本发明专利技术涉及一种同时带有反应和分离功能的内环流反应器，所述反应器包括上升管、降液管、固体加料口、水力旋流器入口、防流动死区内构件、液体入口、气体入口、气体出口、导流筒、气体导流锥、通气孔、溢流口、水力旋流器、底流口、气液集成分布器及液体出口，水力旋流器置于环流反应器降液管的下部；降液管中气体导流锥及通气孔的存在防止气体进入水力旋流器；浆液进入水力旋流器后，含固浆体从底流口再次进入上升管，不含固体的清洁产品从顶流口流出；通过外部阀门控制清洁产品的流量。本发明专利技术结构简单、成本低廉，不需特别的液固分离装备，可同时进行气‑液‑固三相反应、传质和分离，适用于催化剂为固体颗粒的气‑液‑固三相反应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气-液-固三相反应领域，特别是催化剂为固体颗粒、气液两相分别参与传质和反应的体系且需要进行气-液-固三相分别分离的气-液-固三相反应，是一种带有反应和分离功能的内环流反应器，可广泛用于微米级别以上固体催化剂参加的化学反应过程。
技术介绍
内环流反应器是在鼓泡塔的基础上发展起来的一种新型反应器，其结构简单、内部无任何动力装置、传质和传热效果好，可进行气液、气固及气液固反应，因此广泛应用于发酵、能源、污水处理等各方面。在催化剂为固体颗粒的气液固三相反应中，催化剂需在反应器内循环利用，因此对其分离的操作必不可少。固体催化剂的分离方法有很多，如沉降、过滤、膜分离等，其中沉降法应用广泛。沉降又分为重力沉降和离心沉降两种方式，离心沉降的效率远远大于重力沉降的效率，水力旋流器是典型的离心沉降分离设备，结构简单、廉价、占地面积小、分离效果好，应用较广。申请公告日为2016年6月8日、申请公告号为CN105642201A的专利技术专利公开了一种带有导流锥的气液固三相环流反应器，在反应器上升管上部安装有导流锥，在降液管下部也安装有导流锥，导流锥的约束有利于气液固混合物在环隙和降液管形成环流，加强物料的混合效果。申请公告日为2016年10月5日、申请公开号为CN105983377A的专利技术专利公开了一种气升式内环流浆态床反应器，该装置虽然是内环流反应器和水力旋流器的组合，其将气液分离装置、导流筒和气体分布器依次从上到下设置在壳体内部，并在导流筒上部设计了折流式联通段，提高了气液分离的效率，同时该装置上部设置了水力旋流器，用于气液的再次分离，可有效解决了雾沫夹带的问题。在气液固三相反应中，特别是对于催化剂为固体颗粒的三相反应，固体颗粒的分离是非常重要的，CN105642201A在三相反应的混合效果方面虽较好，但在反应器内不能同时进行固体的分离，无法起到混合和分离的过程强化，对于费托合成等这种需要对固体分离和循环利用的反应还需要外接分离装置，不仅需要额外的动力、而且使得流程更为复杂，费时、费力且增加占地面积和操作费用。CN105983377A装置内部虽然增加了一个有分离效果的水力旋流器，但此水力旋流器位于反应器上部的气液分离区，只起到气液分离的效果。此外，由于气体的存在，水力旋流器的分离性能大幅降低，对气液固三相反应应用有限，尤其不能用于存在微细催化剂颗粒的场合。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种带有分离效果的内环流反应器。该反应器将物料的混合、传质、反应及固体催化剂和产物的分离等过程结合在一个反应器内，使得多个过程可在一个装置中实现，在不影响反应的条件下，实现了气-液-固三相反应及分离的过程强化。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种同时带有反应和分离功能的内环流反应器，包括上升管、降液管、固体加料口、水力旋流器入口、防流动死区内构件、液体入口、气体入口、气体出口、导流筒、气体导流锥、通气孔、溢流口、水力旋流器、底流口、气液集成分布器及液体出口，上升管与降液管之间由导流筒隔开，固体加料口设置在反应器侧壁上，液体入口和气体入口设置在反应器底部，气体出口设置在反应器顶部，液体出口连接降液管底部并通向反应器外部；所述水力旋流器设置在降液管下部，水力旋流器圆柱段上表面与降液管壁面之间除入口外全部密封；气体导流锥设置在降液管的内壁上；降液管的内壁上设有通气孔，处于气体导流锥的下方，气液集成分布器连接液体和气体入口并设置在反应器底部。进一步地，所述流体上升方式为环隙上升或者中心上升。进一步地，所述水力旋流器底流口的下方设置防流动死区内构件。进一步地，所述防止流动死区内构件的底面面积大于降液管截面积，底角为15°~45°。进一步地，所述水力旋流器可根据任务量调整其结构尺寸及个数。进一步地，所述水力旋流器设计至少一个入口。进一步地，所述气体导流锥安装在水力旋流器上方200~500mm处，导流锥锥角15°~45°。进一步地，所述通气孔在降液管中的气体导流锥下方2~10mm处，圆周阵列4~12个，直径为1~10mm。进一步地，所述水力旋流器与降液管之间为中空结构，分离后的轻相产品经此结构导出。本专利技术将气液固反应物料的混合、反应与固体催化剂的分离过程耦合起来，不仅保留了能耗较低的内环流反应器和水力旋流器结构简单、效率高、无运动部件的特性，物料定向运动使得流体混合、传质、传热效果保持良好，并且无需额外在反应装置外再增加分离设备和固体输送设备对固体催化剂分离及返送回反应器，也减少了动力消耗和占地面积。