一种气体分布器及包含该气体分布器的气体分布系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种气体分布器及包含该气体分布器的气体分布系统，所述气体分布器包括至少一个气体分布盘，所述气体分布盘为由若干波纹片组装而成的盘式结构，所述波纹片的波棱不沿竖直方向设置，相邻两个所述波纹片的波棱的倾斜方向相反。本发明的气体分布器一方面可使大小不一的气泡在流经气体分布器后变成大小相近的小气泡，并被均匀地分布在设备的整个横截面上，有利于提高传质速率，也即是本发明的气体分布器具有气泡大小均一、分布均匀且分布面积大的优点，另一方面还可促进流体的组成、温度、流速等参数在传质设备径向上趋于一致，以减少甚至避免流体的返混。
【专利说明】
一种气体分布器及包含该气体分布器的气体分布系统
技术领域
[0001]本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种可用于鼓泡塔的新型气体分布器及包含该气体分布器的气体分布系统。
【背景技术】
[0002]在石油化工、煤化工等工业生产中，以液相为连续相、气相为分散相的气液两相或气液固三相反应器是一类重要的传质设备。在这些设备中，可使气体以鼓泡形式通过悬浮有固体细粒的液体层从而实现气液固三相反应过程的浆态床反应器以其结构简单、分散效果均匀、传递性能良好、操作方便等优点受到了越来越多的关注，尤其是近年来在以合成气为原料生产液态和固态烃的费一托反应、以对二甲苯为原料合成对苯二甲酸等工艺中产业化的成功显示了浆态床反应器在石油化工领域的巨大发展潜力。浆态床反应器中的流体力学特征，如流型、气含率、气泡大小及分布、气泡在液相中的停留时间等，都直接影响反应器内部的传递性质，而决定上述流体特征的反应器部件无疑是气体分布器。
[0003]目前，国内主流的气体分布器可分为四种结构:板式、管式、泡罩式和喷嘴式，上述现有的气体分布器虽然在一定程度上能够实现气体的均匀分布，但它们的共同缺点是，气体在反应器的整个竖直空间内的均匀分布面积较小，且气泡大小不一，由此导致反应器中心气泡多而周边气泡少，同时还会引起液相或液固相的严重返混，造成反应液与气体接触反应的范围变小，降低了反应效率。因此，研究与开发一种可将气体转变为大小均一、分布均匀的小气泡、并能提供更多气体分布面积、同时还可避免液相返混的新型气体分布器，依然是本领域技术人员亟待解决的一个技术难题。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于克服现有的气体分布器所存在的气泡大小不一、分布不均匀、且气泡分布面积较小、易造成液相返混的缺陷，进而提供一种可获得大小均一、分布均匀的小气泡、且气泡分布面积大、可避免液相返混的结构新颖的气体分布器及包含该气体分布器的气体分布系统。
[0005]为此，本发明实现上述目的的技术方案为:
[0006]—种气体分布器，包括至少一个气体分布盘，所述气体分布盘为由若干波纹片组装而成的盘式结构，所述波纹片的波棱不沿竖直方向设置，相邻两个所述波纹片的波棱的倾斜方向相反。
[0007]所述波纹片的波峰高度为4?20mm;所述波纹片的波面角为70?90°;所述波纹片的倾角为25?50°，所述倾角指的是所述波纹片的波棱与竖直方向的夹角。
[0008]在所述波纹片上设置有通孔，所述通孔的开孔率为3?15%。
[0009]所述通孔为直径3?5mm的圆孔，或者所述通孔为(5?7)mmX (2?3)mm的长方孔。
[0010]波纹片的材质可为各种金属和合金、塑料、陶瓷，当采用金属和合金时，波纹片的厚度一般为0.2mm。
[0011]所述气体分布盘的高度为150?350mm。
[0012]所述气体分布器由上下两个所述气体分布盘组装而成，所述两个气体分布盘中的所述波纹片互相垂直。
[0013]—种包含上述气体分布器的气体分布系统，包括，沿气体流动方向依次设置的气体预分布器和所述气体分布器;所述气体预分布器的相邻两个气体出口间的距离D与所述气体分布器中的所述气体分布盘的高度H、及所述波纹片的倾角α之间满足如下关系:HXtga^D^2XHXtga0
[0014]所述气体预分布器与所述气体分布器之间的距离不超过300mm。
[0015]所述气体分布系统还包括气体再分布器，所述气体再分布器的结构与所述气体分布器的结构相同。
[0016]所述气体分布器与所述气体再分布器之间的距离为I?4m，优选为1.5?3m;
