專利名稱：：一種氣升式環(huán)流反應(yīng)器的制作方法一種氣升式環(huán)流反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于氣、液兩相或者氣、液、固三相反應(yīng)的反應(yīng)器，屬于化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域，具體的說，是一種具有多孔導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)的氣升式環(huán)流反應(yīng)器。技術(shù)背景基于鼓泡式反應(yīng)器發(fā)展起來的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，是在鼓泡反應(yīng)器內(nèi)加入內(nèi)構(gòu)件導(dǎo)流筒，使流體在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生圍繞導(dǎo)流筒的循環(huán)流動，從而實(shí)現(xiàn)氣、液、固三相均勻混合，且可獲得較高的相間傳質(zhì)系數(shù)，其在生物發(fā)酵過程、污水處理過程等很多氣、液、固三相反應(yīng)以及氣、液吸收反應(yīng)中有廣泛的應(yīng)用。一般情況下，氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比較小，為68左右。當(dāng)高徑比繼續(xù)增加時，由于反應(yīng)器較高，則反應(yīng)器塔體和導(dǎo)流筒間的環(huán)隙中下部的氣含率非常小，從而氣液接觸面積減小，反應(yīng)器的利用效率下降。然而，在很多工業(yè)應(yīng)用中，需要采用大高徑比的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，一方面有效節(jié)省占地面積，另一方面，對于很多高溫高壓反應(yīng)，反應(yīng)器的直徑往往有一定限制，需要通過提高高徑比則增加反應(yīng)器的體積。提高氣升式環(huán)流反應(yīng)器高徑比的困難在于如何保證導(dǎo)流筒和反應(yīng)器塔體間的環(huán)隙下部有足夠的氣含量。專利CN1435275A報(bào)道了一種多級的環(huán)流反應(yīng)器，通過將導(dǎo)流筒分級，來提高反應(yīng)器底部的氣含率，從而提高反應(yīng)器的效率，表明通過改善導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)，可以改善氣含率在軸向的分布。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于在傳統(tǒng)的氣升式環(huán)流反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，反應(yīng)器包括一個多孔導(dǎo)流筒,，該導(dǎo)流筒能夠在反應(yīng)器高度較高的情況下，保證反應(yīng)器底部足夠的氣含率，突破傳統(tǒng)的氣升式環(huán)流反應(yīng)器對高徑比的限制。該反應(yīng)器可用于需要提高高徑比的氣、液反應(yīng)或者氣、液、固三相反應(yīng)中。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的-反應(yīng)器包括塔體l、多孔導(dǎo)流筒2和氣體分布器3。導(dǎo)流筒2位于塔體的內(nèi)部，和塔體同軸心，氣體分布器位于塔體的內(nèi)部，導(dǎo)流筒的下方。本發(fā)明中的導(dǎo)流筒2和一般氣升式環(huán)流反應(yīng)器的導(dǎo)流筒不同，由封閉段和開孔段構(gòu)成，導(dǎo)流筒比例開有分布孔，氣體和液體均可從孔中流出。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采取了下面的技術(shù)方案塔體1反應(yīng)段總高和直徑比為5~20，多孔導(dǎo)流筒2的平均內(nèi)徑(和導(dǎo)流筒等體積等高的圓柱體的直徑)和塔體1的內(nèi)徑比為0.5~0.8，導(dǎo)流筒2和塔體1反應(yīng)段總高比為0.61。導(dǎo)流筒2由開孔段和封閉段構(gòu)成。底部為封閉段，上部為開孔段。開孔段上開有圓形分布孔，開孔總面積和導(dǎo)流筒的截面積比為0.3-2，開孔段高度和導(dǎo)流筒總高度的比為0.30.65。導(dǎo)流筒2的開孔段可以是圓柱形的，也可以是上端直徑略大于下端直徑的園臺形。如果為圓臺形，導(dǎo)流筒開孔段上端直徑和下端直徑的比為1~1.2。