專利名稱：一種高效氣液自混合反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種高效氣液自混合反應器，主要應用于高溫高壓、有毒、氣液均相催化、需充分均勻混合的氣液反應工況；且可調整反應停留時間。
背景技術：
氣液反應是化工系統中涉及很廣的單元過程，氣液反應器也是化工過程中很重要的設備，氣液相反應器按氣液相接觸形態可分為氣體以氣泡形態分散在液相中的鼓泡塔反應器、攪拌鼓泡爸式反應器和板式反應 器；液體以液滴狀分散在氣相中的噴霧、噴射和文氏反應器等；液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料塔反應器和降膜反應器等。帶攪拌氣液反應器是工業化工裝置中常用的一種，對于有懸浮均勻的固體粒子催化劑存在的氣液相反應過程，一般選用攪拌釜式反應器。因化工反應的高溫、高壓和有毒等特點，目前工業應用中的攪拌釜式反應器的攪拌與設備殼體連接密封是技術難題，且在運行過程中在運行過程中難維護、易泄露，運行和維護成本都很高。目前新型的高效氣液反應器也是采用帶轉動裝置的，如申請號為201010121957. 3，名稱為“一種新型氣液反應器”的中國專利運用新型轉子結構設計強化了氣液反應，但不能避開在實際應用過程中轉子與殼體的密封難的問題。氣液攪拌反應器隨著工業單裝置規模越來越大，面臨著要求單體設備能力大，反應器直徑和高度越來越大，攪拌軸和攪拌漿的放大受到材料及加工工藝限制，傳統氣液攪拌反應器的大型化也受到限制。已有的反應器在確定設計基準就要確定運行時的反應停留時間，且在運行過程中不可調，為適應裝置工況負荷變化、原料變化的需求，需要設計一種可調反應停留時間的反應器。
發明內容
為了克服上述缺陷，本實用新型提供一種高效氣液自混合反應器，本實用新型要解決的技術問題為I)使氣液相反應器在不使用攪拌器時達到高效傳質，解決攪拌釜式反應器攪拌密封制造難度大，運行易泄漏等問題；2)實現反應器中反應停留時間可調，可適應裝置負荷和原料變化的需要。本實用新型的反應器通過氣、液相分布的獨特設計，實現在無攪拌情況下的物料充分混合，并減少返混，提高反應器效率，即在取消攪拌器時也可達到良好的氣液混合和傳質效果，即解決了攪拌密封和運行易出故障的問題，又可保證氣液反應的高效。通過氣相分布管及反應液相采出口的獨特設計，實現可調節反應停留時間。本實用新型采用以下技術解決方案[0014]—種高效氣液自混合反應器，包括反應器殼體，所述反應器殼體內設有氣相分布器，反應器殼體內壁上設有反應液平衡集液槽，反應器殼體側方設有液相原料進口，與液相原料進口連接的液相原料進口管連通至反應器殼體內貫穿氣相分布器、并與液相原料進口管管口對面反應器殼體內壁固定，反應液平衡集液槽與反應液出口連接，氣相分布器底部連接有氣相原料進口，氣相分布器上設有環管。[0015]所述氣相分布器分成三層第一氣相分布器、第二氣相分布器、第三氣相分布器， 第一氣相分布器、第二氣相分布器、第三氣相分布器均由兩個環管組成。[0016]所述環管半徑為反應器殼體半徑的1/3 1/2。[0017]所述環管直徑不小于I米；在環管內側向下與水平軸線斜30度，環管外側軸線方向分別開設兩圈小孔。[0018]所述小孔的孔數為12個，沿環管的圓環均布，孔徑為5 8mm，[0019]所述氣相原料進口包括第一氣相原料進口、第二氣相原料進口和第三氣相原料進口，第一氣相原料進口、第二氣相原料進口和第三氣相原料進口分別與反應器殼體連接。[0020]所述第一氣相分布器、第二氣相分布器、第三氣相分布器都由三個氣相進口管固定，每層氣相 分布器與其對應的氣相原料進口的進口管連通。[0021]所述第一氣相原料進口的進料管與第一氣相分布器的管連通，對第二氣相分布器的環管、第三氣相分布器的環管只起到固定作用；所述第二氣相原料進口的進料管只與第二氣相分布器的管連通，對第一氣相分布器的環管、第三氣相分布器的環管只起到固定作用；所述第三氣相原料進口的進料管與第三氣相分布器的管連通，對第一氣相分布器的環管、第二氣相分布器的環管只起到固定作用。