專利名稱：多級環(huán)流反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于各類氣-液兩相和氣-液-固三相化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域，具體地說，是多級環(huán)流反應(yīng)器。
基于鼓泡式反應(yīng)器發(fā)展起來的內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器是在鼓泡式反應(yīng)器內(nèi)引入導(dǎo)流筒，使流體在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)流動，從而增強(qiáng)了氣-液或氣-液-固的混合效果，反應(yīng)器的總體傳質(zhì)速率也高于傳統(tǒng)的鼓泡式反應(yīng)器。
但是，傳統(tǒng)的內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即在導(dǎo)流筒和反應(yīng)器內(nèi)壁之間的環(huán)隙區(qū)域內(nèi)，由于較大的氣泡所受的浮力大于所受的曳力，因此液體環(huán)流所產(chǎn)生的曳力不能將較大的氣泡拖曳下來，導(dǎo)致環(huán)隙氣含率小，反應(yīng)器利用率低，反應(yīng)器的總體效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在傳統(tǒng)的鼓泡式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上提出并發(fā)展了一種多級環(huán)流反應(yīng)器。這種多級環(huán)流反應(yīng)器采用不同結(jié)構(gòu)的多級導(dǎo)流筒和內(nèi)構(gòu)件，完全解決了傳統(tǒng)內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器環(huán)隙氣含率小、反應(yīng)效率低的缺陷，其流體力學(xué)性能優(yōu)良，氣-液或氣-液-固混合良好、總傳質(zhì)速率高，反應(yīng)器內(nèi)溫度分布均勻，可廣泛應(yīng)用于在各類氣-液或氣-液-固化學(xué)反應(yīng)過程。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的包括塔身1、導(dǎo)流筒2、氣體分布器3，塔身1內(nèi)有導(dǎo)流筒2，導(dǎo)流筒2的底部有氣體分布器3。
本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案塔身1總高與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為3-12，導(dǎo)流筒2直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.3-0.9。
導(dǎo)流筒2為一整體，可以是一段，也可以是兩段以上；段間距5～50厘米，以剛性筋條相連；段間加折流板，在每段導(dǎo)流筒2上打孔。
導(dǎo)流筒2沿軸向設(shè)有開孔區(qū)。
導(dǎo)流筒2上的開孔可以是一處，也可以是一處以上。
導(dǎo)流筒2上有內(nèi)構(gòu)件4。
導(dǎo)流筒2的下端距反應(yīng)器底部的距離為10-100厘米；導(dǎo)流筒的上端距反應(yīng)液體的液面10-200厘米。
反應(yīng)器內(nèi)置有多級導(dǎo)流筒2，各級導(dǎo)流筒之間相互同軸固定，之間留有空隙。
導(dǎo)流筒2可以有1-6根，各導(dǎo)流筒2軸線平行，置于反應(yīng)器內(nèi)，每根導(dǎo)流筒2下均置有氣體分布器3。
本發(fā)明多級環(huán)流反應(yīng)器的特點(diǎn)是
①本發(fā)明多級環(huán)流反應(yīng)器由塔身、導(dǎo)流筒、內(nèi)構(gòu)件和氣體分布器構(gòu)成。導(dǎo)流筒為單段或多段，段間采用多種形式組合和/或添加內(nèi)構(gòu)件；②反應(yīng)氣體經(jīng)氣體分布器進(jìn)入曝氣塔。氣泡在塔底一經(jīng)產(chǎn)生，由于氣體的噴射力和密度差，氣泡團(tuán)將帶動周圍液體向上運(yùn)動，并且圍繞著導(dǎo)流筒各段和導(dǎo)流筒總體進(jìn)行快速的環(huán)流運(yùn)動，形成大環(huán)流套小環(huán)流的流動狀態(tài)；③由于氣-液接觸充分，氣含率高，局部氣含率分布均勻，所以傳質(zhì)速率高，氣體溶解速度快；對氣-液-固三相反應(yīng)體系，固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻，不會發(fā)生局部積累或沉積。
④熱傳遞效果好由于流體在反應(yīng)器環(huán)隙做快速定向運(yùn)動，流體與反應(yīng)器的器壁熱交換速率高，同時(shí)由于反應(yīng)器內(nèi)物料的充分混合，反應(yīng)體系內(nèi)溫度分布均勻，不同區(qū)域的溫差非常小。


