专利名称：多级环流反应器的制作方法
技术领域：
一种用于各类气-液两相和气-液-固三相化学反应的反应器，属于化学工程领域，具体地说，是多级环流反应器。
基于鼓泡式反应器发展起来的内环流反应器是在鼓泡式反应器内引入导流筒，使流体在反应器内产生循环流动，从而增强了气-液或气-液-固的混合效果，反应器的总体传质速率也高于传统的鼓泡式反应器。
但是，传统的内环流反应器存在一个严重的缺陷，即在导流筒和反应器内壁之间的环隙区域内，由于较大的气泡所受的浮力大于所受的曳力，因此液体环流所产生的曳力不能将较大的气泡拖曳下来，导致环隙气含率小，反应器利用率低，反应器的总体效率低。
本实用新型的目的在于在传统的鼓泡式反应器的基础上提出并发展了一种多级环流反应器。
这种多级环流反应器采用不同结构的多级导流筒和内构件，完全解决了传统内环流反应器环隙气含率小、反应效率低的缺陷，其流体力学性能优良，气-液或气-液-固混合良好、总传质速率高，反应器内温度分布均匀，可广泛应用于在各类气-液或气-液-固化学反应过程。
本实用新型是这样实现的包括塔身1、导流筒2、气体分布器3，塔身1内有导流筒2，导流筒2的底部有气体分布器3。
本实用新型还采用如下技术方案塔身1总高与反应器内径之比为3-12，导流筒2直径与反应器内径之比为0.4-0.9。
导流筒2为一整体，可以是一段，也可以是两段以上，段间距5～50厘米，以刚性筋条相连，段间加折流板，在每段导流筒2上打孔。
导流筒2沿轴向设有开孔区。
导流筒2上的开孔可以是一处，也可以是一处以上。
导流筒2上有内构件4。
导流筒2的下端距反应器底部的距离为10-100厘米；导流筒的上端距反应液体的液面10-200厘米。
内置有多级导流筒2，各级导流筒之间相互同轴固定，之间留有空隙。
导流筒2可以有1-6根，导流筒2轴线平行，置于反应器内，每根导流筒2下均置有气体分布器3。
本实用新型多级环流反应器的特点是
①本发明多级环流反应器由塔身、导流筒、内构件和气体分布器构成。导流筒为单段或多段，段间采用多种形式组合和/或添加内构件；②反应气体经气体分布器进入曝气塔。气泡在塔底一经产生，由于气体的喷射力和密度差，气泡团将带动周围液体向上运动，并且围绕着导流筒各段和导流筒总体进行快速的环流运动，形成大环流套小环流的流动状态；③由于气-液接触充分，气含率高，局部气含率分布均匀，所以传质速率高，气体溶解度高；对气-液-固三相反应体系，固体颗粒在反应器内部分布均匀，不会发生局部积累或沉积。
④热传递效果好由于流体在反应器环隙做快速定向运动，流体与反应器的器壁热交换速率高，同时由于反应器内物料的从分混合，反应体系内温度分布均匀，不同区域的温差非常小。
附图1是本实用新型多级环流曝气塔的结构图之一；附图2是本实用新型多级环流曝气塔的结构图之二；附图3是本实用新型多级环流曝气塔的结构图之三；附图4是本实用新型多级环流曝气塔的结构图之四；附图5是本实用新型的导流筒间的内构件(折流板)的结构；附图6为图1所示的反应器结构中的流体流动状态图；附图7为图2所示的反应器结构中的流体流动状态图；附图8为图3所示的反应器结构中的流体流动状态图；附图9为图4所示的反应器结构中的流体流动状态图；附图10为多根导流筒多级环流反应器的结构及流动状态图。
具体实施
以下结合附图对本实用新型进行详细描述
如图1所示，由塔身1、导流筒2、和气体分布器3等三部分组成。
导流筒可以是一段、二段或多段，段间以刚性筋条相连。
如图2所示由塔身、导流筒、内构件4、和气体分布器等四部分组成。导流筒可以是一段、二段或多段。
如图3所示由塔身、带开孔的导流筒2、和气体分布器等三部分组成。沿导流筒轴向可有一处、二处或多处开孔区。
如图4所示，由塔身、导流筒、内构件、和气体分布器等四部分组成。
导流筒可以是一段、二段或多段，在每段导流筒上的某个部位设有开孔区。
如图6，流体在塔内围绕着每段导流筒和整个进行快速的定向运动，形成大环流套小环流的运动模式。
在本实用新型的多级环流反应器中，反应气体由多级环流反应器底部经气体分布器3进入，并立即在气体分布器3周围产生大量气泡，也即在气体分布器3周围形成稀相区，稀相区的密度小于周围液体，在密度差和气体进入反应器内的冲力作用下，气泡连同稀相区的液体在导流筒内向上运动，而在导流筒2与反应器内壁之间环隙区内的液体回立即流向气体分布器处以进行补充，由此形成快速环流运动。流体向上运动至第一段导流筒2的顶端时，在折流板和/或静压差的作用下，一部分流体回由第一和第二块导流筒之间的空袭流向环隙，并与环隙内向下流动的流体回合，一部分流体仍会向上运动进入到第二根导流筒内，并继续向上运动。如此继续，直到流体运动到最后一根导流筒的顶部，然后折返沿环隙向下运动。