[0022]所述反應液出口分為三個，第一反應液出口、第二反應液出口、第三反應液出口， 每個反應液出口都與各自對應的反應液平衡集液槽連接，反應液平衡集液槽下部與分別對應的反應液出口管口下部齊平。[0023]所述反應液平衡集液槽內位于反應器殼體內壁位置開設多個下部擋板開口 ；所述下部擋板開口的數量為10 — 28個，優選為18個。[0024]有益效果本實用新型一是通過氣液相的特殊分布，在無攪拌的情況下使液相物料均勻分布，氣相物料分層均勻分布，使反應器內流場均勻，達到很好的氣液傳質效果，并減少返混，使反應產物更易控制，并解決了傳統攪拌氣液反應器攪拌密封難、易損壞的難題，使反應器能更好地應用在高溫、高壓和介質有毒等場合；二是通過氣液相分布器的獨特設計，使一臺反應器在操作過程中能實現反應停留時間可調，滿足裝置負荷及原料調整的需要，使操作更靈活，能更好地控制反應。
[0025]圖I為本實用新型結構示意圖；[0026]圖2為圖I中沿A-A方向剖面示意圖；[0027]圖3為圖I中沿B-B方向剖面示意圖。[0028]圖中1、反應器殼體,2、氣相分布器,2a、第一氣相分布器,2b、第二氣相分布器， 2c、第三氣相分布器,3、反應液平衡集液槽,4、液相原料進口，5、氣相原料進口，5a、第一氣相原料進口，5b、第二氣相原料進口，5c、第三氣相原料進口，6、反應液出口，6a、第一反應液出口，6b、第二反應液出口，6c、第三反應液出口，7、下部擋板開口，8、環管。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步的說明。如圖1、2、3，一種高效氣液自混合反應器，包括反應器殼體1，所述反應器殼體I內設有氣相分布器2,反應器殼體I內壁上設有反應液平衡集液槽3,反應器殼體I側方設有液相原料進口 4，與液相原料進口 4連接的液相原料進口管連通至反應器殼體I內貫穿氣相分布器2、并與液相原料進口管管口對面反應器殼體I內壁固定，反應液平衡集液槽3與反應液出口 6連接，氣相分布器2底部連接有氣相原料進口 5，氣相分布器2上設有環管8。 氣相分布器2分成三層第一氣相分布器2a、第二氣相分布器2b、第三氣相分布器2c,第一氣相分布器2a、第二氣相分布器2b、第三氣相分布器2c均由兩個環管8組成。環管8半徑為反應器殼體I半徑的1/3 1/2。環管8直徑不小于I米；在環管8內側向下與水平軸線斜30度，環管8外側軸線方向分別開設兩圈小孔。小孔的孔數為12個，沿環管8的圓環均布，孔徑為5 8mm，氣相原料進口 5包括第一氣相原料進口 5a、第二氣相原料進口 5b和第三氣相原料進口 5c，第一氣相原料進口 5a、第二氣相原料進口 5b和第三氣相原料進口 5c分別與反應器殼體I連接。第一氣相分布器2a、第二氣相分布器2b、第三氣相分布器2c都由三個氣相進口管固定，每層氣相分布器2與其對應的氣相原料進口 5的進口管連通。第一氣相原料進口 5a的進料管與第一氣相分布器2a的管連通，對第二氣相分布器2b的環管、第三氣相分布器2c的環管只起到固定作用；所述第二氣相原料進口 5b的進料管只與第二氣相分布器2b的管連通,對第一氣相分布器2a的環管、第三氣相分布器2c的環管只起到固定作用；所述第三氣相原料進口 5c的進料管與第三氣相分布器2c的管連通，對第一氣相分布器2a的環管、第二氣相分布器2b的環管只起到固定作用。反應液出口 6分為三個，第一反應液出口 6a、第二反應液出口 6b、第三反應液出口6c,每個反應液出口都與各自對應的反應液平衡集液槽3連接，反應液平衡集液槽3下部與分別對應的反應液出口管口下部齊平。反應液平衡集液槽3內位于反應器殼體I內壁位置開設多個下部擋板開口 7 ;所述下部擋板開口 7的數量為10 — 28個，優選為18個。