浆态床反应器制造技术

本发明专利技术提供了一种浆态床反应器，所述反应器包括反应器壳体(1)以及下部进气组件、反应区筒体(6)、沉降管(5)和上部出口(14)，所述上部出口（14）用于导出该腔室中的气体物质，所述下部进气组件是文丘里装置，所述下部进气组件的出口流体连通所述反应区筒体的下部，并且所述沉降管(5)的下部流体连通至所述下部进气组件的侧面，所述反应器壳体内允许浆液依次经过所述反应区筒体（6）、沉降管（5）、下部进气组件、反应区筒体（6）形成一个循环回路。在描述的实施方式中，通过所述进气组件促进了所述反应器内的混合及传质效率。

【技术实现步骤摘要】
浆态床反应器
本专利技术属于化工设备装置领域，本申请的某些实施方式具体涉及一种内循环的鼓泡式三相浆态床反应器。
技术介绍
浆态床反应器由于结构简单、易于制造和放大、以及操作维护费用低等优点，在化工生产中如氧化过程、费托合成、生物发酵、废水处理等方面应用广泛。各种浆态床反应器设计在文献和专利中多有报道。如中国专利CN1137769C描述了一种包括提升管、下降管、气体分布器和搅拌器的浆态床合成反应装置；中国专利CN1233451C描述了一种连续操作的气液固三相浆态床工业反应器；中国专利申请CN1593740A描述了一种由变径内套、防堵喷嘴、二次分布板等组成的高效浆态床反应器；中国专利CN100443155C描述了一种分离效率高、结构简单的浆态床环流反应器；中国专利CN100512941C则公布一种带气体内循环的浆态床反应装置；中国专利CN101396647B描述了一种用于费托合成的气-液-固三相悬浮床反应器；中国专利CN201052457Y描述了一种新型的内循环浆态床反应器，利用换热管组成提升管，实现浆液的内循环；中国专利CN101417220B和CN101480595B则分别通过布设多层水平网格型阻尼内构件和带针型翅片的列管束，各描述了一种改善带列管的浆态床反应器；中国专利申请CN102188938A通过设置一组循环杯，描述了一种浆液内循环的费托合成浆态床反应器；中国专利CN102416307A描述了包括多个内置筒体的内循环式浆态床反应器；国际申请WO1994015160描述了一种强化气液分离的内循环浆态床反应器。现有技术中的一些浆态床反应器主要利用机械搅拌、气体分布器和再分布器以及环流反应器的下降管来加强气/液/固的混合和相间传质。一般采用的气体分布器和环流反应器中的下降管被发现对加强混合及相间传质的效果有限。而且，环流反应器等利用密度差所形成的内循环方式被发现浆液速度较低，从而导致操作气速不能过高，以避免在某些情况下气液相对速度过大导致不利的返混。而机械搅拌由于例如轴封问题等被认为不适用于较高压力情况。由于在浆态床反应器的某些实施方式中，气体以气泡形式分散在浆液中，气泡与浆液在上升过程中基本同时进行气液传质和化学反应。其相间传质效率被认为对反应过程起至关重要的影响（王钰等，化学反应工程与工艺，23（6），499-504，2007）。同时，操作气速过低，也被认为直接限制了反应器的时空产率。因此，如何在减少返混的同时，提高浆态床中的相间混合和分散效果，促进传质过程，提高催化剂利用率，是实现高效浆态床反应器的关键。因此需要研发一种能够满足上述需求的浆态床反应器。本专利技术开发了一种新颖的反应器，其与CN201052457Y记载的反应器同样属于采用浆液内循环的环流反应器，并利用中心筒体作为反应区及导流筒。但本专利技术通过文丘里效应及沉降管，强化了混合及传质过程，提高反应效率。同时，利用周边沉降管及低压虹吸作用，促进浆液内循环，减少返混，提高了反应器的时空产率。另外，CN201052457Y中记载的反应器的导流筒由换热盘管组成，易受换热量的限制。本专利技术的反应区筒体及沉降管与换热管束分开，增加反应器的可操作性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新颖的高效浆态床反应器，该浆态床反应器的某些实施方式通过改良下部进气组件，强化混合及传质过程，或促进反应过程，或提高反应器效率，同时克服现有技术存在的上述不利缺陷。