一种填充床振荡流反应器

摘要

本发明公开了一种填充床振荡流反应器，包括依次连接的振荡发生机构、进口段、反应段和出口段，所述进口段由串接的气体进口段和液体进口段组成，所述出口段由串接的气体出口段和液体出口段组成；所述气体进口段上开设有气体进料口和位于气体出料口下游的气体分布器；所述液体进口段上设有液体进料口和位于液体出料口下游的液体分布器；所述反应段为竖直布置的反应管，所述反应管的中部填充有填料或固体催化剂颗粒，底部安装有支撑装置，顶部安装有压紧装置。该填充床振荡流反应器适用于以液相为主体的工业气液反应、气液液反应或含有固体催化剂的气液固三相反应体系，能够长期连续化稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及化工反应器，具体涉及一种填充床振荡流反应器。

背景技术

对于气液、气液液或气液固多相流催化或非催化反应过程，气液、气 液液或气液固相际间的传递性能极大的影响着最终的反应效果，作为分散 相的气相或液相在液相主体中的分散形态及尺寸对于实现反应器内良好 的混合以及优良的传递性能是必需的。传统的强化混合及传递效果的方式 多是采用搅拌装置，增强宏观湍动强度，实现整体混合。但搅拌过程中经 常会出现“死区”，导致物料混合不够充分。

振荡流管式反应器是一种有着广泛应用前景的新型化工反应设备，自 问世半个世纪以来，经不断改进，现已逐渐发展成为一种新型高效的连续 化化学反应设备与过程强化装置。由于它能显著提高物料的混合程度，传 质传热性能优良，且工艺过程容易控制，在连续操作状态下具有优良的停 留时间分布特性，在化工过程工业中已经展现出了巨大的应用价值，在化 学反应、絮凝过滤、结晶等诸多领域具有良好的应用前景。

专利号为ZL200610053692.1的中国专利公开了一种锥环挡板振荡流 管式反应器，该反应器由依次相连接的振荡发生机构、进口段、反应段和 出口段组成，在进口段上设有进料口，在出口段上设有出料口，反应段由 垂直设置的圆形反应管构成，管内设置有沿垂直方向有序排列的锥环型挡 板，将管内空间分隔成多腔室结构。该反应器的优点是在平均流速较低的 连续化操作条件下，该反应器具有比釜式反应器和普通管式反应器更均匀 的停留时间和优良的传递特性，并能使固体均匀地悬浮于液体中，防止固 体颗粒在反应器内局部空间的堆积。但此反应器在应用于气液或气液液多 相流反应过程时，由于气泡或液滴上升过程中发生聚并，无法始终保证分 散相形态的稳定性和尺寸的均匀性，导致相界面积减小，相界面更新缓慢， 降低了相际间的混合及传递效果。在应用于以固相作为催化剂的反应体系 时，颗粒之间的碰撞磨损和颗粒在液相主体中的粉化使得催化剂在反应器 内的均匀悬浮性能变差，增加了操作的不稳定性。

发明内容

本发明提供了一种填充床振荡流反应器，该填充床振荡流反应器适用 于以液相为主体的工业气液反应、气液液反应或含有固体催化剂的气液固 三相反应体系，能够长期连续化稳定运行。

一种填充床振荡流反应器，包括依次连接的振荡发生机构、进口段、 反应段和出口段，所述进口段由串接的气体进口段和液体进口段组成，所 述出口段由串接的气体出口段和液体出口段组成；

所述气体进口段上开设有气体进料口和位于气体进料口下游的气体 分布器；

所述液体进口段上设有液体进料口和位于液体进料口下游的液体分 布器；

所述反应段为竖直布置的反应管，所述反应管的中部填充有填料或固 体催化剂颗粒，底部安装有支撑装置，顶部安装有压紧装置。

本发明的填充床振荡流反应器应用于含有气体较多的多相流反应体 系，由于填料或固体催化剂的存在而被自然隔断成较小的液滴或者气泡， 避免了聚并的发生，从而增大了相界面积，同时，在振荡发生机构的作用 下，相界面不断更新，强化了传递过程；该填充床振荡流反应器应用于固 相作为催化剂的反应体系时，固体催化剂以类似固定床的形式固定在反应 器中，固体不会悬浮或者随流体流走，颗粒损失及粉化程度均大大较低。

