，且所述气体入口和液体入口均沿切线方向开设；

和/或，所述布膜管上的气体入口长为5-45mm，宽为1-8mm，数量为1-8个，所述布膜管上的液体入口长为10-50mm，宽为1-8mm，数量为1-6个；

和/或，所述布膜管上气体入口与液体入口的高度距离为50-150mm。

3.根据权利要求1所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述布膜管是由钢板卷制成的具有弹性可伸缩的圆筒，所述布膜管的伸缩量为0.5-5mm。

4.根据权利要求3所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述布膜管与降膜反应管的连接方式为承插式，所述布膜管下端侧壁上设有若干个用于限位的凸起。

5.根据权利要求1所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述分布盘为带有锯齿形围堰的圆盘。

6.根据权利要求1所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述降膜反应管的上端不能超出上管板；和/或，所述布膜管液体入口的下部分伸入上管板中。

7.根据权利要求6所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述降膜反应管顶部与上管板顶部的距离为1-10mm；和/或，所述布膜管液体入口底部与上管板顶部的距离为5-15mm。

8.根据权利要求1所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述上管板上设有若干竖向设置的支撑螺柱，所述分布盘通过螺帽安装在支撑螺柱上。

9.根据权利要求1所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述液体分布器由上下两块圆板组成，两块圆板之间存在一定的间隙，所述进液口处设有进液管道，所述液体分布器安装在进液管道上，所述进液管道伸入液体分布器中。

10.根据权利要求9所述的新型降膜反应器，其特征在于：所述液体分布器中心位置安装有十字支撑架，所述十字支撑架伸入所述进液管道内，将液体分布器与进液管道连接在一起。

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