专利名称：一种液固流态化连续反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化工领域，具体地讲，涉及一种用于液固两相接触的液固液态化
连续发生反应的反应装置。
背景技术：
在工业生产中，液固两相反应通常使用釜式反应器，通过机械搅拌混合液固两相， 进行间隙式操作。然而，釜式反应器存在着一些不利的方面，例如，劳动强度大，使用周期 长，设备利用率较低，且机械搅拌对反应固体颗粒的剪切作用明显，不利于反应产物(固体 产物)颗粒的保持等问题。此外，当产能扩大时，可能出现多台相同或类似设备并联，因而， 占地面积大，投资增大，成本升高。另外，当单台反应釜增大到一定体积时，机械搅拌很难实 现有效的搅动，从而影响反应速度和反应效率，真接影响到生产的扩能。 流态化反应装置是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬 浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。固体颗粒在流动状态下 可以与反应气体充分接触，有利于反应的均匀、充分。然而，传统的流态化液固反应器为顶 部添加固体物料，底部泵入液体物料，固体物料和液体物料逆向接触反应，在单台设备内不 能实现连续加料和出料。 因此，亟需一种可以用于液固两相接触且能够实现连续反应的反应装置。
实用新型内容针对前述问题，本实用新型提供一种液固流态化连续反应装置，本装置利用液体 作为流态化动力源充分搅拌液、固相混合物，使其充分接触、均匀混合，完成反应，提高传 热、传质速率和反应效率；实现了液、固相分相进料并保证液、固相连续稳定进料和出料； 利用换热器保证液固反应体系的温度稳定。 本实用新型提供了一种液固流态化连续反应装置，所述液固流态化连续反应装置
包括流态化反应器、加料系统、配液系统、循环系统和出料系统，所述流态化反应器设置有
固体物料加料口 、液体物料入口 、固体物料出料口和液体溢流口 ，其中，所述流态化反应器
包括自上而下顺序布置的液体入口段、锥形段、反应段、扩大段和沉降段。 在根据本实用新型的液固流态化连续反应装置中，固体物料加料口在反应段的下
部，固体物料出料口在反应段的顶部。液体物料入口在流态化反应器的底部，液体溢流口在
流态化反应器的顶部。固体物料加料口引入液体支流管，液体固体物料进入流态化反应器，
从而保证固体物料连续进料顺畅。 在根据本实用新型的液固流态化连续反应装置中，所述液态化连续反应装置的锥 形段为下锥段，下锥段的锥角为20。 40° ，所述扩大段为上锥段，上锥段的锥角大于等 于100°且小于150° 。 在根据本实用新型的液固流态化连续反应装置中，流态化反应器还设置有分布器 和内构件。分布器采用一级分布板或多级分布板。内构件为一级塔板或多级塔板。[0010] 循环系统由循环泵和换热器组成。加料系统由存储固体物料的原料仓、螺旋给料
机和下料管组成。出料系统由两个贮罐组成，交替使用，以保证出料的连续性。 在本实用新型的液固流态化连续反应装置中，无论反应是吸热反应还原是放热反
应，均具有效率高、操作简单，反应速度快、占地面积少、投资节省等特点。
图1示出了根据本实用新型的液固流态化连续反应装置的示意图。
图2示出了图1中的流态化反应器的结构示意图。
具体实施方式本实用新型提供了一种液固流态化连续反应装置。在本实用新型中，液固流态化 连续反应装置利用液体作为液态化动力源充分搅拌液体物料和固体物料的混合物，使它们 充分接触、均匀混合，进而完成反应，并且利用换热器保证液固反应体系的温度稳定，因此， 无论反应是吸热反应还是放热反应，本实用新型的液固流态化连续反应装置均可实现反应 的稳定进行，因而反应速度快、效率高。 下面将参照附图详细地解释根据本实用新型的液固流态化连续反应装置。 如图1所示，根据本实用新型的液固流态化连续反应装置包括流态化反应器、加
