专利名称：一种气体液体固体复合反应器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体液体固体复合反应器设备，特别涉及一种气体液体固体三相复合反应器设备，属于石油化工领域。
背景技术：
气液及气液固反应器是化工和石油化工、生物化工、食品化工、冶金、环境工程等许多领域中应用最为广泛的反应器形式。传统的气体液体、气体液体固体反应器主要包括固定床反应器和鼓泡床反应器。目前工业中采用的气体液体固体三相反应器主要分为两类固定气体液体固反应器和气体液体悬浮固体三相反应器。固定床气体液体固体反应器大体上分为三类气液并流向下流动、气液并流向上流动和气液逆流流动。这类反应器的典型代表是滴流床反应器。气体液体悬浮固体三相反应器按照构型又可以进一步分为五类1、带搅拌的气-液-悬浮固体反应器；2、不带搅拌的三相淤泥反应器；3、不带搅拌的，三相流体并流向上流动的流化床反应器；4、不带搅拌的，三相逆流反应器(喷淋床反应器)；5、脉动三相反应器。在实践中最常用的是前三种反应器。
在这些反应器中，比较常用的有以下几种具体形式筛板式反应器、喷雾反应器、鼓泡反应器和搅拌鼓泡反应器等。喷雾反应器适用于瞬间快速反应、且过程受气膜控制的情况。由于喷雾反应器由空塔构成，不用担心设备的堵塞，因而可用于生成固体产物的场合。但是，喷雾反应器具有储液量过低的缺点，同时由于雾滴在气流中的浮动和气流沟流的存在，气液相的接触不可能十分均匀，液相的返混也比较严重。筛板式反应器适用于快速和中快速反应过程。采用多个筛板可以将轴向返混降低至最小程度，并可能采用很小的液流速率进行操作，从而在单塔中直接获得极高的液相转化率。但是板式反应器具有单位产能所需空间大和结构复杂的缺点。鼓泡反应器具有很大的储液量，适宜于慢反应和放热量大的反应。鼓泡反应器液相轴向返混现象严重，在高径比不大的情况下，可以认为液相浓度是理想混合的，但是鼓泡反应器具有压降大的缺点。搅拌鼓泡反应器加强了反应器内部的搅动，藉搅动作用使气体高度分散于湍动的液相中，有利于提高传质系数。但搅拌需消耗一定的动力，而且机械搅拌存在着密封不严的问题。
尽管现在应用的三相反应器种类繁多，但传统的化工反应器往往都是某种单一的反应器设备，虽然其应用比较广泛、技术也十分成熟，但在加工工艺日益复杂、加工要求日益提高的今天，只依靠某一种反应器的型式往往无法达到或同时达到工艺中所要求的传质效率及其他的各项工艺要求。因此，如何以目前较为成熟的反应器为蓝本，将这些反应器形式结合起来，设计出一种复合反应器，集中它们的优点，同时克服其缺点，从而得到具有高效传质效率的复合三相反应器，就成为了目前化工工业中存在的一个瓶颈问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供气体液体固体复合反应器设备，该设备将喷雾反应器、筛板式反应器和环流反应器喷雾反应器、筛板式反应器和环流反应器有机的组合在一起，集中它们的优点使气、液、固三相的接触十分均匀、将轴向返混降低至最小程度，并可能采用很小的液流速率进行操作，从而在单塔中直接获得极高的液相转化率，同时解决密封不严的问题。
本发明的另一目的在于提供一种组合在一起的新型的复合反应器，使其更具有实用性。
本发明的目的通过下列途径实现一种气体液体固体复合反应器设备，至少包括气液旋流器1、喷雾器2、筛板3、环流反应器4及新型气体分布器5；复合反应器设备的顶部设置气液旋流器，分离出的液体沿反应器壁向下流、进入反应器的液体由设置在气液旋流器下的一个喷雾器2喷出；倾斜式筛板3设置在喷雾器2下方；液体经与筛板中心相连并延伸到环流反应器内部的下料管，进入导流筒内；气体分布器5置于环流反应器的导流筒内；反应器底部为倒锥形。