气体的混入对水力旋流器液固分离的效果影响很大，气体导流锥和通气孔的存在促使气体在气体导流锥下聚集，并从降液管经通气孔进入上升管，保证了水力旋流器液固分离的效率，大大扩展了固体催化剂的适用范围，可用于超细固体催化剂催化的场合。附图说明图1为本专利技术实施例1的结构示意图。图2为本专利技术实施例2的结构示意图。其中1为上升管，2为降液管，3为固体加料口，4为水力旋流器入口，5为防流动死区的内构件，6为液体入口，7为气体入口，8为气体出口，9为导流筒，10为气体导流锥，11为通气孔，12为溢流口，13为水力旋流器，14为底流口，15为气液集成分布器，16为液体出口。具体实施方式本专利技术带有反应和分离功能的装置为内环流反应器与水力旋流器的有机组合结构，该反应器由上升管（1）、降液管（2）、固体加料口（3）、水力旋流器入口（4）、防流动死区的内构件（5）、液体入口（6）、气体入口（7）、气体出口（8）、导流筒（9）、气体导流锥（10）、通气孔（11）、溢流口（12）、水力旋流器（13）、底流口（14）、气液集成分布器（15）及液体出口（16）组成。实施例一如图1所示，气体经气液集成分布器（15）后从环隙进入内环流反应器的上升管中，液体在气体的带动下从上升管（1）流至降液管（2）中。水力旋流器（13）圆柱段与降液管（2）内壁之间为密封结构，物料从水力旋流器入口（4）全部水平相切进入到水力旋流器（13）中，经分离后，含固体催化剂颗粒的浆料从水力旋流器的底流口（14）排出，防流动死区的内构件（5）可有效防止催化剂颗粒在水力旋流器底流口（14）下部的积聚并引导至上升管，从而保证催化剂能够充分循环利用。反应后的产品作为轻相从溢流口（12）经由水力旋流器（13）与降液管（2）间的中空结构后排出。本专利技术还设计有气体导流锥（10）和通气孔（11），气速较大时，部分气体能够被循环流动的液体导入到降液管（2）而进入到水力旋流器（13）上部，可有效避免传质不足、反应受限的情形。气体导流锥（10）为锥角30°的锥形结构，物料流过后气体在气体导流锥（10）与降液管（2）壁面的夹角下聚集并由通气孔（11）从降液管（2）进入到上升管（1）中，防止了气体进入水力旋流器（13）中，保证了水力旋流器（13）良好的分离效果。实施例二本实施例中气体经气液集成分布器（15）后从内筒进入内环流反应器的上升管中，液体在气体的带动下从上升管（1）流至降液管（2）中。水力旋流器（13）圆柱段与降液管（2）内壁之间为密封结构，物料从水力旋流器入口（4）全部水平相切进入到水力旋流器（13）中，防流动死区的内构件（5）可有效防止催化剂颗粒在水力旋流器底流口（14）下部的积聚并引导至上升管，从而本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种同时带有反应和分离功能的内环流反应器，其特征是:包括上升管（1）、降液管（2）、固体加料口（3）、水力旋流器入口（4）、防流动死区内构件（5）、液体入口（6）、气体入口（7）、气体出口（8）、导流筒（9）、气体导流锥（10）、通气孔（11）、溢流口（12）、水力旋流器（13）、底流口（14）、气液集成分布器（15）及液体出口（16），上升管（1）与降液管（2）之间由导流筒（9）隔开，固体加料口（3）设置在反应器侧壁上，液体入口（6）和气体入口（7）设置在反应器底部，气体出口（8）设置在反应器顶部，液体出口（16）连接水力旋流器溢流口（12）并通向反应器外部；所述水力旋流器（13）设置在降液管（2）下部，水力旋流器（13）圆柱段上表面与降液管壁面（2）之间除入口外全部密封；气体导流锥（10）设置在降液管（2）的内壁上；降液管（2）的内壁上设有通气孔（11），处于气体导流锥（10）的下方，气液集成分布器（15）连接液体入口（6）和气体入口（7）并设置在反应器上升管底部。
【技术特征摘要】
1.一种同时带有反应和分离功能的内环流反应器，其特征是:包括上升管（1）、降液管（2）、固体加料口（3）、水力旋流器入口（4）、防流动死区内构件（5）、液体入口（6）、气体入口（7）、气体出口（8）、导流筒（9）、气体导流锥（10）、通气孔（11）、溢流口（12）、水力旋流器（13）、底流口（14）、气液集成分布器（15）及液体出口（16），上升管（1）与降液管（2）之间由导流筒（9）隔开，固体加料口（3）设置在反应器侧壁上，液体入口（6）和气体入口（7）设置在反应器底部，气体出口（8）设置在反应器顶部，液体出口（16）连接水力旋流器溢流口（12）并通向反应器外部；所述水力旋流器（13）设置在降液管（2）下部，水力旋流器（13）圆柱段上表面与降液管壁面（2）之间除入口外全部密封；气体导流锥（10）设置在降液管（2）的内壁上；降液管（2）的内壁上设有通气孔（11），处于气体导流锥（10）的下方，气液集成分布器（15）连接液体入口（6）和气体入口（7）并设置在反应器上升管底部。2.按权利要求1所述的同时带有反应和分离功能的内环流反应器，其特征在于：所述流体上升方式为环隙上升或者中心上升。3.按权利要求1或2所述的同时带有反...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄青山，羊涛，蒋夫花，杨超，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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