本发明属于反应装置制备技术领域，具体涉及一种气液逆流反应装置。
背景技术：
催化剂或填料存在的气、液接触物理或化学反应过程中，气、液流动方式通常采用两种，一种是气、液同向的并流方式，另外一种是气、液反向的逆流方式。对于逆流操作方式来说，稳定操作和气、液两相的传质效率是两个重点考虑因素，有时可能成为决定工艺可行性的关键因素，特别是气、液两相的传质效率，是研究人员一直希望提高的一个因素。
为了提高气、液两相的传质效率，研究人员通常会设置多组高效气液传质组件，如中国专利文献cn204265444u公开了一种气液逆流反应器，其包括气液逆流反应器壳体，反应器壳体底部于气体来源管路上设置分布式进气装置，反应器壳体顶部于氢化液来源管路上设置分布式进液装置，反应器内部设置多组高效气液传质组件，反应器中段位置设置内插式冷却装置，反应器顶部设置气体排放管路，底部设置液体排放管路，其中的气体排放管路与氧化尾气脱液分离器相连，液体排放管路与氧化塔底液脱气分离器相连。
上述技术中，高效气液传质组件是由筛板、填料和填料支撑格栅组成的复合结构形式，设置个数多大5～20个，该设置虽然能提高气液传质效果，但与此同时，也增加了装置的复杂程度，在长时间运转后，易出现漏料现象，降低了持液量，导致出现干料和短路现象，最终恶化了气液传质效果，该现象在大流量液相的情况下更为严重。故如何提供一种装置简单、能长时间保持气液传质效果、适用于大流量液相的气液逆流反应装置是本领域亟需解决的一个技术问题。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题是现有气液逆流反应器结构复杂、难以长时间保持气液传质效果的缺陷，从而提供一种结构简单、能长时间保持气液传质效果、适用于大流量液相的气液逆流反应装置。
为此，本申请采取的技术方案为，
一种气液逆流反应装置，包括壳体及相对设置的第一壳端和第二壳端，靠近所述第一壳端在所述壳体上设置液相进口，靠近所述第二壳端且远离所述液相进口在所述壳体上设置气相进口；
从所述第二壳端至所述第一壳端的方向上，在所述第二壳端与所述液相进口间的壳体依次包括汽提段和反应段，所述反应段依次包括第一催化剂密实层、散装催化剂层和第二催化剂密实层。
进一步地，还包括液相出口，靠近所述第二壳端且远离所述汽提段设置于所述壳体上，所述液相出口与所述液相进口连通。
进一步地，所述汽提段和反应段的长度之比为(1-2):(4-20)。
进一步地，所述第一催化剂密实层、散装催化剂层和第二催化剂密实层的厚度之比为(1-2):(10-100):(2-4)。
进一步地，所述反应段至少为两级。
进一步地，所述反应段的高径比(8～3):1；
所述汽提段的高径比(8～3):1。
进一步地，所述反应段位于所述气相进口与所述液相进口之间；
所述汽提段位于所述第二壳端与所述气相进口之间。
进一步地，还包括气相均化段，设置于所述壳体内，且位于所述汽提段与所述反应段之间，所述气相进口与所述气相均化段连通；
液相均布段，设置于所述壳体内，且位于所述反应段与所述第一壳端之间，所述液相均布段与所述液相进口连通。
进一步地，还包括除雾段，设置于所述壳体内，且位于所述液相均布段与所述第一壳端之间，所述除雾段与所述第一催化剂密实层的厚度之比为(2-5)：(1-3)。
进一步地，还包括气相出口，设置于所述第一壳端上；
防壁流器，设置于所述反应段内，以防止壁流现象。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明所提供的气液逆流反应装置，从第二壳端至第一壳端的方向上，首次在第二壳端与液相进口间的壳体依次设置汽提段和反应段，并且该反应段依次包括第一催化剂密实层、散装催化剂层和第二催化剂密实层，通过设置第一催化剂密实层和第二催化剂密实层，能起到密封作用，避免散装催化剂出现漏料现象，增加催化剂的量，同时自身的密实结构也能耐受大流量液相，能使上升的气相受到相同阻力，从而有利于气相形成良好的初始分布；加之该密实层能维持适宜的持液量，消除了干料和短路现象，并配合阻力小、气液相接触容易的堆积均匀的散装催化剂层，最终使该装置能长时间保持气液传质效果；再设置汽提段，能有效将流进其内的液相加热，将被液相携带的溶解性的气相加热逸出，维持良好的气液流动，提高气相转化率；最后仅需设置汽提段和反应段，大大降低了装置的复杂程度。