料系统、配液系统、循环(加热)系统和出料系统。 在本实用新型的液固流态化连续反应装置中，加料系统由原料仓1、螺旋给料机2 和下料管(在图中未示出)组成，用来向流态化反应器3供应固体物料。原料仓l存储将 要用于反应的固体物料，螺旋给料机2通过下料管将原料仓1中的固体物料传送到流态化 反应器3中。在这里，可以使用本领域常用的设备作为本实用新型的液固流态化连续反应 装置中的加料系统的原料仓、给料机和下料管。 参照图1，液固流态化连续反应装置中的配液系统由母液槽4和配酸槽5组成，反 应后的液体通过反应器3的液体溢流口流入母液槽4，大部分排到系统之外(以作后续的回 收处理使用)，小部分泵入配酸槽5将新酸配成一定浓度后进入反应器3。在这里，可以使 用本领域常用的设备作为本实用新型的液固流态化连续反应装置中的配酸系统。 参照图l，液固流态化连续反应装置中的循环(加热)系统由循环泵6和换热器 7组成，用来将配液系统中的流体原料供应到流态化反应器3中，并且保证液固反应体系的 温度稳定。当系统需要补热时，用蒸汽通过换热器7加热液体物料保证系统温度稳定；当系 统放热时，用冷却水通过换热器7冷却液体物料保证系统温度稳定。在这里，循环泵6和换 热器7是本领域技术人员所公知的，因而在此不再对其进行赘述。 继续参照图l，流态化连续反应装置中的出料系统由贮罐10和11组成。固体物料 出口设置两个贮罐，交替使用，以保证出料的连续性。 下面将结合图2详细地解释根据本实用新型的液固液态化连续反应装置中的液 态化反应器3。 参照图2，流态化连续反应装置中的流态化反应器3包括自下而上顺序布置的液 体入口段31、锥形段32、反应段33、扩大段34和沉降段35，并设置有固体物料进口36、固体 物料出口 37、液体溢流口 38、分布器8和内构件9。[0023] 具体地讲，固体物料进口 36设置在反应段5的下部，固体物料出口 37设置在反应 段5的上部。此外，如图2所示，还在固体物料进口 36引入流体支管39 ，使得流体带动固体 物料进入反应器3，从而保证固体物料连续进料顺畅。液体物料从反应器底部的流体物料入 口段31进入，从反应器3顶部设置的液体溢流口 38流出。固体物料从反应器3的反应段 33下部的固体物料进口 36进入，从反应段33上部的固体物料出口 37排出。 具体地讲，参照图2，反应器3的锥形段32为图2中所示的下锥段，因此，在下文中 亦将锥形段称作下锥段。下锥段32的锥角被设计成在20° 40°的范围内，以有效控制 穿过液体入口段31的液体进入反应器3的流型和便于设备产业化。如果下锥段32的锥角 小于20° ，则反应器锥形段延长，增加反应器3的总高度，影响设备反应器的大型化，并且 锥角太小不能有效地减缓泵入流体的流速和流型分散。如果下锥段32的锥角大于40。，根 据模拟流型试验，在下锥段将出现循环回流状态和流态化死区，而且如果增加分布板将会 使该现象加剧，影响反应器的使用。 反应器3的反应段33位于下锥段32和上锥段34之间，用来实现液固两相物料的 充分接触和反应。反应段33的长度可以根据实际情况进行选择。 如图2所示，反应器3的扩大段34为图2中所示的上锥段(在下文中亦将锥形段
称作下锥段)，以减缓流速，保证固体物料有效沉降，不被流体带出反应器。上锥段35的锥
角被设计成在大于等于IOO。且小于15(T的范围内。如果上锥段35的锥角小于100。，有
效减缓流速则需很长锥段，不利于设备大型化；如果上锥段35的锥角大于150° ，则会出现
固体物料沉积在锥段内表面，不能回到反应器中，从而影响设备的使用。 在本实用新型的流态化反应器3中，分布器8和内构件9设置在反应段33的与下
锥段32连接的位置，并且位于固体物料进口 36的下方。分布器8采用一级分布板或多级
分布板，以保证液体流型和流速的稳定。内构件9为一级塔板或多级塔板，从而增大流体在
反应器内的阻力，保证流体流型和流速的稳定。 下面将参照图1解释液固流态化连续反应的过程。 固体物料通过原料仓1、螺旋加料器2从固体物料进口加入到反应器3中；液体物 料从配酸槽5，经过循环泵6，被换热器7加热(加热介质可以是蒸汽或热油)到一定温度 后，通过液体入口段31进入反应器3，经过分布器8后与固相混合。在循环泵6的动力作用 下，液体物料与固体物料在反应器3中被充分搅拌，在反应段5中相互接触、均匀混合，完成 反应。液体通过换热器7加热保持反应器内恒定的反应温度；浸取结束后的固体物料通过 反应器3的固体物料出口 37排到贮罐10或11中。在这里，反应器3内的液相物料在体系 中呈悬浮状态，随着反应的进行，固相物料连续加入，反应塔(即反应段33)内固相物料增 多，固相流化面增高，后进物料推动先进物料向上运动，直至固体物料出口，固体物料从出 口 37离开反应器3的反应段33，液体物料进入沉降段35从溢流口 38离开反应器3。