附圖1是本發(fā)明多級環(huán)流曝氣塔的結(jié)構(gòu)圖之一；附圖2是本發(fā)明多級環(huán)流曝氣塔的結(jié)構(gòu)圖之二；附圖3是本發(fā)明多級環(huán)流曝氣塔的結(jié)構(gòu)圖之三；附圖4是本發(fā)明多級環(huán)流曝氣塔的結(jié)構(gòu)圖之四；附圖5是本發(fā)明的導(dǎo)流筒間的內(nèi)構(gòu)件(折流板)的結(jié)構(gòu)圖；附圖6為圖1所示的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中的流體流動狀態(tài)圖；附圖7為圖2所示的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中的流體流動狀態(tài)圖；附圖8為圖3所示的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中的流體流動狀態(tài)圖；附圖9為圖4所示的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中的流體流動狀態(tài)圖；附圖10為多根導(dǎo)流筒多級環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及流動狀態(tài)圖。
具體實(shí)施下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述
如圖1所示，由塔身1、導(dǎo)流筒2、和氣體分布器3等三部分組成。導(dǎo)流筒可以是一段、二段或多段，段間以剛性筋條相連。
如圖2所示由塔身、導(dǎo)流筒、內(nèi)構(gòu)件4、和氣體分布器等四部分組成。導(dǎo)流筒可以是一段、二段或多段。
如圖3所示由塔身、帶開孔的導(dǎo)流筒2、和氣體分布器等三部分組成。沿導(dǎo)流筒軸向可有一處、二處或多處開孔區(qū)。
如圖4所示，由塔身、導(dǎo)流筒、內(nèi)構(gòu)件、和氣體分布器等四部分組成。導(dǎo)流筒可以是一段、二段或多段，在每段導(dǎo)流筒上的某個(gè)部位設(shè)有開孔區(qū)。
如圖6，流體在塔內(nèi)圍繞著每段導(dǎo)流筒和整個(gè)導(dǎo)流筒進(jìn)行快速的定向運(yùn)動，形成大環(huán)流套小環(huán)流的運(yùn)動模式。
在本發(fā)明的多級環(huán)流反應(yīng)器中，反應(yīng)氣體由多級環(huán)流反應(yīng)器底部經(jīng)氣體分布器3進(jìn)入，并立即在氣體分布器3周圍產(chǎn)生大量氣泡，也即在氣體分布器3周圍形成稀相區(qū)，稀相區(qū)的密度小于周圍液體，在密度差和氣體進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的沖力作用下，氣泡連同稀相區(qū)的液體在導(dǎo)流筒內(nèi)向上運(yùn)動，而在導(dǎo)流筒2與反應(yīng)器內(nèi)壁之間環(huán)隙區(qū)內(nèi)的液體會立即流向氣體分布器處以進(jìn)行補(bǔ)充，由此形成快速環(huán)流運(yùn)動。流體向上運(yùn)動至第一段導(dǎo)流筒2的頂端時(shí)，在折流板和/或靜壓差的作用下，一部分流體會由第一和第二塊導(dǎo)流筒之間的空隙流向環(huán)隙，并與環(huán)隙內(nèi)向下流動的流體回合；一部分流體仍會向上運(yùn)動進(jìn)入到第二根導(dǎo)流筒內(nèi)，并繼續(xù)向上運(yùn)動。如此繼續(xù)，直到流體運(yùn)動到最后一根導(dǎo)流筒的頂部，然后折返沿環(huán)隙向下運(yùn)動。
顯然，在反應(yīng)器內(nèi)的上述流動中，沿每段導(dǎo)流筒2形成若干小環(huán)流，沿整個(gè)導(dǎo)流筒形成大環(huán)流，即形成大環(huán)流套小環(huán)流的流動狀態(tài)。這樣，在反應(yīng)器內(nèi)部各處湍動程度差別不大，氣含率分布均勻，沿反應(yīng)器軸向氣泡分布均勻；對氣-液-固反應(yīng)體系，固體顆粒分布均勻。由于氣體在反應(yīng)器內(nèi)做多級環(huán)流運(yùn)動，雖然平均停留時(shí)間保持不變，但氣體在逸出反應(yīng)器之前所流經(jīng)的路程較長，同時(shí)氣-液充分接觸混合，因此氣體在液相的溶解度高。
該反應(yīng)器由塔身1、內(nèi)構(gòu)件4、導(dǎo)流筒2和底部氣體分布器3等四部分組成。本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)無機(jī)械攪拌部件，流體在反應(yīng)器內(nèi)快速定向環(huán)流，氣-液或氣-液-固混合良好，反應(yīng)器無死角，傳質(zhì)速率高；通過導(dǎo)流筒和內(nèi)構(gòu)件的作用，在反應(yīng)器內(nèi)形成環(huán)流或大環(huán)流套小環(huán)流的快速運(yùn)動模式，氣泡和固體顆粒均勻分布，氣含率和固含率均勻一致，固體顆粒不會在任何部位發(fā)生積累；由于在反應(yīng)器內(nèi)流體的快速環(huán)流運(yùn)動，反應(yīng)器內(nèi)溫度分布均勻，流體與反應(yīng)器壁熱交換良好。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于氧化反應(yīng)過程，加氫反應(yīng)過程，加氫裂化過程，煤液化加氫過程，發(fā)酵過程，烴加工反應(yīng)過程以及活性污泥污水處理過程等各類氣-液和氣-液-固反應(yīng)過程中。
