【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气液均布，特别涉及一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器。
技术介绍
1、在现有的偏三甲苯液相空气催化氧化法制备偏苯三酸工艺中，气体以气泡的形式通过气体分布器通入液体，高温高压下与液体发生催化氧化反应，为快速强放热反应。传统的气体分布器通常存在着气体分布不均匀、反应热分布不均匀、副反应多、副产物复杂及分布器气体出气口易产生烧蚀等问题。
2、气体分布不均匀由气泡在上升过程中的聚集引起，不仅会影响反应的效率，还会降低气体的利用率，增加系统的能耗。
3、反应器内气体分布不均匀会造成反应热分布不均匀，且热量难以扩散，尤其是出气口区域，由于氧含量高而造成的反应最为剧烈，导致副反应多和副产物成分复杂，从而降低了产品纯度和产量。
4、传统分布器的出气口结构设计不合理，容易产生液相倒灌而发生烧蚀现象，从而导致气体分布器的出口处损坏，增加运行成本。
5、对于常见的气体分布不均匀、反应热分布不均匀、副反应多、副产物复杂等问题，改进气体分布器的结构，从而提高气体分布均匀性、改善气液混合程度、提高气体中氧气利用率、避免不必要的副反应和副产物，具有重要的价值。
6、专利技术专利技术cn106861564 a公开了一种气体分布器，分布器包含至少三个非活动径向延伸的环状流体分布导管，各流体分布导管限定至少三个流体排放口，且流体分布导管联接至共用流体进入导管并由其向外延伸。该气体分布器通过对出气口布置的设计强化气体分布，但是，其向上的出气方向和单一进气导管的设计使其压降过大，
7、专利技术专利技术cn108479640 a公开了一种气体分布器，分布器包括环状的气体分布管，位于环状的气体分布管的环内且通过导流叶片与气体分布管连接的连接腔，以及与气体分布管连接的进气管。该气体分布器对环管表面开孔率、开孔布置和不同孔径的设计，可以平衡压降，减小传质阻力，提高气体均布性能，但该分布器布气时在其导流叶片间及下部易形成大量死角。
8、目前，常用的气体分布器包括板式气体分布器、环形气体分布器、切向环流式气体分布器、双列叶片式气体分布器和支管式气体分布器。针对鼓泡塔内偏三甲苯液相空气催化氧化法制备偏苯三酸体系的反应快速、放热量大、易发生副反应等特点，这些气体分布器存在一些适用性和局限性：
9、1.板式气体分布器存在热量移除速率慢、产物易堵塞的问题；
10、2.环形气体分布器存在热量移除速率慢、易产生液体流动死角问题；
11、3.切向环流和双列叶片式气体分布器出气口处反应剧烈，存在热量移除速率慢、叶片易烧蚀等问题；
12、4.管式气体分布器虽然结构相对简单，但难以实现气体的高效分布和气液相的高效混合。
13、对于偏三甲苯液相空气催化氧化法制备偏苯三酸体系，为实现气体均匀分布、气液相均匀反应，进行结构新颖、分布与混合性能高效的气体分布器的设计尤为重要。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，多层多管式气体分布器由进气管、气腔和出气管组组成。进气管置于反应器中间，直径为反应器直径的0.02～0.10倍；气腔为锥体结构，对气体起稳压缓冲作用；出气管组为多层结构，层数为m，各层沿重力方向分布；每层管组由n个出气支管组成，沿气腔横截面均匀分布，出气支管与重力方向夹角为锐角θi。所述的多层多管式气体分布器具有气体分布均匀、气体利用率高、气液相混合程度高等特点。
4、优选地，所述的气腔，其主体结构为锥底略微内凸的锥体，并具有球形、椭球形或平板形气封底，封底与锥底内凸面之间为空心或实心结构，气腔锥底内凸可避免通气时液体在气腔内聚集，添加封底可避免锥底内凸形成的死角；
5、锥顶与进气管相连，锥顶直径与进气管直径d0相等，锥底直径d1为反应器直径0.05～0.3倍，锥体半顶角α为0°～20°，锥底直径过小，气腔对气体的缓冲作用不明显，而锥底直径或气腔半顶角太大，会导致气腔体积过大，受到的浮力较大，易造成气体分布器出气时在反应器内不稳定，且减小气泡在反应器横截面上的分布面积，容易增加气泡的聚并程度。
6、优选地，所述的出气管组，第i层出气支管方向与重力方向的夹角为θi，且θi满足：0°<θi<90°；
7、出气管组层数序号i按照从下向上编号，即i＝1～m，编号方式后续相同。
8、优选地，所述最下层出气管组在气腔锥底横截面上均匀分布，最上层出气支管与气腔连接处对应的气腔直径为出气支管直径的0～3倍。
9、所述出气管组沿重力方向为多层分布，层数m确定方法为：
10、
11、hl为气体分布器最底层出气管管口距反应器内料液液面的高度；
12、hmin为反应器内气泡内氧气被消耗ω％(ω＝10～80)时气泡的最小上升高度；
13、对第i层来说，其与第(i+1)层出气口之间距离hi确定方法为：
14、
15、0.5h≤hi≤1.5h
16、其中r为单位时间单位体积气体的氧气反应量；
17、a为反应条件下气体摩尔体积；
18、ub为气泡上升速度；
19、de为气泡尺寸，dei为第i层出气支管口生成的气泡尺寸，deiω为第i层出气支管口生成的气泡内氧气被消耗ω％时的气泡尺寸；
20、h为气泡内氧气被消耗ω％时的气泡的上升高度。
21、优选地，所述的出气管组，每层出气支管沿横截面均匀分布，条件下，斜向下出气时，单气泡上升过程的气泡流动区域在塔底投影椭圆形，椭圆长轴和短轴分别长3de和2.5de，得到其同一横截面上出气管组数ni，每层出气支管管数：
22、