显然，在反应器内的上述的流动中，沿每段导流筒2形成若干小环流，沿整个导流筒形成大环流，即形成大环流套小环流的流动状态。这样，在反应器内部各处湍动程度差别不大，气含率分布均匀，沿反应器轴向气泡分布均匀；对气-液-固反应体系，固体颗粒分布均匀。由于气体在反应器内做多级环流运动，虽然平均停留时间保持不变，但气体在逸出反应器之前所流经的路程较长，同时气-液充分接触混合，因此气体在液相的溶解度高。
该反应器由塔身1、内4构件、导流筒2和底部气体分布器3等四部分组成。本发明的反应器内无机械搅拌部件，流体在反应器内快速定向环流，气-液或气-液-固混合良好，反应器无死角，传质速率高；通过导流筒和内构件的作用，在反应器内形成环流或大环流套小环流的快速运动模式，气泡和固体颗粒均匀分布，气含率和固含率均匀一致，固体颗粒不会在任何部位发生积累；由于在反应器内流体的快速环流运动，反应器内温度分布均匀，流体与反应器壁热交换良好。本发明可广泛用于氧化反应过程，加氢反应过程，加氢裂化过程，煤液化加氢过程，发酵过程，烃加工反应过程以及活性污泥污水处理过程等各类气-液和气-液-固反应过程中。
多级导流筒可根据反应器的高度，分成二级、三级或若干级。多级导流筒可由不同的形式，包括导流筒分成多段，导流筒分成多段，段间距5-50厘米，；导流筒分成多段，段间距5-50厘米，段间加折流板，每段导流筒上在不同部位打孔；导流筒为一段，在不同部位打孔，开孔率由导流筒总长决定。
反应器内在导流筒的下部装有气体分布器。
权利要求1.多级环流反应器，包括塔身(1)、导流筒(2)、气体分布器(3)，其特征在于塔身(1)内有导流筒(2)，导流筒(2)的底部有气体分布器(3)。
2.根据权利要求1所述的多级环流反应器，其特征在于塔身(1)总高与反应器内径之比为3∶12，导流筒(2)直径与反应器内径之比为0.4∶0.9。
3.根据权利要求1所述的多级环流反应器，其特征在于导流筒(2)为一整体，可以是一段，也可以是两段以上，段间距5～50厘米，以刚性筋条相连，段间加折流板，可在每段导流筒(2)上打孔。
4.根据权利要求1或3所述的多级环流反应器，其特征在于导流筒(2)沿轴向设有开孔区。
5.根据权利要求1或4所述的多级环流反应器，其特征在于导流筒(2)上的开孔可以是一处，也可以是一处以上。
6.根据权利要求1所述的多级环流反应器，其特征在于导流筒(2)上有内构件(4)。
7.根据权利要求1所述的多级环流反应器，其特征在于导流筒(2)的下端距反应器底部的距离为10-100厘米；导流筒(2)的上端距反应液体的液面10-200厘米。
8.根据权利要求1所述的多级环流反应器，其特征在于该装置内置有多级导流筒(2)，各级导流筒之间相互同轴固定，之间留有空隙。
9.根据权利要求1所述的多级环流反应器，其特征在于导流筒(2)可以有1～6根，导流筒(2)轴线平行，置于反应器内，每根导流筒(2)下均置有气体分布器(3)。
专利摘要一种用于各类气－液两相和气－液－固三相化学反应多级环流反应器，包括塔身1、导流筒2、气体分布器3，塔身1内有导流筒2，导流筒2的底部有气体分布器3。气泡在塔底一经产生，导流筒内的流体即向上运动，形成大环流套小环流的流动状态；反应器内气－液接触充分，气含率高，局部气含率分布均匀，传质速率高，气体溶解速度快；对气－液－固三相反应体系，固体颗粒在反应器内分布均匀，不会发生局部积累或沉积；热传递效果好，流体与反应器的器壁热交换速度高，由于反应器内物料的充分混合，反应体系内温度分布均匀，不同区域的温差非常小，可广泛应用于氧化反应过程，加氢反应过程，加氢裂化过程，煤液化加氢过程，发酵过程，烃加工反应过程以及活性污泥污水处理过程等各类气－液和气－液－固反应过程中。
文档编号B01F3/04GK2562866SQ02202768
公开日2003年7月30日 申请日期2002年2月1日 优先权日2002年2月1日
发明者丁富新, 袁乃驹, 刘铮, 马安, 乔永 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 清华大学