多級導(dǎo)流筒可根據(jù)反應(yīng)器的高度，分成二級、三級或若干級。多級導(dǎo)流筒可有不同的形式，包括導(dǎo)流筒分成多段，段間距5-50厘米；導(dǎo)流筒分成多段，段間加折流板，每段導(dǎo)流筒上在不同部位打孔；導(dǎo)流筒為一段，在不同部位打孔，開孔率由導(dǎo)流筒總長決定。
反應(yīng)器內(nèi)在導(dǎo)流筒的下部裝有氣體分布器。
下面介紹本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例。
污水為石油化工綜合廢水，主要含有苯、甲苯、苯乙烯、環(huán)氧氯丙烷和環(huán)己酮等，COD為960-1020mg/1，采用連續(xù)操作，環(huán)境溫度為6-20℃，塔內(nèi)水溫為18-25℃，廢水在塔內(nèi)的停留時(shí)間為6小時(shí)，日處理量為100噸廢水/日，活性污泥的濃度為3-6g/l，經(jīng)處理后水的COD降為80-140。COD去除率為86.2-91.6％。
權(quán)利要求
1.多級環(huán)流反應(yīng)器，包括塔身(1)、導(dǎo)流筒(2)、氣體分布器(3)，其特征在于塔身(1)內(nèi)有導(dǎo)流筒(2)，導(dǎo)流筒(2)的底部有氣體分布器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于塔身(1)總高與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為3-12，導(dǎo)流筒(2)直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.3-0.9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒(2)為一整體，可以是一段，也可以是兩段以上，段間距5～50厘米，以剛性筋條相連，段間加折流板，可在每段導(dǎo)流筒(2)上打孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒(2)沿軸向設(shè)有開孔區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒(2)上的開孔可以是一處，也可以是一處以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒(2)上有內(nèi)構(gòu)件(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒(2)的下端距反應(yīng)器底部的距離為10-100厘米；導(dǎo)流筒(2)的上端距反應(yīng)液體的液面10-200厘米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于該裝置內(nèi)置有多級導(dǎo)流筒(2)，各級導(dǎo)流筒之間相互同軸固定，之間留有空隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒(2)可以有1～6根，各導(dǎo)流筒(2)的軸線互相平行，置于反應(yīng)器內(nèi)，每根導(dǎo)流筒(2)下均置有氣體分布器(3)。
全文摘要
一種用于各類氣－液兩相和氣－液－固三相化學(xué)反應(yīng)多級環(huán)流反應(yīng)器，包括塔身1.導(dǎo)流筒2.氣體分布器3，塔身1內(nèi)有導(dǎo)流筒2，導(dǎo)流筒2的底部有氣體分布器3。氣泡在塔底一經(jīng)產(chǎn)生，導(dǎo)流筒內(nèi)的流體即向上運(yùn)動，形成大環(huán)流套小環(huán)流的流動狀態(tài)；反應(yīng)器內(nèi)氣－液接觸充分，氣含率高，局部氣含率分布均勻，傳質(zhì)速率高，氣體溶解速度快；對氣－液－固三相反應(yīng)體系，固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻，不會發(fā)生局部積累或沉積；熱傳遞效果好，流體與反應(yīng)器的器壁熱交換速度高，由于反應(yīng)器內(nèi)物料的充分混合，反應(yīng)體系內(nèi)溫度分布均勻，不同區(qū)域的溫差非常小，可廣泛應(yīng)用于氧化反應(yīng)過程，加氫反應(yīng)過程，加氫裂化過程，煤液化加氫過程，發(fā)酵過程，烴加工反應(yīng)過程以及活性污泥污水處理過程等各類氣－液和氣－液－固反應(yīng)過程中。
文檔編號B01J10/00GK1435275SQ0210045
公開日2003年8月13日 申請日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月1日
發(fā)明者丁富新, 袁乃駒, 劉錚, 馬安, 喬永 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 清華大學(xué)