本专利技术的第一个方面提供了一种浆态床反应器，所述反应器包括反应器壳体1以及设置在所述反应器壳体1之内或之上的以下部件：下部进气组件、反应区筒体6、沉降管5和上部出口14，所述反应区筒体6的上部、所述沉降管5的上部开口至反应器壳体内的同一腔室而与其流体连通，所述上部出口14用于导出该腔室中的气体物质，其特征在于，所述下部进气组件是文丘里装置，所述下部进气组件的出口流体连通所述反应区筒体的下部，并且所述沉降管5的下部流体连通至所述下部进气组件的侧面，所述反应器壳体内允许浆液依次经过所述反应区筒体6、沉降管5、下部进气组件、反应区筒体6形成一个循环回路。在本专利技术的一个实施方式中，所述反应器还包括液相出口8，所述液相出口8用于导出反应器壳体内腔室中的液体物质。所述下部进气组件包括：依次连接的进气管15、收缩口21、喉管16。所述下部进气组件通过所述喉管16或者收缩口21与所述沉降管5连接并流体连通。在本专利技术的一个实施方式中，所述反应区筒体6下端设置有筒体扩张口22和吸液罩19，所述吸液罩19带有向下扩张口。优选地，所述筒体扩张口22和吸液罩19之间设置有混合管20。优选地，所述反应区筒体6下端还设置有分布器23。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述喉管16的上端出口位于反应区筒体6内，优选地位于混合管20内。在本专利技术的另一个实施方式中，所述反应器包括一根或多根沉降管5，所述沉降管5包括：沉降管扩张口24、下料管25和吸液管18，所述下料管25与吸液管18之间的连接处为渐开线形状。更优选地，所述一根或多根沉降管5沿着反应器轴向方向围绕反应器中轴线设置。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述反应器包括n根沉降管5，n为2至20的整数，每根沉降管5的吸液管18与所述进气组件的喉管16连接并流体连通，所述吸液管18的直径di小于喉管16沿着垂直于反应器纵轴的横截面的周长的1/n，优选所述吸液管18的直径di小于喉管16沿着垂直于反应器纵轴的横截面的周长的1/2n。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述反应器包括n根沉降管5，n为2至20的整数，每根沉降管5的吸液管18与所述进气组件的喉管16连接并流体连通。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述沉降管扩张口24为偏心漏斗形状，其上端料液入口26的直径与反应器壳体1的半径的比值为0.1-1，更优选为0.5-1，最优选为0.6-1。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述沉降管扩张口24的下端出口27高于反应区筒体6的顶端。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述反应区筒体6的直径与反应器壳体1的直径之比为0.7～0.97，优选为0.95，反应区筒体6的高度与整个反应器壳体1的高度之比为0.5～0.9，优选为0.6。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述反应器还包括换热管束4，所述换热管束4包括一根或多根换热管。优选地，其中的每根换热管均为套管式结构，由外管28及内管29组成。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述反应器上部还设置有隔板12和一个或多个分离装置11，所述分离装置11由分离器30、下导管31和下导管出口32组成，其中所述下导管31沿着所述反应器壳体1的内壁延伸，所述下导管出口32朝向反应器壳体1的内壁横向取向。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述反应器还包括浆液，且所述沉降管5的顶端淹没于浆液面3之下。优选地，所述反应器内浆液的浆液面3的高度与反应器壳体1的高度的比例为0.5～0.9，优选为0.7。本专利技术的第二个方面提供了一种用于提高浆态床反应器内浆液循环的循环组件，其特征在于，所述循环组件包括沉降管和进气组件，所述进气组件包括依次连接的进气管15、收缩口21、喉管16，所述进气组件与沉降管流体连通。