前述的气液旋流器，将该反应器上端封闭；下端与一环形钢板焊接，环形钢板的内径等于圆筒外径，环形钢板的外径等于反应器内径，圆筒上开有几个平行四边形的小槽，小槽的角度按分离要求的不同可从0°～90°变化。开槽个数依分离效率、压降和角度的不同而变化。
前述的环形钢板上开有可使分离出的液体流出的半圆形或圆形小孔，孔径与开孔数可根据夹带液量的不同而变化。
前述的气体分布器为环形，环间有支臂，环和支臂的上表面开有小孔，开孔方向为沿切线方向斜向上开孔，开孔角度可在20°～80°之间变换，开孔率为大于0.1％(以反应器截面为基准)，前述的气体分布器伸入环流反应器导流筒位置为h/H＝0～50％，其中h为以导流筒底端为基准，气体分布器伸入导流筒的距离，H为导流筒高度。
前述的一种气体液体固体复合反应器设备，所述的筛板上开有多圈筛孔。孔径大于φ3，以反应器横截面为基准的开孔率在1～15％，筛板的倾角视传质效果和生产条件从0～90°变化。
前述的反应器中部应为喷雾、筛板和环流反应器的组合，组合方式可分为喷雾-筛板-环流反应器，喷雾-多段环流，多段的喷雾+筛板-环流反应器的组合形式。
前述的反应器底部为一段倒锥形，倒锥形角度根据固体颗粒及排料要求的不同从20～180°间变化。
本发明比现有技术有着明显的优点和有益的效果
本发明以目前应用较为成熟的反应器为蓝本，设计出一种具有多种组合方案的两相、三相复合反应器，该反应器结构简单，气液接触面积大，气液接触时间长，固体物料在反应器内不沉积，操作灵活弹性大，可广泛应用于环境、生物、石油化工等各个化工行业。
图1是气液旋流器的主视图和俯视2是气液旋流器的俯视3是第一种方案的复合反应器图4是第二种方案的复合反应器图5是第三种方案的复合反应器图6是气体分布器的俯视7是气体分布器的主视图具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明请参阅图3所示，是按照本发明的第一种实施方案的主视图，包括气液旋流器1、喷雾器2、筛板3、环流反应器4、气体分布器5。
请参阅图3所示，反应器最上部为如图1所示的气液旋流器，用以分离气体中夹带的液沫和液滴。将一个圆筒上端封闭，下端与一环形钢板焊接，环形钢板的内径等于圆筒外径，环形钢板的外径等于反应器内径，圆筒上开有几个平行四边形的小槽，角度a接分离要求的不同可从0°～60°，角度b可从0°～90°变化。开槽个数依分离效率、压降和角度b的变化而变化。环形钢板上开有半圆形或圆形小孔，可使分离出的液体流出，孔径与开孔数随夹带液量的不同而不同。
进入反应器的液体由气液旋流器下部的喷雾器2喷出，形成极微小的液滴(分散相)与向上流动的气体(连续相)逆向接触。由于液滴粒径非常小，气液接触面积非常大，因而具有很高的气液传质效率。为了使液滴能够均匀的将反应器截面完全覆盖，可以视情况而定采用一个或多个喷嘴。
在喷雾器下方一定位置处为多层筛板3，筛板上开有多圈筛孔。孔径φ3～φ15mm，以反应器为基准的开孔率为1～15％，筛板的倾角为0～90°。液体形成一层薄膜沿筛板向中心或反应器边壁流动，具体方向视筛板的角度而定。筛板的下方为环流反应器4，筛板的下料管一直延伸到环流反应器导流筒内部。环流反应器的高径比为2～16，导流筒与反应器的截面积之比为0.2～0.8。
一个经过特殊设计的气体分布器5自下而上伸入导流筒内部，位置为h/H＝0～50％，其中h为以导流筒底端为基准，气体分布器伸入导流筒的距离，H为导流筒高度。气体分布器如图6、7，该气体分布器为环形气体分布器，环间有支臂，环和支臂的上表面开有小孔，开孔方向为沿切线方向斜向上开孔，开孔角度可在20°～80°之间变换，开孔孔径视装置及处理量大小从Φ1mm到Φ30mm之间变动，开孔率为0.1％～1.5％(以反应器截面为基准)。