本實用新型的工作原理和工作過程為參與反應氣相從均布的三個氣相物料進口 第一氣相原料進口 5a、第二氣相原料進口 5b、第三氣相原料進口 5c進入反應器內，由分成三層的氣相分布器2,即第一氣相分布器2a、第二氣相分布器2b、第三氣相分布器2c均勻分布原料氣,每層氣相分布器有兩個環管8組成，每層的兩環管之間間距為200mm ;環管半徑為r，反應器殼體I半徑為R，r=l/2R。各層氣相分布器都由三個氣相進口管固定，但每層分布器只與其對應氣相原料進口管連通，如第一氣相原料進口 5a的進料管只與第一氣相分布器2a的管連通，對第二氣相分布器2b的環管、第三氣相分布器2c的環管只起到固定作用，其它同理第二氣相原料進口 5b的進料管只與第二氣相分布器2b的管連通，對第一氣相分布器2a的環管、第三氣相分布器2c的環管只起到固定作用，第三氣相原料進口 5c的進料管只與第三氣相分布器2c 的管連通，對第一氣相分布器2a的環管、第二氣相分布器2b的環管只起到固定作用，以便配合反應液平衡集液槽3來達到調節反應停留時間的目的。[0043]氣相分布器2的環管直徑根據氣速確定，氣速宜控制在5 8m/s，環管8直徑不小于 I” ;在環管8內側向下與水平軸線斜30度及環管8外側軸線方向分別開兩圈小孔，孔數為 12個，沿圓環均布，孔徑為5 8mm，氣體孔速控制在8m/s。參與反應液相通過液相原料進口 4進入反應器內，液相原料進口 4與反應液出口 6在相反方向，液相物料經液相分配管均勻分布，液相分配管兩側均勻開有分配孔，孔徑為5 8_，液體孔速控制在I. 5m/s,孔數根據液相流量、孔徑和孔速計算確定；反應液出口 6分為三個，按照所需反應停留時間換算為反應釜中液位高度，來確定三個反應液出口及氣相分配環管安裝位置，每個反應液出口都配有反應液平衡集液槽3，反應液平衡集液槽3下部與出口管口下部齊平，上部比管口上部高 IOOmm ;第一層氣相分布管位于反應器筒體切線下200mm ;第二層、第三層氣相分布管上部分別位于第二反應液出口 6b、第三反應液出口 6c各自的反應液平衡集液槽3下部400mm ；[0044]氣相物料通過氣相原料進口 5進入到反應器內，液相物料通過液相原料進口 4進入反應器內，如需要控制短的反應停留時間，只需開第一氣相原料進口 5a管口對應管線上的閥門，第二氣相原料進口 5b、第三氣相原料進口 5c管口各自對應管線上閥門關閉，使氣相原料只通入第一氣相分布器2a，第一反應液出口 6a對應管線上閥門打開，第二反應液出口 6b、第三反應液出口 6c的管口各自對應管線上閥門關閉，這樣反應器可用容量小，反應停留時間就短；如需增加反應停留時間就可選擇依次打開第二氣相原料進口 5b、第三氣相原料進口 5c各自管口、第二反應液出口 6b、第三反應液出口 6c各自管口對應管線上閥門， 通過調整反應器可用容量來達到調整反應停留時間。[0045]上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的構思和 范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術內容已經全部記載在權利要求書中。
權利要求1.一種高效氣液自混合反應器，包括反應器殼體(1)，其特征是所述反應器殼體(I)內設有氣相分布器(2 )，反應器殼體(I)內壁上設有反應液平衡集液槽(3 )，反應器殼體(I)側方設有液相原料進口(4)，與液相原料進口(4)連接的液相原料進口管連通至反應器殼體 (O內貫穿氣相分布器(2)、并與液相原料進口管管口對面反應器殼體(I)內壁固定，反應液平衡集液槽(3 )與反應液出口( 6 )連接，氣相分布器(2 )底部連接有氣相原料進口( 5 )，氣相分布器(2)上設有環管(8)。
2.根據權利要求I所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述氣相分布器(2)分成三層第一氣相分布器(2a)、第二氣相分布器(2b)、第三氣相分布器(2c),第一氣相分布器(2a)、第二氣相分布器(2b)、第三氣相分布器(2c)均由兩個環管(8)組成。