作为优选，出口段分为液体出口段和气体出口段，在液体出口段和气 体出口段上分别设有液体和气体出料口。

作为优选，所述反应管的截面为圆形，所述填料或固体催化剂的平均 粒径为所述反应管内径的1/10～1/6，采用该粒径的填料或固体催化剂能够 强化传递过程。

所述填料或固体催化剂颗粒的填充方式可以为规整或散堆，优选为散 堆。

作为优选，所述反应管为多根，相互之间依次串接，相邻两根反应管 之间的衔接部分设有子进料口。反应段由多根反应管串联组成，可以提供 足够长的平均停留时间和反应空间。所述子进料口可以用于进液体物料， 也可以用于进气体物料，所进的物料的流向可以根据需要进行调节，用于 实现多段进料，在气体进料口和液体进料口的下游可以进一步设有气体分 布器和液体分布器。

作为进一步的优选，相邻两根反应管之间通过连接管相连通，且每根 连接管的侧壁上均设有所述的子进料口。

作为优选，所述的反应管的管壁外设有换热夹套。可选择流通换热夹 套的换热介质为反应管提供加热、冷却或保温条件，实现不同的反应目的。

采用的气体分布器为带孔圆管或烧结网、烧结粉末结构，作为优选， 所述的气体分布器为烧结网滤芯结构或烧结粉末滤芯结构；孔直径从分 米、毫米、微米到纳米，作为优选，孔直径为微米。

采用的液体分布器为带孔圆管或烧结网、烧结粉末结构，作为优选， 所述的液体分布器为烧结网滤芯结构或烧结粉末滤芯结构；孔直径从分 米、毫米、微米到纳米，作为优选，孔直径为毫米。

作为优选，所述的振荡发生机构设置于所述的进口段的下方，反应器 的振荡发生机构位于反应器底部或侧边，型式为液压隔膜式或气动脉冲 式。此时，产生的振荡作用推动反应器内物料往复运动。

填充床反应段内气液流动方式为并流或逆流，例如，当液体从子进料 口进料的时候，气液流动方式会出现逆流。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

（1）在连续操作条件下，具有比釜式反应器更均匀的停留时间分布；

（2）在平均流速较低的连续操作条件下，具有比普通管式反应器更 均匀的停留时间分布；

（3）在平均流速较低的连续操作条件下，反应器内的流体与壁面之 间仍然有良好的传热性能；

（4）通过调节振荡发生机构的振荡强度，可以使气泡或液滴在填充 段内获得最优的型态和尺寸分布，增加了气泡或液滴与液相主体或固相催 化剂颗粒床层的接触面积；

（5）反应器内的液相主体与气泡、液滴或固体催化剂颗粒床层之间 的表面不断更新，大大强化传递过程；

（6）与固定床反应器相比，具有更加优良的传热传质性能。

附图说明

图1为本发明的填充床振荡流反应器的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明的填充床振荡流反应器的另一种实施方式的结构示意 图；图中，1：振荡发生机构；2：振荡连接段；3：气体进口段；4：液体 进口段；5：气体出口段；6：液体出口段；7：气体进料口；8：气体分布 器；9：液体进料口；10：液体分布器；11：反应管；12：支撑装置；13： 压紧装置；14：子进料口；15：换热夹套；16：液体出口；17：气体出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的填充床振荡流反应器的结构做进一步的描 述。

如图1所示，该填充床振荡流反应器包括依次连接的振荡发生机构1、 进口段、反应段和出口段。

振荡发生机构1的出口朝向水平方向，进口段为竖直方向，在振荡发 生机构1和进口段之间设置有振荡连接段2，振荡连接段2为直角型弯管 结构，两端分别连接振荡发生器的出口和反应段的入口。

进口段包括液体进口段4和气体进口段3，在液体进口段4的侧壁上 开设有液体进料口9，在液体进口段4中液体进料口9下游位置设置有液 体分布器10，在气体进口段3的侧壁上开设有气体进料口7，在气体进口 段3中气体进料口7的下游设置有气体分布器8。其中，液体进口段4可 以为多个，相互之间串联连接，用于进不同的物料，液体出口段6也可以 为多个，用于出不同的物料。