2.本发明所提供的气液逆流反应装置，通过优化汽提段和反应段的长度之比及所述第一催化剂密实层、散装催化剂层和第二催化剂密实层的厚度之比，能有效优化气液两相的流动，增加气液传质效果；通过设置反应段的高径比和汽提段的高径比，能降低设备阻力，优化气液流动，同时降低制造成本。
3.本发明所提供的气液逆流反应装置，该装置适用于化工、石油化工、医药化工等领域，具体适用于特定的温度和压力下，气相进料和液相进料的反应生成物为纯气相及未反应液相进料温度降低后会变成液相，例如四氯化硅与氢气反应生成三氯氢硅、二氯二氢硅和氯化氢，反应过程中严格控制进料温度和压力，确保液相四氯化硅不被汽化，生成物三氯氢硅和二氯二氢硅不被液化。
附图说明
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。
图1是本发明实施例中气液逆流反应装置的结构示意图；
其中附图标记表示为：
1-汽提段；2-反应段；2-1-第一催化剂密实层；2-2-散装催化剂层；2-3-第一催化剂密实层；3-液相进口；4-气相进口；5-液相出口；6-气相出口；7-除雾段；8-液体均布段；9-防壁流器；10-气相均化段；11-泵；12-第一壳端；13-第二壳端。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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。
实施例1
本实施例提供了一种气液逆流反应装置，如图1所示，包括壳体及相对设置的第一壳端12和第二壳端13，如壳体竖直放置时，第一壳端12为壳体的顶端，第二壳端13为壳体的底端，靠近第一壳端12在壳体上设置液相进口3，靠近第二壳端13且远离液相进口3在壳体上设置气相进口4；
从第二壳端13至第一壳端12的方向上，在第二壳端13与液相进口3间的壳体依次包括汽提段1和反应段2，反应段2依次包括第一催化剂密实层2-1、散装催化剂层2-2和第二催化剂密实层2-3，如在本实施例中，第一催化剂密实层2-1和第二催化剂密实层2-3均为捆包催化剂层，该捆包催化剂即是将催化剂打包成捆或包，使催化剂颗粒间缝隙变小，变得密实；散装催化剂层2-2即将催化剂均匀散堆在第一催化剂密实层2-1和第二催化剂密实层2-3间；具体地，捆包催化剂层即通过孔隙远小于催化剂颗粒直径的过滤网紧密包裹于催化剂上并压实而形成的；在本实施例中，反应段2至少为两级，更具体地，上反应段和下反应段组成，上反应段和下反应段的结构相同；汽提段1可根据系统所需热量大小等需要选择结构形式，如可采用列管换热器结构、加热盘管、电加热器；优选地汽提段1自下而上由加热段和过热段组成，加热段和过热段为1：(2-5)，这样设置能更好地将液相中的气相蒸发出来。
上述气液逆流反应装置中，通过设置第一催化剂密实层2-1和第二催化剂密实层2-3，能起到密封作用，避免散装催化剂出现漏料现象，增加催化剂的量，同时自身的密实结构也能耐受大流量液相，能使上升的气相受到相同阻力，从而有利于气相形成良好的初始分布；加之该密实层能维持适宜的持液量，消除了干料和短路现象，并配合阻力小、气液相接触容易的堆积均匀的散装催化剂层2-2，最终使该装置能长时间保持气液传质效果；再设置汽提段1，能有效将流进其内的液相加热，将被液相携带的溶解性的气相加热逸出，维持良好的气液流动，提高气相转化率；最后仅需设置汽提段1和反应段2，大大降低了装置的复杂程度。同时，第一催化剂密实层2-1、散装催化剂层2-2和第二催化剂密实层2-3的设置除了强化反应和传质过程，还有助于消除放大效应和壁流效应。