3.根據權利要求2所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述環管(8)半徑為反應器殼體(I)半徑的1/3 1/2。
4.根據權利要求2所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述環管(8)直徑不小于I米；在環管(8)內側向下與水平軸線斜30度，環管(8)外側軸線方向分別開設兩圈小孔。
5.根據權利要求4所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述小孔的孔數為12 個，沿環管(8)的圓環均布，孔徑為5 8mm。
6.根據權利要求2所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述氣相原料進口(5) 包括第一氣相原料進口(5a)、第二氣相原料進口(5b)和第三氣相原料進口(5c),第一氣相原料進口(5a)、第二氣相原料進口(5b)和第三氣相原料進口(5c)分別與反應器殼體(I)連接。
7.根據權利要求6所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述第一氣相分布器 (2a)、第二氣相分布器(2b)、第三氣相分布器(2c)都由三個氣相進口管固定,每層氣相分布器(2)與其對應的氣相原料進口(5)的進口管連通。
8.根據權利要求6所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述第一氣相原料進口 (5a)的進料管與第一氣相分布器(2a)的管連通，對第二氣相分布器(2b)的環管、第三氣相分布器(2c)的環管只起到固定作用；所述第二氣相原料進口(5b)的進料管只與第二氣相分布器(2b)的管連通，對第一氣相分布器(2a)的環管、第三氣相分布器(2c)的環管只起到固定作用；所述第三氣相原料進口(5c)的進料管與第三氣相分布器(2c)的管連通，對第一氣相分布器(2a)的環管、第二氣相分布器(2b)的環管起到固定作用。
9.根據權利要求I所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述反應液出口(6)分為三個，第一反應液出口(6a)、第二反應液出口(6b)、第三反應液出口(6c)，每個反應液出口都與各自對應的反應液平衡集液槽(3)連接，反應液平衡集液槽(3)下部與分別對應的反應液出口管口下部齊平。
10.根據權利要求I所述的高效氣液自混合反應器，其特征在于所述反應液平衡集液槽(3)內位于反應器殼體(I)內壁位置開設多個下部擋板開口(7);所述下部擋板開口(7) 的數量為10 — 28個。
專利摘要一種高效氣液自混合反應器，包括反應器殼體(1)，其特征是所述反應器殼體(1)內設有氣相分布器(2)，反應器殼體(1)內壁上設有反應液平衡集液槽(3)，反應器殼體(1)側方設有液相原料進口(4)，與液相原料進口(4)連接的液相原料進口管連通至反應器殼體(1)內并貫穿氣相分布器(2)，反應液平衡集液槽(3)與反應液出口(6)連接，氣相分布器(2)底部連接有氣相原料進口(5)，氣相分布器(2)上設有環管(8)。本實用新型是通過氣液相的特殊分布，在無攪拌的情況下使液相物料均勻分布，氣相物料分層均勻分布，使反應器內流場均勻，達到很好的氣液傳質效果。
文檔編號B01J10/00GK202666817SQ20112050795
公開日2013年1月16日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者李蒙, 馬炯, 汪根寶, 謝東升 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團南京工程有限公司