在本专利技术的一个实施方式中，所述沉降管包括依次连接的沉降管扩张口24、下料管25和吸液管18。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浆态床反应器，所述反应器包括反应器壳体(1)以及设置在所述反应器壳体(1)之内或之上的以下部件：下部进气组件、反应区筒体(6)、沉降管(5)和上部出口(14)，所述反应区筒体（6）的上部、所述沉降管（5）的上部开口至反应器壳体内的同一腔室而与其流体连通，所述上部出口（14）用于导出该腔室中的气体物质，其特征在于，所述下部进气组件是文丘里装置，所述下部进气组件的出口流体连通所述反应区筒体的下部，并且所述沉降管(5)的下部流体连通至所述下部进气组件的侧面，所述反应器壳体内允许浆液依次经过所述反应区筒体（6）、沉降管（5）、下部进气组件、反应区筒体（6）形成一个循环回路。

【技术特征摘要】
1.一种浆态床反应器，所述反应器包括反应器壳体(1)以及设置在所述反应器壳体(1)之内或之上的以下部件：下部进气组件、反应区筒体(6)、沉降管(5)和上部出口(14)，所述反应区筒体（6）的上部、所述沉降管（5）的上部开口至反应器壳体内的同一腔室而与其流体连通，所述上部出口（14）用于导出该腔室中的气体物质，其特征在于，所述下部进气组件是文丘里装置，所述下部进气组件的出口流体连通所述反应区筒体的下部，并且所述沉降管(5)的下部流体连通至所述下部进气组件的侧面，所述反应器壳体内允许浆液依次经过所述反应区筒体（6）、沉降管（5）、下部进气组件、反应区筒体（6）形成一个循环回路；所述反应区筒体(6)的直径与反应器壳体(1)的直径之比为0.7～0.97，反应区筒体(6)的高度与整个反应器壳体(1)的高度之比为0.5～0.9；所述反应器包括一根或多根沉降管(5)，所述沉降管(5)包括：沉降管扩张口(24)、下料管(25)和吸液管(18)，所述下料管(25)与吸液管(18)之间的连接处为渐开线形状；所述沉降管扩张口(24)的下端出口(27)高于反应区筒体(6)的顶端。2.如权利要求1所述的浆态床反应器，其特征在于，所述反应器还包括液相出口（8），所述液相出口（8）用于导出反应器壳体内腔室中的液体物质。3.如权利要求1所述的浆态床反应器，其特征在于，所述下部进气组件包括：依次连接的进气管(15)、收缩口(21)、喉管(16)。4.如权利要求3所述的浆态床反应器，其特征在于，所述下部进气组件通过所述喉管(16)或者收缩口(21)与所述沉降管(5)连接并流体连通。5.如权利要求3所述的浆态床反应器，其特征在于，所述反应区筒体(6)下端设置有筒体扩张口(22)和吸液罩(19)，所述吸液罩(19)带有向下扩张口。6.如权利要求5所述的浆态床反应器，其特征在于，所述筒体扩张口(22)和吸液罩(19)之间设置有混合管(20)。7.如权利要求6所述的浆态床反应器，其特征在于，所述喉管(16)的上端出口位于反应区筒体(6)内。8.如权利要求6所述的浆态床反应器，其特征在于，所述喉管(16)的上端出口位于混合管(20)内。9.如权利要求5所述的浆态床反应器，其特征在于，所述反应区筒体(6)下端还设置有分布器（23）。10.如权利要求1所述的浆态床反应器，其特征在于，所述一根或多根沉降管(5)沿着反应器轴向方向围绕反应器中轴线设置。11.如权利要求10所述的浆态床反应器，其特征在于，所述反应器包括n根沉降管(5)，n为2至20的整数，每根沉降管(5)的吸液管(18)与所述进气组件的喉管（16）连接并流体连通，所述吸液管(18)的直径di小...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，廖波，刘小浩，王小泉，赵陆海波，张小莽，罗艳宁，王江峰，陈延，肖亚宁，刘斌，王东飞，安杰逻·阿莫里，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，山西潞安环保能源开发股份有限公司，上海碧科清洁能源技术有限公司，碧辟中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31