专利名称：一种改善流动和传递的多相流反应器内构件的制作方法
技术领域：
本发明属于化工设备技术领域，特别涉及一种在多相流反应器中用于改善流动、传质和传热、提高反应器性能的内构件。
在这类反应器中，随表观气速的增加，一般从均匀鼓泡区、过渡区到搅动湍动区(不均匀鼓泡区)，在床径较小时，还会出现柱塞区。在不均匀鼓泡区和柱塞区，都会形成一定数量的球帽形大气泡。由于球帽形大气泡的比表面积和小气泡相比非常小，严重影响了相间接触效果，同时由于大气泡上升速度很快，造成部分气体一定程度的短路，这些都使相间传质和反应物的转化率大大下降。因此，一般鼓泡床和气升式循环床的操作区域相对较窄，在气速增大时反应的效果变差，转化率降低。对于气升式循环床，在气速较高的情况下，除上述问题外，还会由于气含率差造成的推动力过大，使得循环液速和气泡上升速度过大，气体停留时间过短；同时，在一定的表观气速下，循环液速也会随反应器直径和高度的增加有较大的增加，使反应器在放大时存在明显的放大效应。在气固流化床和气液、气液固体系的鼓泡床及气升式循环床反应器中加入内构件，可以达到抑制大气泡形成、通过破碎气泡形成小而分布均匀的气泡，强化相间传质。同时，内构件的加入还可以均布流场、减小返混、提高操作弹性。
静态混合器可用作多相流反应器的构件，通过静态混合器特殊结构的分流、剪切和扰动等作用破碎气泡、均布流场、强化传热和传质。静态混合器适用于气液体系，但对于气固体系以及气液固三相及浆态体系，会产生堵塞的问题，影响反应器的长周期运转，且阻力过大，增加能耗。另外现有技术中也提到采用兼作换热管的垂直管束作为内构件，并推荐以当量直径作为放大控制指标。垂直管束具有结构简单的优点，但只能起到限制大气泡形成的作用，破碎气泡的作用非常有限。简单构件如多孔板的使用，可以控制流动阻力，提高气含率，破碎气泡，但气泡离开多孔板构件0.5～2.0m以后重新达到平衡气泡大小，由于阻力过大，这类构件不能放置多块，破碎气泡作用有限。综上所述，已有的用于多相流反应器的内构件不能同时具备通量高、不易堵塞和破碎气泡效率高，广泛适用于多相流反应器的优点。
本发明的目的是提供如下技术方案实现的一种改善流动和传递的多相流反应器内构件，其特征在于该构件是由一个或多个构件单元组合而成，所述构件单元是由其上开有舌形斜孔的构件板片A和构件板片B交叉连接而成。
所述的构件板片A与构件板片B交叉角度在30～120°之间；所述的构件板片A与构件板片B上的舌形斜孔翘起角度在15～90°之间。所述的构件板片A的两侧均开有狭缝。
本发明采用构件板片以一定的角度交叉连接的结构，保持通畅的流动通道，使构件具有通量高、阻力小和不易堵塞的优点。同时在板片上开有舌形斜孔，舌形片翘起一定角度，舌形斜孔大大改善了构件破碎气泡的性能。通过调整构件板片交叉连接的角度、板片连接的疏密以及舌形片翘起的角度可以调节构件的流动阻力；交叉连接的角度越大、板片越稀疏、舌形片翘起角度越大，则构件流动阻力越小。另外，舌形斜孔越密，构件破碎气泡的作用越明显。
本发明中的构件适用于气固流化床和气液、气液固鼓泡床及气升式循环床。在这些反应器中，从气体分布器形成的气泡向上流动的过程当中，在0.5～2.0m左右的距离内达到聚并和破碎的动态平衡而保持一定的气泡大小。这一气泡大小随气速的增大而增大。因此，对于操作在较高气速或反应器较高的情况，单纯依靠气体分布器的设计来形成小气泡的作用是十分有限的。加入本发明的构件，可以达到有效破碎气泡的目的。气泡和液体和固体颗粒的混合物并行向上流动通过构件时，构件通过以下三种机制破碎气泡，其一是构件中有很多板片的边缘和板片之间相连的结构，气泡通过时与这些结构发生碰撞和变形并最终破碎。第二种机制是气液或气固混合物在通过板片上所开的舌形斜孔时气泡发生破碎，舌形孔起到二次分布器的作用。第三种机制是混合物通过构件时，湍动加剧，从而使气泡的破碎作用得到强化。由于构件对气泡的破碎作用，使得反应器在较高气速下操作也可以保持较好的相间分散和接触效果，提高了反应器的操作弹性和生产强度。