请参阅图3，是第一种方案的主视图，液体在反应器顶部由喷雾器喷出，形成微小的雾滴(分散相)，并覆盖了反应器的全部横截面，然后落在开有筛孔的筛板上形成一层薄膜(连续相)，沿筛板向下流动，最底层的筛板带有中心下料管，液体经过下料管进入环流反应器导流筒内部，经过在环流反应器内的多次环流后，经反应器底部流出反应器。
在反应器下部的环流反应器导流筒内，气体由一个特殊设计的如图6、图7所示的气体分布器沿切向斜向上喷出，由于开孔方式新颖独特，喷出的气体不但能形成微小的气泡，而且还具有搅拌的作用。气体由气体分布器喷出时不是象普通的气体分布器那样垂直向上，而在切向方向上也具有一个分速度，这样喷出的气体就会推动液体在反应器内剧烈搅动，不但增强了液体的混合，还能产生较大的剪切应力，防止气泡聚并，而气泡在反应器内则呈螺旋上升的形式，大大增强了气液接触时间。这样，气体分布器就具有了气体分布和气力搅拌的双重功能。气体由气体分布器喷出后，一部分气体被液体夹带在环流反应器内部循环，另一部分气体则穿过筛板上的筛孔与液体错流接触，穿过筛板的气体进一步和分散成微小雾滴的液体反应，然后排出反应器。该反应器既能提供足够大的气液接触面积，又能实现相当长的气液接触时间，因而具有很高的体积传质系数。
图4是第二种方案的主视图，包括气液旋流器1；喷雾器2；筛板3；环流反应器4；气体分布器5。
请参阅图4，反应器最上部为气液旋流器1，下方为喷雾器2，为了使液滴能够均匀的将反应器截面完全覆盖，可以视情况而定采用一个或多个喷嘴。在喷雾器下方一定位置处为一层筛板3，筛板上开有多圈筛孔。孔径φ3-φ15mm，以反应器横截面为基准的开孔率为1-15％，筛板的倾角为0°-9°。筛板的下方为多层环流反应器3，其层数视工艺条件的不同而不同，气体分布器5可位于最下面一层环流反应器内，也可以每层环流反应器4都有气体分布器5。环流反应器4的高径比为2～16，导流筒与反应器的截面积之比为0.2～0.8。各环流反应器的高径比和导流筒与反应器截面积比可各不相同。气体分布器5开孔方向为沿切线方向斜向上开孔，开孔角度可在20°～80°之间变换，开孔孔径视装置及处理量大小从Φ1mm到Φ30mm之间变动，开孔率为0.1％～1.5％(以反应器截面为基准)。
请参阅图4，液体经喷雾器喷出后，被一个筛板汇集进入多段环流反应器4，气体则由气体分布器5引入最底端的环流反应器4内，也可分别被引入各个环流反应器内，引入各个环流反应器4的气体量可各不相同。反应后的液体由反应器底部引出，气体经气液旋流器后引出。
请参阅图5是第三种方案的主视图，包括气液旋流器1；喷雾器2；筛板3；环流反应器4；气体分布器5。
请参阅图5，反应器最上部为气液旋流器1，下方为多层喷雾器2+筛板结构3，其层数视工艺条件的不同而不同。为了使液滴能够均匀的将反应器截面完全覆盖，可以视情况而定采用一个或多个喷嘴。筛板3上开有多圈筛孔。孔径φ3～φ15mm，以反应器为基准的开孔率为1～15％，筛板3的倾角为0°～90°。多层喷雾器2+筛板结构3的下方为一个环流反应器4，气体分布器5位于其内，环流反应器4的高径比为2～16，导流筒与反应器的截面积之比为0.2～0.8。气体分布器5开孔方向为沿切线方向斜向上开孔，开孔角度可在20°～80°之间变换，开孔孔径视装置及处理量大小从Φ1mm到Φ30mm之间变动，开孔率为0.1％～1.5％(以反应器截面为基准)。
请参阅图5，液体经各喷雾器2喷出后，在筛板上形成一层液膜沿各级筛板3向下流动，气体则由气体分布器5引入底部的环流反应器4内，反应后的液体由反应器底部引出，气体经气液旋流器后引出。
方案二与方案一的主要区别在于方案一为喷雾器下方是多层筛板，而方案二则是多段环流。方案一中气体气体分布器位于反应器下部的环流反应器内，方案二中气体分布器可位于各段环流反应器内。