[0017]当所述气体再分布器为两个或多个时，相邻两个所述气体再分布器之间的距离为I?4m，优选为1.5?3m。
[0018]本发明的上述技术方案具有如下优点:
[0019]1、本发明所述的气体分布器包括气体分布盘，该气体分布盘为由若干波纹片组装而成的盘式结构，波纹片的波棱不沿竖直方向设置，且相邻两个波纹片的波棱的倾斜方向相反，由此可使气体分布器中的相邻两个波纹片的流体通道相互交错，从而有利于在通道中流动的流体连续地进行混合，这样一方面可使大小不一的气泡在流经气体分布器后变成大小相近的小气泡，并被均匀地分布在设备的整个横截面上，有利于提高传质速率，也即是本发明的气体分布器具有气泡大小均一、分布均勾且分布面积大的优点，另一方面还可促进流体的组成、温度、流速等参数在传质设备径向上趋于一致，以减少甚至避免流体的返混。
[0020]2、在本发明的气体分布器中，波纹片的倾角越小，气体经气体分布器分布后所形成的气泡在设备径向上的分布面积也就越小，而为了尽可能地获得分布面积大的小气泡，本发明限定波纹片的倾角为25?50°。另外，本发明的气体分布器在波面角一定的条件下，波纹片的波峰高度越大，使得由相邻波面形成的液流通道的截面积越大，从而导致所形成的气泡尺寸也越大，但阻力却越小，因此为平衡气泡产生时所面临的阻力与其尺寸间的矛盾关系，本发明还进一步限定波纹片的波峰高度为4?20_、波面角为70?90°。
[0021]3、本发明所述的气体分布器通过在其波纹片上设置通孔，可使波纹片两侧的流体在存在压力差或流速差时，压力或流速较高一侧的流体会通过波纹片上的通孔自动流向压力或流速较低的一侧，从而消除上述压力差或流速差，以进一步降低液相的返混，提高传质效率。
[0022]4、本发明所述的气体分布器由上下两个气体分布盘组装而成，且这两个气体分布盘中的波纹片互相垂直，如此可使经下方的气体分布盘分布后的气泡再次进入上方的气体分布盘中实现气泡的二次分布，从而更有利于产生大小均一、分布均匀的小气泡、且气泡的分布面积也更为广泛。
[0023]5、本发明所述的气体分布系统，通过在气体的流动方向上依次设置气体预分布器和气体分布器，且气体预分布器的相邻两个气体出口间的距离D与气体分布器中的气体分布盘的高度H、及波纹片的倾角a之间满足HX tga<D<2 XHX tga，如此使得进入传质设备的气体先经气体预分布器分布成大小不一、分布不均匀的气泡，这些气泡再进入上述气体分布器中，从而被分布成大小均一、在整个设备横截面上分布均勾的小气泡。
[0024]进一步地，当气体分布器上方的液相高度较大时，经气体分布器分布后获得的小气泡在上升过程中会不断的发生聚并，使得小气泡变成大气泡，而大气泡的上升速度快，小气泡上升速度慢，这样气泡便不断地向设备中心聚拢，导致设备横截面上的气体分布变得不均匀，并加剧了液相或含固体的液相的返混，此时就需要再设置一个或多个与气体分布器具有相同结构的气体再分布器，相邻两个气体再分布器之间的距离为I?4m，优选为1.5?3m，这样气体经再分布器进行再分布后，又可变成大小均一、分布均勾的小气泡，从而实现整个设备内的气泡均匀化。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本发明所述的气体分布器中的气体分布盘的不意图；
[0027]图2为构成图1的气体分布盘的波纹片的示意图；
[0028]图3为图1中的相邻两个波纹片所形成的流体通道的示意图；
[0029]图4为图2中的波纹片的法截面图；
[0030]图5为一种安装有本发明所述的气体分布系统的浆态床反应器的示意图；
[0031]图6为图5中的气体预分布器的俯视图，其还示出了相邻两个气体出口间的距离。
[0032]其中，附图标记如下所示:
[0033]1-浆态床反应器;2-催化剂入口； 3-液体进口 ； 4-气体入口； 5-集气罩;6-气体出口 ；7_沉降区；8_溢流口 ；9_气体预分布器;10-气体分布器;11-第一气体再分布器;12-第二气体再分布器；13-气体喷嘴；14-人孔;h-波峰高度;α-波纹片的倾角;β-波面角;H-气体分布盘的高度;D-气体预分布器的相邻两个气体出口间的距离。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0035]实施例1