反应段包括垂直安装的反应管11，该反应管11的截面为圆形，根据 不同的需要，可以采用多根反应管11，各个反应管11之间以并联或者串 联的方式连接，可以提供足够的停留时间和反应空间，当反应管11之间 以串联的方式进行连接的时候，除与振荡连接段2相连的反应管11之外， 每一个反应管11的入口可以进一步接上连接管，在连接管的侧壁上开有 子进料口14，从子进料口14中可以根据需要通入气体物料或者液体物料。 采用该种进料方式，可以实现反应体系分散性介质的多点进料。

每一根反应管11的管内填充有规整或散堆的填料或固体催化剂颗粒 （统称为填充填料）形成填充段，填充段的底部安装作为支撑装置12的 支撑分布板，填充段的顶部安装作为压紧装置13的压紧分布板，支撑分 布板和压紧分布板使填料或固体催化剂填装紧密，填充填料可根据液相主 体的性质选择亲水型或亲油型。

在反应管11外设有换热夹套15，在换热夹套15上开有夹套进出口， 可选择不同的换热介质为反应管11提供加热、冷却或保温条件。

出口段包括液体出口段6和气体出口段5，液体出口段6的入口与反 应段的出口相连通，液体出口段6的出口与气体出口段5的入口相连。在 液体出口段6的侧壁上开有液体出口16，在气体出口段5的侧壁上开有气 体出口17。

实施例1

如图1所示的一种填充床振荡流反应器，该反应器用于工业气液液催 化反应体系。在该反应体系中，气体和液相A为反应物，液相B为液体 均相催化剂。振荡发生器位于反应器底部，填充床反应段分为上下两段， 每段各接有一个换热夹套，用于给反应器供热。气体进口段分为两段，分 别位于两段反应段的下部。气体分布器采用金属烧结粉末滤芯结构，精度 可达0.3μm。液相A和液相B分别从反应器底部的两个液体进口段进入反 应器内，液相A从上面一个液体进口段进入，其入口处接有液体分布器。 反应管内装有散堆的工业填料，填料直径优选反应器管径的1/8，填料底 部装有筛孔支撑板，顶部装有筛孔压紧板，填料的类型根据连续相的性质 选择。气体和液体并流接触，两个液相并流接触。液相A作为分散相，液 相B作为连续相，反应开始前反应器内已经充满液相B。

振荡发生器产生的脉冲振荡叠加在流体平均流速上推动反应管内流 体上下往复运动，在填充床内形成不规则的剪切速率分布，不断地改变着 流体的流动方向，促进液体在轴向和纵向充分混合。

反应器工作时，气体经气体分布器进入填充床内，上升过程中经振荡 流场剪切力作用被切割成数量众多的小气泡，增加了与液相主体的接触面 积，强化了传递效果。在气体出口段，气体与液相A分离，离开反应器。

分散相液相A经液体分布器进入填充床内，液滴在振荡流场中由于 填料的剪切作用分散成数量众多的小液滴，增加了与液相主体的接触面 积，强化了传递效果。在液体出口段，液相B先与液相A和气体分离， 从下面的液相出口离开反应器，然后液相A再与气体分离，从上面的液相 出口离开反应器，最后，气体从气体出口离开反应器。

实施例2

如图2所示的一种填充床振荡流反应器，该反应器用于工业气液固催 化反应体系。气体和液相为反应物，固相为催化剂，填充于反应段内。振 荡发生器位于反应器底部，反应段分为上下两段，每段各接有一个换热夹 套。气体进口段分为两段，分别位于两段反应段的下部，此时子进料口进 的是气体物料，气体采取两段进料的方式进料，气体分布器采用金属烧结 网滤芯结构，精度2μm。在气体出口段，气体与液相分离，离开反应器。 液相从反应器顶部的液体进口段进入反应器内，从反应器底部的液体出口 段采出。液相从上到下通过催化剂床层，气液固三相接触反应。催化剂床 层底部装有筛网支撑板，顶部装有筛网压紧板，反应开始前反应器内已经 充满液相。