在实际生产过程中，为了提高气相转化效率，气相量尽可能少，液相过量，液相物料从上自下始终保持液态不变，反应生成物为气态，同时为了节约能源，并提高该反应装置的转化效率，还包括液相出口5，靠近第二壳端13且远离汽提段1设置于壳体上，液相出口5与液相进口3连通，这样设置，过量的液相下落至汽提段1，通过汽提段1将其中的气相蒸发，液相接着下降至第二壳端13，并从液相出口5出来，被泵11加压与来自系统外的新鲜液相物料混合后进入反应装置循环使用。
作为优选地的实施方式，汽提段1和反应段2的长度之比为(1-2):(4-20)，第一催化剂密实层2-1、散装催化剂层2-2和第二催化剂密实层2-3的厚度之比为(1-2):(10-100):(2-4)，如此这样设置，优化汽提段和反应段的长度之比及所述第一催化剂密实层、散装催化剂层和第二催化剂密实层的厚度之比，能有效优化气液两相的流动，增加气液传质效果；更具体地，第一催化剂密实层2-1的厚度为100～300mm，
为了降低设备阻力，优化气液流动，同时降低制造成本，反应段2的高径比(8～3):1；汽提段1的高径比(8～3):1。
实施例2
本实施例提供了一种气液逆流反应装置，在上述实施例1的基础上，为了使气相进料均匀分布，提高气液传质效果，并与汽提段1逸出的气体完全混合后进入反应段2中，还包括气相均化段10，设置于壳体内，且位于汽提段1与反应段2之间，气相进口4与气相均化段10连通，进一步地，气体均布段设置气体分布器和导流设施，导流设施具体可为导流管；
为了将液相进料和中部二次收集的液相进行细化均布并形成小颗粒液滴，在进入反应段2时能快速成膜，达到最佳的初始分布效果，还包括液相均布段8，设置于壳体内，且位于反应段2与第一壳端12之间，液相均布段8与液相进口5连通。
实施例3
本实施例提供了一种气液逆流反应装置，在上述实施例1或2的基础上，还包括除雾段7，设置于壳体内，且位于液相均布段8与第一壳端12之间，除雾段7与第一催化剂密实层2-3的厚度之比为(2-5)：(1-3)，这样设置可将通过反应段继续上升的夹带雾沫气相中的雾沫完全消除，同时未反应的气体随雾沫下落继续反应，达到最佳效果；具体地，除雾段7为除雾器，更具体地，除雾器可为厚度为200～500mm的丝网；
还包括气相出口4，设置于第一壳端12上，这样可以及时收集气相反应产物，并将其及时引至外界；
防壁流器9，设置于反应段2内，以防止壁流现象，提高气液两相在反应段2中分布均匀性，从而使传质效率提高，特别是在大高径比的床层中设置防壁流器9，可有效的缓解壁流现象，提供反应传质效率。
实施例4
本实施例提供了一种气液逆流反应装置，在上述实施例1、2或的基础上，作为可变型的实施方式，反应段为一级；第一催化剂密实层2-1和第二催化剂密实层2-3的厚度相等；
进一步地，反应段2位于气相进口4与液相进口之间；
汽提段1位于第二壳端13与气相进口4之间。
上述气液逆流反应装置的工作原理如下：冷态气相物料从气体均化段10进入反应装置，液相物料从液体均布段8进入反应装置，气液相在反应段2逆向接触进行传热、传质和反应；反应完成后，反应生成物以气态形式穿过液体均布段8上行进入除雾段7(强化反应除雾段)，未反应的液相物料夹杂部分溶解性反应生成物或未反应气相从反应段2流出后穿气体均化段10进入汽提段1；未反应的气体和气相生成物在穿过液体均布段8时，会携带少量的液相物料，该气液混合物进入除雾段7进一步反应，最终排出纯气态物料；夹杂溶解性反应生成物的液体进入汽提段1，该段由加热列管、下封头和基座组成，利用外部热源加热后，液相中的反应生成物完全汽化从液相逸出分离；逸出后的气体和气相进料在气相均化段10混合均匀作为气相物料进入反应段2进行传质传热；液体均布段8设置液体分布器，将液相物料细化分布，均布进入反应段2。
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。