導(dǎo)流筒2的開孔段的開孔，可以是均布的，也可以是開孔數(shù)由下到上遞減。導(dǎo)流筒2、塔身1和氣體分布器三者的關(guān)系為導(dǎo)流筒2和塔體1同軸心，氣體分布器3位于反應(yīng)器底部，其上端不低于導(dǎo)流筒2的下沿。本發(fā)明氣升式環(huán)流反應(yīng)器的特點(diǎn)為1)本發(fā)明的氣升式環(huán)流反應(yīng)器由塔體、導(dǎo)流筒和氣體分布器構(gòu)成，導(dǎo)流筒包括開孔段和封閉段，底部為封閉段，上部為開孔段。2)氣體經(jīng)氣體分布器首先進(jìn)入導(dǎo)流筒內(nèi)，氣體和液體在從導(dǎo)流筒開孔段的分布孔和導(dǎo)流筒頂部流出，向下由導(dǎo)流筒的底部進(jìn)入導(dǎo)流筒，而形成環(huán)流。從導(dǎo)流筒開孔段流出的氣體可在流體的攜帶下下降到反應(yīng)器底部，即使在反應(yīng)器高徑比較大的情況下，也可使反應(yīng)器底部具有較高的氣含率。3)本發(fā)明氣升式環(huán)流反應(yīng)器中特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)流筒，可以在反應(yīng)器高徑比較大的情況下，保證反應(yīng)器環(huán)隙的底部有足夠的氣含率，從而可提高反應(yīng)器的效率。4)本發(fā)明氣升式環(huán)流反應(yīng)器中特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)流筒，可以增強(qiáng)氣、液或者氣、液、固混合，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)。附圖1是本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖1-塔體2-多孔導(dǎo)流筒3-氣體分布器附圖2是本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器多孔導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)圖之一附圖3是本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器多孔導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)圖之二附圖4是本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器多孔導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)圖之三附圖5是本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)流體流動狀態(tài)示意圖附圖6是不同空塔氣速下，本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器環(huán)隙氣含率的軸向分布附圖7是開孔總面積和導(dǎo)流筒截面積的比不同時，本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器環(huán)隙氣含率的軸向分布附圖8是導(dǎo)流筒開孔段高度不同時，本發(fā)明環(huán)流反應(yīng)器環(huán)隙氣含率的軸向分布具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖l所示，環(huán)流反應(yīng)器由塔體l，位于塔體內(nèi)部、和塔體同軸的多孔導(dǎo)流筒2，以及位于導(dǎo)流筒的下方氣體分布器3構(gòu)成。導(dǎo)流筒2和一般氣升式環(huán)流反應(yīng)器的導(dǎo)流筒不同，分為封閉段和開孔段，底部為封閉段，上部為開孔段。在導(dǎo)流筒的開孔段上按一定比例開有分布孔，氣體和液體均可從孔中流出。氣體分布器3位于反應(yīng)器底部中心位置，其上端不低于導(dǎo)流筒2的下沿。如圖2、圖3、圖4所示，導(dǎo)流筒的開孔段可以是圓柱形體的，或者上端大于下端的園臺形的(圖4)。開孔段的開孔可以是均布在開孔段的導(dǎo)流筒側(cè)壁上的(如圖2),也可以開孔數(shù)由下向上遞減(如圖3)。導(dǎo)流筒的封閉段均為圓柱形。