方案二与方案三的主要区别在于方案二为喷雾器-多段环流，方案三为多层喷雾器+筛板-单段环流。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种气体液体固体复合反应器设备，至少包括气液旋流器(1)、喷雾器(2)、筛板(3)、环流反应器(4)及气体分布器(5)；其特征在于复合反应器设备的顶部设置气液旋流器(1)，分离出的液体沿反应器壁流下、进入反应器的液体由气液旋流器(1)下方的一个喷雾器(2)喷出；多个倾斜式筛板(3)设置在喷雾器(2)的下方；液体经与筛板中心相连并延伸到环流反应器(4)内部的下料管进入导流筒内；气体分布器(5)置于环流反应器(4)的导流筒内；反应器底部为倒锥形。
2.根据权利1要求所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的气液旋流器(1)，将该反应器上端封闭；气液旋流器(1)下端与一环形钢板焊接，环形钢板的内径等于圆筒外径，环形钢板的外径等于反应器内径，圆筒上开有一个以上平行四边形的小槽，小槽的角度按分离要求的不同可从0°～90°变化。开槽个数依分离效率、压降和角度的不同而变化。
3.根据权利2要求所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的与气液旋流器下端焊接的环形钢板上开有可使分离出的液体流出的半圆形或圆形小孔，孔径与开孔数可根据夹带液量的不同而变化。
4.根据权利要求1所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的气体分布器(5)为环形，环间有支臂，环和支臂的上表面开有小孔，开孔方向为沿切线方向斜向上开孔，开孔角度可在20°～80°之间变换，开孔率为大于0.1％。
5.根据权利要求1或4所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的气体分布器(5)伸入环流反应器导流筒位置为h/H＝0～50％，其中h为以导流筒底端为基准，气体分布器(5)伸入导流筒的距离，H为导流筒高度。
6.根据权利要求1所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的筛板(3)上开有多圈筛孔，以反应器(4)截面为基准的开孔率在1～15％，筛板(3)的倾角视传质效果和生产条件从0～90°变化。
7.根据权利要求1或6所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的反应器(4)中部应为喷雾器(2)、筛板(3)和环流反应器(4)的组合，组合方式可分为喷雾-筛板-环流反应器，喷雾-多段环流，多段的喷雾-筛板-环流反应器的组合形式。
8.根据权利要求1所述的一种气体液体固体复合反应器设备，其特征在于所述的反应器(4)底部为一段倒锥形，倒锥形角度根据固体颗粒及排料要求的不同从20～180°间变化。
全文摘要
一种气体液体固体复合反应器设备，至少包括气液旋流器、喷雾器、筛板、环流反应器及新型气体分布器；复合反应器设备的顶部设置气液旋流器，分离出的液体沿反应器壁流下，进入反应器的液体由设置在气液旋流器下方的一个喷雾器喷出；多层倾斜式筛板设置在喷雾器下方；液体经与筛板下部相连并伸入环流反应器的下料管进入导流筒内；气体分布器置于环流反应器的导流筒内；反应器底部为倒锥形；由于本发明采用喷雾、筛板、环流反应器的不同组合，因此该设备可实现气、液、固三相间的高效接触，保证长的接触时间、较大的接触面积。同时固体颗粒在反应器内不堵塞，不沉积，操作灵活弹性大，可广泛应用于石油化工、环境、生物等领域。
文档编号B01J8/00GK1640536SQ200410000539
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月12日 优先权日2004年1月12日
发明者卢春喜, 刘梦溪, 时铭显 申请人:石油大学(北京)