气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器及方法技术

本发明专利技术公开了一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，所述反应器包括相连接的上、下两部分，上、下两部分均为回转体，上、下回转体为自回转体的底部至上、下回转体相连接的方向回转体的截面直径逐渐增大的结构。在反应器的下回转体上设有至少一个气体进料通道，反应器顶部设有出气口，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。还公开了一种利用该反应器实现全混流反应的方法，进气后先形成螺旋上升的涡流，再形成上下方向的涡流，上下方向的涡流和螺旋上升的涡流混合实现返混。本反应器可利用自身结构实现气相或气固两相反应，结构简单，结合上述进气速度等参数，可使无因次方差接近１，从而实现全混流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工反应
，特别是指一种气相或气固两相流体实现全混流流 动的反应器及方法。
技术介绍
全混流是一种理想流动，返混程度无穷大，用具体的量化指标来说是无因次方差 σ θ2等于1。全混流反应器主要应用在动力学研究方面，尤其是在快速反应的动力学研究方 面，具有独特的优势。然而，全混流既然是一种理想流动，实现起来有很大的困难。多年来， 为了实现全混流，研究人员做了大量的研究工作，开发了多种不同结构形式的反应器，其中 典型的有篮筐式反应器和循环反应器。篮筐式反应器将固体催化剂装载在高速旋转的篮筐中，气体或液体反应物与篮筐 中的催化剂接触反应。这种形式的反应器返混程度完全依靠篮筐的转速来控制。篮筐式反 应器结构复杂，反应物与催化剂不能充分接触，就目前了解到的情况看，σ θ2最大可达0.8 左右，虽然说已经是比较高了，但距离真正的全混流仍然有不小的差距。另一种实现全混流的方法是采用循环反应器，即将反应器出口物料一部分返回到 反应器入口。将返回到反应器入口的量与离开反应系统的量之比定义为循环比，一般当循 环比大于25以上的时候，σ θ2就可以达到0.8以上，如果要接近1，循环比需要非常大。在 实验室进行动力学研究，如果是液相反应或液固相反应，采用循环反应器是比较方便的，因 为用一台泵就可以对液体进行定量循环；而对于通常的气固相反应，采用循环反应器有一 定的困难，因为从实验成本考虑，反应器不可能做得很大，也就不方便采用气压机来进行气 体的循环。对于授权公告号分别为CN2659539Y、CN2810740Y、CN201046396Y、CN1448211 的发 明专利以及申请号为95242992. 6的技术公开都公开了用于物料混合的反应器，但是 这些专利中公开的反应器都是采用在反应器内设置搅拌器或设置导流筒以及导流筒内的 螺旋桨来使物料进行混合，这种反应器结构要靠搅拌器或螺旋桨来使反应物流动，结构复 杂。而且对于气固相反应，如果搅拌器或螺旋桨转速低，由于内部损耗，速度很快就降下来， 无法实现长时间反应，如果转速过高，则容易把固体打成碎屑，无法实现反应，而且由于这 种反应器需要全封闭，因此搅拌器或螺旋桨的转动一般通过内外设置的磁铁，反应器内的 磁铁安装在搅拌器或螺旋桨的轴上，通过外面的磁铁旋转带动它旋转，从而带动搅拌器或 螺旋桨转动，这种传动方式很难实现搅拌器或螺旋桨高转速。因此上述搅拌器或螺旋桨式 的反应器无法实现全混流。因此，开发一种结构简单、操作方便、σ θ 2可以接近1的全混流反应器，是进行气 固相反应动力学研究的科研人员梦寐以求的事情。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种气相或气固两相流体实现全混流流动的 反应器。该反应器可利用自身结构实现气相或气固两相反应，结构简单，且可使无因次方差 σ 92接近1。 本专利技术的另一目的是，还提供了一种采用上述反应器实现全混流的气相或气固两 相流体流动方法，使用该方法可使无因次方差σ 92接近1。为了解决上述问题，本专利技术采取以下技术方案一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，所述反应器包括相连接的 上、下两部分，上、下两部分均为回转体，上、下回转体为自回转体的底部至上、下回转体相连 接的方向回转体的截面直径逐渐增大的结构，在反应器的下回转体上设有至少一个气体进料 通道，反应器顶部设有出气口，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。