當(dāng)氣體由分布器3進(jìn)入反應(yīng)器后，首先使導(dǎo)流筒2內(nèi)的氣含率提高、氣液混合相的密度減小，在密度差和氣體噴射的作用下，導(dǎo)流筒內(nèi)部的氣液混合相向上運(yùn)動，在氣含率和流體流動的共同作用下，在距離反應(yīng)器底部一定高度之上，導(dǎo)流筒內(nèi)的混合相所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，小于導(dǎo)流筒外混合相所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，此時，液體將攜帶氣體由導(dǎo)流筒上的開孔流出，和環(huán)隙中向下流動的流體匯合，并攜帶氣體向下流動，在整個開孔段上，形成由導(dǎo)流筒側(cè)壁流出，從反應(yīng)器底部流入導(dǎo)流筒的環(huán)流，如圖5所示。由于一部分氣體從導(dǎo)流筒的開孔段流出，一方面這些氣體距離反應(yīng)器底部較近，另一面分布孔的再分散作用在一定程度上阻止了氣泡的聚并，而增加了流體的湍動，從而使得大量的氣泡可以到達(dá)反應(yīng)器環(huán)隙的底部，使反應(yīng)器環(huán)隙底部的氣含率明顯提高。反應(yīng)器環(huán)隙氣含率軸向的分布，可以通過改變導(dǎo)流筒的開孔段的長度、開孔的總面積、孔的分布方式以及導(dǎo)流筒開孔段的形狀來調(diào)整。例如，采用上端大于下端的園臺形的開孔段，由于在導(dǎo)流筒上部環(huán)隙的流道面積減小，因而可以使更多的流體和氣體從導(dǎo)流筒側(cè)壁的孔中流出，從而提高環(huán)隙中下部的氣含率。為取得同樣的效果，也可以采用開孔數(shù)由下向上遞減的方法。下面介紹本發(fā)明的幾個實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍，并不局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)施例為180L的環(huán)流反應(yīng)器中的流體力學(xué)狀況。反應(yīng)器塔體高3000mm，內(nèi)徑為270mm。導(dǎo)流筒高2200mm，內(nèi)徑為210mm，導(dǎo)流筒下沿距離反應(yīng)器底部為100mm。導(dǎo)流筒開孔段為圓柱形，高1300mm，均勻開有1120個直徑為5mm的圓孔，開孔總面積為導(dǎo)流筒截面積的61%。在反應(yīng)器中裝填含有0.5%乙醇的水后，不同空塔氣速下反應(yīng)器的整體氣含率(與相同結(jié)構(gòu)但導(dǎo)流筒不開孔的反應(yīng)器比照)見表l,環(huán)隙氣含率沿軸向的分布(在氣速m(^1.44cnvs")下見圖6(與相同結(jié)構(gòu)但導(dǎo)流筒不開孔的反應(yīng)器比照)。表1不同空塔氣速下反應(yīng)器的整體氣含率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例2本實(shí)施例為180L的環(huán)流反應(yīng)器中，開孔面積對反應(yīng)器中的流體力學(xué)狀況的影響。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)體系同實(shí)施例l。開孔總面積和導(dǎo)流筒截面積的比(SpASt)為61%、32%、16%(均勻分布)，空塔氣速叱=1.44cm-s"時，反應(yīng)器的整體氣含率見表2，環(huán)隙氣含率沿軸向的分布見圖7，可見&/&<0.3后，氣含率的分布效果明顯變差。表2開孔面積不同時反應(yīng)器的整體氣含率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例3本實(shí)施例為180L的環(huán)流反應(yīng)器中，開孔段高度對反應(yīng)器中流體力學(xué)狀況的影響。反應(yīng)器的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)體系同實(shí)施例1，空塔氣速"g-1.44cm's'1，開孔段高度i/p分別為800mm、1300mm、1600mm時，對應(yīng)與導(dǎo)流筒總高比(/V")為0.36、0.59、0.73，反應(yīng)器的整體氣含率見表3，環(huán)隙氣含率沿軸向的分布見圖8，可見/Zp/私并非越大越好，在本實(shí)施例中當(dāng)if^l600mm時，在開孔段底部，不僅沒有氣體從導(dǎo)流筒中流出，反而環(huán)隙中的氣體下降到開孔段底部后，從開孔中流入導(dǎo)流筒內(nèi)，造成環(huán)隙底部的氣含率急劇下降。表3開孔段高度不同時反應(yīng)器的整體氣含率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例4本實(shí)施例為180L的環(huán)流反應(yīng)器中的流體力學(xué)狀況。反應(yīng)器塔體尺寸如實(shí)施例一。