23、dei为第i层出气支管口生成的气泡尺寸。
24、优选地，所述的出气管组，不同层出气支管的长度有所区别，根据气泡上升过程的流动区域在底面投影为椭圆形，出气支管在底面的投影位于长轴上，出气口位于长轴的中点上，故可确定：
25、
26、d为反应器直径；
27、di为第i层支管与气腔连接处对应的气腔截面直径；
28、θ为出气支管与重力方向所夹锐角。
29、优选地，所述的出气管组，不同层出气支管的管径有所区别，通过控制不同层出气支管的压降和出气口的液位差，保证各层出气口均能出气，根据范宁公式和气体由气腔进入出气支管的局部阻力损失，可得：
30、
31、根据出气支管压降差和出气口的液位差平衡，第i层出气管组的单管直径di的确定方法为：
32、
33、λi、ui为第i层出气支管内摩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述的多层多管式气体分布器由进气管(1)、气腔(2)和出气管组(3)组成，进气管(1)将反应气体导入气腔(2)，出气管组(3)为多层结构，层数为m，各层沿重力方向分布；每层出气管组(3)由ni个出气支管组成，沿气腔(2)横截面均匀分布，出气支管与重力方向夹角为锐角θi。
2.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述气腔(2)，其主体结构为锥底内凸的锥体，并具有球形、椭球形或平板形封底，封底与锥底内凸面之间为空心或实心结构。
3.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述气腔(2)，锥顶与进气管(1)相连，锥顶直径与进气管直径d0相等，锥底直径D1为反应器直径0.05～0.3倍，锥体半顶角α为0°～20°。
4.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，最下层出气管组(3)在气腔锥底横截面上均匀分布，最上层出气支管与气腔(2)连接处对应的气腔(2
5.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，第i层出气支管方向与重力方向的夹角为θi，且θi满足：0°<θi<90°；
6.根据权利要求5所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述的出气管组(3)，每层出气支管沿横截面均匀分布，条件下，斜向下出气时，单气泡上升过程的气泡流动区域在塔底投影椭圆形，椭圆长轴和短轴分别长3de和2.5de，得到其同一横截面上出气管组数ni，每层出气支管管数：
7.根据权利要求6所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，不同层出气管组(3)的长度不同，第i层出气管组的单管长度li的确定方法为：
8.根据权利要求7所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，第i层出气管组的单管直径di的确定方法为：
9.根据权利要求8所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，第i层出气管组(3)的出气总量为Qi的确定方法为：
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述多层多管式气体分布器应用于偏三甲苯液相空气催化氧化制备偏苯三酸体系，及其他气液相催化氧化快速反应体系，可提高气体分布和催化氧化反应的均匀性能。
...【技术特征摘要】
1.一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述的多层多管式气体分布器由进气管(1)、气腔(2)和出气管组(3)组成，进气管(1)将反应气体导入气腔(2)，出气管组(3)为多层结构，层数为m，各层沿重力方向分布；每层出气管组(3)由ni个出气支管组成，沿气腔(2)横截面均匀分布，出气支管与重力方向夹角为锐角θi。
2.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述气腔(2)，其主体结构为锥底内凸的锥体，并具有球形、椭球形或平板形封底，封底与锥底内凸面之间为空心或实心结构。
3.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，所述气腔(2)，锥顶与进气管(1)相连，锥顶直径与进气管直径d0相等，锥底直径d1为反应器直径0.05～0.3倍，锥体半顶角α为0°～20°。
4.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，最下层出气管组(3)在气腔锥底横截面上均匀分布，最上层出气支管与气腔(2)连接处对应的气腔(2)直径为出气支管直径的0～3倍。
5.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯液相空气催化氧化用多层多管式气体分布器，其特征在于，第i...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，朱思宇，姚路路，柯伯成，柯伯留，汪沛能，汪翔，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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