特别地，对于在气升式循环浆态床反应器中加入构件，在破碎气泡，强化传质的同时，还可以通过合理设计构件板片的交叉角度、板片疏密以及舌形孔的疏密以及舌形片的翘起角度来调节构件的通量，同时选择确定构件之间的距离，这样可以调控流动阻力，使液体循环速率保持在最优值附近，从而提高反应器的性能。在反应器放大的过程中，遵循一定的放大准则，通过构件的合理使用，使得传质和反应物的停留时间等指标得到保证，可以很好地解决这类反应器的放大问题。
图1为构件板片A的主视图。
图2为构件板片B的主视图。
图3为由构件板片A和构件板片B组装的构件单元的立体示意图。
图4为本发明提供的一种实施例的结构示意图，由多个构件单元组成的并列组合式内构件。
图5为本发明提供的另一种实施例结构示意图，其内构件采用间隔组合式。
图6为采用构件板片直接连接式的内构件结构示意图。
图中标号分别为A-开有狭缝的构件板片；B-不开狭缝的构件板片；3-舌形斜孔；4-板片狭缝；5-构件单元；6-反应器器壁；7-板片连接处；8-构件单元连接处；9-换热管。
在本发明中，根据反应器器壁6的形状可由构件单元组合成截面为圆形、方形等形状的内构件。构件单元连接处8以焊接的方式连接。依据反应器直径大小以及是否有内置换热管，构件可以有不同的组成方式。
在第一种方式中，构件单元之间通过焊接连接、螺钉等固定连接方式并排连接。一个单元由一组构件板片A和两组构件板片B交叉连接构成，根据器壁的形状和该构件单元所在的位置，构件单元的两端加工成和壁面形状相配合。以常见的圆筒形器壁5为例，图4中由多个构件单元并列组合成一个完整的内构件。内构件的高度根据需要可以在5～50cm之间变化。整个构件通过固定在反应器器壁的固定圈和反应器相连。构件单元在连接处7通过焊接和螺钉连接等方式并排连接组合成一个完整的构件，此类构件加工安装方便，适用于床径较大且无内置换热管的情况。
第二种组合方式如图5所示，构件单元之间有一定间隔，构件单元在边缘处用薄片通过焊接或螺钉连接等连接组合成完整的构件，此类构件适用于有内置换热管的情况，换热管9从构件单元之间的间隔通过。
第三种组合方式如图6所示，构件直接由构件板片以一定角度交叉连接而成，整个构件只含有一个构件单元，该类构件适用于床径较小且无内置换热管的情形。
对于较高的反应器，由于构件有一定的有效距离，需要以一定的间隔放置多块构件，根据实际需要构件与构件间的距离在0～2.0m之间变化。在放置多块构件时，相邻构件之间沿中心轴旋转一定角度(典型的为90°)放置。
本发明所涉及的新型内构件，可用于气固流化床和气液以、气液固鼓泡床及气升式循环床反应器。特别适用于催化反应器，如丙稀、丁二烯氧化脱氢、二甲苯制苯酐、甲醇合成、二甲醚合成等多相流催化反应器中。
权利要求
1.一种改善流动和传递的多相流反应器内构件，其特征在于该构件是由一个或多个构件单元组合而成，所述构件单元是由其上开有舌形斜孔的构件板片A和构件板片B交叉连接而成。
2.按照权利要求1所述的多相流反应器内构件，其特征在于所述的构件板片A与构件板片B交叉角度在30～120°之间。
3.按照权利要求1所述的多相流反应器内构件，其特征在于所述的构件板片A与构件板片B上的舌形斜孔翘起角度在15～90°之间。
4.按照权利要求1-4任一权利要求所述的多相流反应器内构件，其特征在于所述的构件板片A的两侧均开有狭缝。
全文摘要
一种改善流动和传递的多相流反应器内构件，涉及一种可用于气固流化床和气液、气液固体系的鼓泡床及气升式循环床反应器的内构件。该构件是由一个或多个构件单元组合而成，所述构件单元是由其上开有舌形斜孔的构件板片A和构件板片B以一定角度交叉连接而成。构件截面依反应器形状和结构而定。构件单元由构件板片以交叉连接而成。此构件具有通量高、不易堵塞和破碎气泡效率高、均布流场、加剧流动湍动，从而显著强化相间传质的作用。同时，可以减小返混，提高反应器的操作弹性和生产能力。可用于气固流化床和气液、气液固鼓泡床及气升式循环床反应器。
文档编号B01J19/32GK1403190SQ0214627
公开日2003年3月19日 申请日期2002年10月18日 优先权日2002年10月18日
发明者金涌, 王铁峰, 王金福, 张同旺 申请人:清华大学