[0036]如图1所不，本实施例所述的气体分布器包括一个气体分布盘，所述气体分布盘为由若干波纹片组装而成的盘式结构;请同时参见图2和图3，所述波纹片的波棱(如图2中的直线Β1Β2，即两个波面Α1Α2Β2Β1与B1B2C2C1的交线)不沿竖直方向设置，相邻两个所述波纹片的波棱的倾斜方向相反。波纹片的材质可根据设备中介质的性质来选择，一般可以是各种金属或合金，当介质的腐蚀性较强且温度较低时可选用合适的塑料，而介质的腐蚀性较强且温度较高时可选择陶瓷;当波纹片的材质为金属或合金时，波纹片的厚度一般为0.2_。
[0037]本实施例中的气体分布器的结构可使气体分布器中的相邻两个波纹片的流体通道(如图3中的AA2B2(^PAB2C2D2)相互交错，从而有利于在通道中流动的流体连续地进行混合，这样一方面可使大小不一的气泡在流经气体分布器后变成大小相近的小气泡，并被均匀地分布在设备的整个横截面上，有利于提高传质速率，另一方面还可促进流体的组成、温度、流速等参数在传质设备径向上趋于一致，以减少甚至避免流体的返混。
[0038]在本实施例的气体分布器中，波纹片的倾角越小，气体经气体分布器分布后所形成的气泡在设备径向上的分布面积也就越小，并且在波面角一定的条件下，波纹片的波峰高度越大，则由相邻波面形成的液流通道的截面积越大，导致所形成的气泡尺寸也越大，因此，为了尽可能地获得分布面积大的小气泡，如图2和图4所示，可将波纹片的倾角α设置为25?50°，波纹片的波峰高度h设置为4?20mm、波面角β(即两个波面间的夹角)为70?90°。在本实施例中，作为优选的实施方式，波纹片的倾角α为30°，波纹片的波峰高度h为12mm、波面角β为80°。
[0039]作为可选择的实施方式，本实施例中的气体分布器还在其波纹片上设置通孔，所述通孔的开孔率为3?15%，以使波纹片两侧的流体在存在压力差或流速差时，压力或流速较高一侧的流体会通过波纹片上的通孔自动流向压力或流速较低的一侧，从而消除上述压力差或流速差，以进一步降低液相的返混，提高传质效率。所述通孔可以为直径3?5_的圆孔，也可以根据实际情况选择为(5?7)mm X (2?3)mm的长方孔，在本实施例中所述通孔为直径4mm的圆孔，其开孔率为10%。
[0040]为进一步产生大小均一、分布均匀且分布面积广的小气泡，本实施例所述的气体分布器还可以由上下两个所述气体分布盘组装而成，两个所述气体分布盘中的所述波纹片互相垂直，例如，下方气体分布盘中的波纹片呈东西方向设置，而上方气体分布盘中的波纹片则南北方向设置，如此可使经下方的气体分布盘分布后的气泡再次进入上方的气体分布盘中实现气泡的二次分布，具体地讲，请参见图3，进入气体分布器的第一个气体分布盘上的某个“点”(如图3所不的A2B2D2C2所围成的面)的气体，在流出该气体分布盘时被分布在长度为(2XHXtga)的一条“线”上(如图3中&至&的“线”上，即图中AB3D3C3至AA1B1C1的多个三角形组成的面上)，该“线”上的气体进入气体分布器的第二个气体分布盘进行分布后，在流出第二个气体分布盘时被分布在一个边长为(2XHXtga)的正方形的“面”上，从而达到更好的气体分布效果。
[0041 ] 实施例2
[0042]图5所示为安装有实施例1的气体分布系统的浆态床反应器的结构示意图，所述浆态床反应器I的直径为2000mm，催化剂从催化剂入口2加入反应器内，液体由位于反应器底部的液体进口3进入反应器内，气体通过反应器下部的气体入口4进入反应器中，经所述气体分布系统分布后大小均一、分布均匀的小气泡鼓泡穿过液层，催化剂在向上流动的液流和气泡的共同作用下被均匀地分散在液相中，或称悬浮在液相中；上升的气泡进入设置在反应器上部的集气罩5后穿过液面通过反应器顶部的气体出口6逸出，液流则流入沉降区7进行液固分离，不含或含少量催化剂微粒的液体由溢流口 8流出。
[0043]所述气体分布系统包括沿气体流动方向依次设置的气体预分布器9、气体分布器
10、第一气体再分布器11、及第二气体再分布器12，所述气体预分布器9的相邻两个气体出口间的距离D与所述气体分布器10中的气体分布盘的高度H、及波纹片的倾角α之间满足如下关系:HX tga<D<2 XHX tga，所述气体预分布器9与所述气体分布器10之间的距离不超过300mm，所述第一气体再分布器11分别与所述气体分布器10、所述第二气体再分布器12之间的距离为I?4m，优选为1.5?3m。