如此 形成连续稳定流态化反应。 在这里，需要指出的是，当将换热器7中的介质换为冷却水或冷冻液时，即可实现 对液固反应体系的冷却。 在根据本实用新型的反应装置中，使用热(或冷)液体作为流态化动力源来充分 搅拌液相和固相的混合物，使它们充分接触、均匀混合，完成反应；在反应系统中实现了液、 固相分相进料，在反应器中接触，发生反应；在反应系统中实现了液、固相连续稳定进料和出料；利用换热器保证液固反应体系的温度。 本实用新型提供的液固流态化连续反应装置既可用于吸热液固相反应也可用放 热液固相反应，具有如下优点 (1)本装置用热(或冷)液体作为流态化动力源充分搅拌，利用流态化技术替代机 械搅拌，从而提高了搅拌效率和反应物的传热和传质效率； (2)在该装置中实现了液、固相分相、连续进出料，利用换热器保证液固反应体系 的温度，因此，本装置具有效率高、操作简单，反应速度快、占地面积少、投资节省、易于产业 化放大等特点。
权利要求一种液固流态化连续反应装置，所述液固流态化连续反应装置包括流态化反应器、加料系统、配液系统、循环系统和出料系统，所述流态化反应器设置有固体物料进口、固体物料出口和液体溢流口，其特征在于所述流态化反应器包括自下而上顺序布置的液体入口段、锥形段、反应段、扩大段和沉降段。
2. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述固体物料进口设 置在所述反应段的下部，所述固体物料出口设置在所述反应段的上部。
3. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述液体入口段设置 在所述流态化反应器的底部，所述液体溢流口设置在所述流态化反应器的顶部。
4. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述固体物料进口引 入液体支流管。
5. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述锥形段为下锥段，所述下锥段的锥角为20。 40° ，所述扩大段为上锥段，所述上锥段的锥角大于等于 100°且小于150° 。
6. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述流态化反应器还 设置有位于所述反应段下部的分布器和内构件。
7. 如权利要求6所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述分布器采用一级 分布板或多级分布板，所述内构件为一级塔板或多级塔板。
8. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述循环系统由循环 泵和换热器组成。
9. 如权利要求1所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述加料系统由存储 固体物料的原料仓、螺旋给料机和下料管组成。
10. 如权利要求l所述的液固流态化连续反应装置，其特征在于所述出料系统由两个 贮罐组成。
专利摘要本实用新型公开了一种液固流态化连续反应装置。该液固流态化连续反应装置包括流态化反应器、加料系统、配液系统、循环系统和出料系统，流态化反应器设置有固体物料进口、固体物料出口和液体溢流口，其中，流态化反应器包括液体入口段、锥形段、反应段、扩大段和沉降段。该装置具有效率高、操作简单、反应速度快、占地面积少、投资节省等优点。
文档编号B01J8/20GK201537484SQ200920279130
公开日2010年8月4日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者叶恩东, 张天播, 程晓哲, 税必刚, 罗建林, 陈述 申请人:攀钢集团研究院有限公司;攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司;攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司