導(dǎo)流筒高2100mm，內(nèi)徑為13.50mm,導(dǎo)流筒下沿距離反應(yīng)器底部為100mm。導(dǎo)流筒開孔段為圓柱形，高1200mm，均勻開有1120個直徑為5mm的圓孔，開孔總面積為導(dǎo)流筒截面積的61%。在反應(yīng)器中裝填含有0.5%乙醇的水后，不同空塔氣速下反應(yīng)器的整體氣含率見表4，環(huán)隙氣含率沿軸向的分布(在氣速"0=1.44(^3-1)下見表5(與相同結(jié)構(gòu)但導(dǎo)流筒不開孔的反應(yīng)器比照)。表4不同空塔氣速下反應(yīng)器的整體氣含率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表5反應(yīng)器內(nèi)氣含率的軸向分布("(^1.44cnvs—1)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例5本實(shí)施例為該反應(yīng)器應(yīng)用于對二甲苯的氧化反應(yīng)。該反應(yīng)為氣液反應(yīng)，以對二甲苯為原料，以鈷-錳-溴為催化劑，對二甲苯經(jīng)空氣中的氧氣氧化得到對苯二甲酸。反應(yīng)溫度185192°C、反應(yīng)壓力1.31.8Pa，液相停留時間60100min，工況下的空塔氣速0.751.5cm/s。在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，對苯二甲酸的收率可達(dá)到95%以上。權(quán)利要求1.一種氣升式環(huán)流反應(yīng)器，包括塔體1、導(dǎo)流筒2、氣體分布器3，導(dǎo)流筒位于塔體1內(nèi)部與塔體1同軸，氣體分布器位于導(dǎo)流筒下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述導(dǎo)流筒2由封閉段和開孔段構(gòu)成，開孔段側(cè)壁上開有分布孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述導(dǎo)流筒2開孔段上開有圓形分布孔，開孔總面積和導(dǎo)流筒的截面積比為0.3-2。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述導(dǎo)流筒2開孔段高度和導(dǎo)流筒總高度的比為0.3~0.65。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒2的開孔段是圓柱形的。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒2是上端直徑略大于下端直徑的園臺形，開孔段上端直徑和下端直徑的比為1-1.2。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒2的開孔段的開孔數(shù)是均布的。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒2的開孔段的開孔數(shù)由下到上遞減。全文摘要一種具有多孔導(dǎo)流筒的環(huán)流反應(yīng)器，用于氣液兩相反應(yīng)或氣液固三相反應(yīng)，屬于化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域。所述多孔導(dǎo)流筒的主要特征為導(dǎo)流筒由封閉段和開孔段構(gòu)成，下部為封閉段，上部為開孔段，開孔段上按一定比例開有分布孔，氣體和液體均可從孔中流出。當(dāng)氣體經(jīng)氣體分布器進(jìn)入導(dǎo)流筒內(nèi)后，氣體和液體在從導(dǎo)流筒開孔段的氣體分布孔和導(dǎo)流筒頂部流出，向下由導(dǎo)流筒的底部進(jìn)入導(dǎo)流筒，形成環(huán)流。從導(dǎo)流筒開孔段流出的氣體可在流體的攜帶下下降到反應(yīng)器底部，即使在反應(yīng)器高徑比較大的情況下，也可使反應(yīng)器底部具有較高的氣含率。因此采用多孔導(dǎo)流筒可以突破傳統(tǒng)的環(huán)流反應(yīng)器對高徑比的限制，滿足工業(yè)應(yīng)用中對環(huán)流反應(yīng)器的高徑比的要求。文檔編號B01J8/02GK101249405SQ20081002326公開日2008年8月27日申請日期2008年4月3日優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日發(fā)明者丁富新,劉建新,周啟惠,姚小利,李曉強(qiáng),洋汪,王保正,蔣國強(qiáng)申請人:中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司