在本实施例中，所述气体预分布器3为喷嘴式气体分布器，如图6所示，相邻两个气体喷嘴13之间的距离D为300mm，且喷嘴口朝下设置;再请见图5，在所述气体预分布器9上方200mm处设置所述气体分布器10，其与第一气体再分布器11和第二个气体再分布器12之间的距离分别为2500mm、5000mm;上述气体分布器10、第一气体再分布器11和第二个气体再分布器12均由上下两个所述气体分布盘组装而成，每个气体分布盘的高度H为300mm、直径为1995mm，构成所述气体分布盘的波纹片由厚度为0.2mm的不锈钢制成，所述波纹片的波峰高度h为6mm、波面角β为75°、波纹片的倾角α为45°。本实施例的上述结构使得进入楽态床反应器的气体先经气体预分布器分布成大小不一、分布不均勾的气泡，这些气泡再进入气体分布器中，从而被分布成大小均一、在整个反应器横截面上分布均匀的小气泡;在小气泡的上升过程中会不断的发生聚并，使得小气泡变成大气泡，而大气泡的上升速度快，小气泡上升速度慢，这样气泡便不断地向反应器中心聚拢，导致反应器横截面上的气体分布变得不均匀，并加剧了液相或含固体的液相的返混，此时再设置一个或多个气体再分布器，气体经再分布器进行再分布后，又可变成大小均一、分布均勾的小气泡，从而实现整个反应器内的气泡均匀化。
[0044]为固定好上述气体分布器和气体再分布器，可将二者分别设置在支撑件和压紧件之间，所述支撑件和所述压紧件均固定于传质设备中并沿所述传质设备的径向设置。在本实施例中，所述气体分布器10、第一气体再分布器11、及第二气体再分布器12均由直接或间接固定在反应器侧壁上的栅格板支撑，当然也可用其他方法支撑，它们的上方再用栅格板压紧。
[0045]在实际工况中可根据具体条件选择气体分布器及气体分布系统的组装方式，在本实施例中，气体分布盘的组装可在反应器内进行，在气体分布器、气体再分布器上方的反应器侧壁上均设置有人孔14，组装气体分布盘的波纹片材料及装配人员由人孔14进入;另外在其它实施例中，也可将气体分布盘在塔外分成小块组装，然后由人孔送入塔内进行拼装。尤其当塔径较小(如小于1000mm)，在塔内组装或拼装气体分布盘有困难时，可将塔设计成用法兰连接的数段，待塔内的气体分布系统等内件安装好后，再进行塔的组装。
[0046]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种气体分布器，包括至少一个气体分布盘，其特征在于: 所述气体分布盘为由若干波纹片组装而成的盘式结构，所述波纹片的波棱不沿竖直方向设置，相邻两个所述波纹片的波棱的倾斜方向相反。2.根据权利要求1所述的气体分布器，其特征在于，所述波纹片的波峰高度为4?20mm;所述波纹片的波面角为70?90° ;所述波纹片的倾角为25?50°，所述倾角指的是所述波纹片的波棱与竖直方向的夹角。3.根据权利要求1或2所述的气体分布器，其特征在于，在所述波纹片上设置有通孔，所述通孔的开孔率为3?15 %。4.根据权利要求3所述的气体分布器，其特征在于，所述通孔为直径3?5mm的圆孔，或者所述通孔为(5?7)mmX (2?3)mm的长方孔。5.根据权利要求1-4任一项所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布盘的高度为150?350mmo6.根据权利要求1-5任一项所述的气体分布器，其特征在于，所述气体分布器由上下两个所述气体分布盘组装而成，所述两个气体分布盘中的所述波纹片互相垂直。7.—种包含权利要求1 - 6任一项所述的气体分布器的气体分布系统，其特征在于，包括，沿气体流动方向依次设置的气体预分布器和所述气体分布器;所述气体预分布器的相邻两个气体出口间的距离D与所述气体分布器中的所述气体分布盘的高度H、及所述波纹片的倾角α之间满足如下关系:HXtga彡D彡2 XHX tga。8.根据权利要求7所述的气体分布系统，其特征在于，所述气体预分布器与所述气体分布器之间的距离不超过300mm。9.根据权利要求7或8所述的气体分布系统，其特征在于，所述气体分布系统还包括气体再分布器，所述气体再分布器的结构与所述气体分布器的结构相同。10.根据权利要求9所述的气体分布系统，其特征在于，所述气体分布器与所述气体再分布器之间的距离为I?4m，优选为1.5?3m; 当所述气体再分布器为两个或多个时，相邻两个所述气体再分布器之间的距离为I?4m，优选为1.5?3m。
【文档编号】B01J8/22GK105944630SQ201610465461
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】龚元德, 唐印, 孔德利, 宋国天
【申请人】北京烨晶科技有限公司