优选的，所述反应器上回转体为球冠体，下回转体为倒圆锥体或倒圆台。优选的，在反应器上设有催化剂进料通道，在出气口上设有过滤网。优选的，在反应器的同一横截面上同顺时针或同逆时针设置有至少两个气体进料 通道，优选为2个，更优选为4个。优选的，所述气体进料通道设置在下回转体的1/2以下的位置，优选为1/6 1/2， 所述反应器的上回转体为球冠体，所述球冠体的高度与球体半径之比优选为1/2 1/1。优选的，所述反应器下回转体的两条母线的最大夹角大于等于15°，优选为 15° 170°，更优选为60° 120°。优选的，所述反应器下回转体的高度为20mm IOOOOmm ；所述气体进料通道的出 口直径为0. Olmm 10mm，优选为0. Imm 3mm ；所述反应器顶部出气口的直径为7mm 350mmo一种利用上述反应器实现全混流反应的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)气体从气体进料通道沿下回转体内圆周切线方向进入反应器，气体进料通道 出口处的气体线速度大于lm/s。(2)气体进入反应器后在反应器的下回转体内形成紧贴反应器内壁且沿轴心螺旋 上升的涡流；或事先把催化剂放在反应器内，再进气，气体带动催化剂在反应器的下回转体 内共同形成紧贴反应器内壁且沿轴心螺旋上升的涡流。(3)气体，或气体和催化剂在反应器的下回转体内形成的最大轴向平均线速度大 于 0. 5m/s。(4)所述螺旋上升的涡流在上、下回转体连接截面处的轴向平均线速度小于3m/ s;气体，或气体和催化剂运动到反应器上回转体时形成上下方向的涡流，上下方向的涡流 和螺旋上升的涡流混合实现返混，反应后的气体由反应器顶部的出气口排出。优选的，所述气体进料通道的出口处的气体线速度大于lOm/s。优选的，气体或气体和催化剂在反应器内形成的最大轴向平均线速度大于1. 5m/ s，所述螺旋上升的涡流在反应器下回转体上、下回转体连接截面处的轴向平均线速度小于 1. 5m/s0本专利技术的有益效果为本专利技术在反应器靠近底部的位置进气，气体或气体和催化 剂(一般为固体颗粒)在反应器下回转体中形成以紧贴反应器内壁且沿轴心螺旋上升的涡流，气体，或气体和催化剂在上升过程中的轴向平均线速度逐渐减小，当运动到反应器上回 转体时，气体在反应器上回转体的圆弧形的顶部因气体整体流动方向的改变，又会形成沿 反应器上下方向的涡流，上下方向的涡流和螺旋上升的涡流混合实现返混。本反应器可利 用自身结构实现气相或气固两相反应，结构简单，结合进气速度等参数，可使无因次方差接 近1，从而实现全混流。附图说明图1是可实现物料混合的反应器的截面示意图；图2是反应器气体进料通道的截面示意图；图3是气体或气体和固体催化剂在反应器内的流化轨迹图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参照图1和图2，气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，包括相连接的 上、下两部分，下部分为倒圆锥体，上部分为球冠体，在倒圆锥体1上设有气体进料通道，反 应器顶部设有出气口 4，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。气相均 相反应时，气体进料通道只进气体，气固相非均相反应时，气体进料通道可以同时进气体和 催化剂，本专利技术的催化剂一般指固体颗粒。反应器下部分主要是形成螺旋涡流，因此角度太小、太大都不利于形成螺旋涡流， 因此所述倒圆锥体的锥角θ限定为大于15°，最好为15° 170°，以60 120°最佳；倒圆锥体的高度为20mm IOOOOmm ；气体进料通道的出口直径为0. Olmm IOmm ；所述反应器顶部出气口的直径为7mm 350mm。球冠体的高度与其半径的比优选为1/2 1/1，更有利于形成上下方向的涡流。所述气体进料通道设置在倒圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，其特征在于，所述反应器包括相连接的上、下两部分，上、下两部分均为回转体，上、下回转体为自回转体的底部至上、下回转体相连接的方向回转体的截面直径逐渐增大的结构，在反应器的下回转体上设有至少一个气体进料通道，反应器顶部设有出气口，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李春义，刘熠斌，杨朝合，陈为民，刘文菁，宫海峰，宋莉，山红红，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]