管式反应器

1.本发明涉及一种管式反应器，尤其是涉及一种气液体积比比较大的逆流管式反应器。


背景技术：

2.一般地，管式反应器是将反应液注入盘管或列管中进行反应。管式反应器具有较大的换热面积，但其传质效果不佳，尤其是非均相反应，比如气液相反应。
3.cn107175052a公开了一种具有分形结构的气液管式反应器，包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。该管式反应器的气液体积比仍待提高。
4.cn214020833u公开了一种管式反应器，包括第一填料组件，第一填料组件包括第一填料主体，第一填料主体中设置有第一弧形凹槽，第一弧形凹槽中设置有射流口；第二填料组件包括第二填料主体，第二填料主体中设置有第二弧形凹槽。本实用新型的管式反应器适合于需要固体催化剂的反应。该管式反应器的气液体积比仍待提高。
5.cn109970507a公开了一种连续生产设备，包括相互串联的管式反应器；相互串联的多级管式反应器呈阶梯状按一定高度差排列；位于上一级管式反应器的底部和下一级管式反应器的顶部之间设有溢流管道。该管式反应器的气液体积比仍待提高。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管式反应器，该管式反应器可以实现气液逆流反应，气液体积比比较大。本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
7.本发明提供一种管式反应器，其包括管本体和盖槽构件，所述盖槽构件设置于所述管本体的内部；其中，
8.所述管本体的两端具有开口；
9.所述盖槽构件包括槽单元和盖盘单元；
10.所述槽单元具有相连的中空部和外延部；所述中空部具有通孔；所述外延部沿所述中空部的外周水平设置，所述外延部的外周设置为与所述管本体的内壁相贴合；
11.所述盖盘单元设置于所述槽单元的上方；所述盖盘单元包括相连的上盖部和盖支撑部；所述盖支撑部设置于所述上盖部的下方，且设置于槽单元的上方，并使得所述槽单元和所述盖盘单元之间形成第一空间；所述上盖部设置在所述中空部的正上方，所述上盖部的面积大于所述通孔的截面积且小于所述管本体的截面积；所述盖盘单元和所述管本体的内壁之间形成第二空间；
12.所述中空部、第一空间和第二空间之间相连通。
13.本发明提供另一种管式反应器，其包括管本体和n组盖槽构件，所述n组盖槽构件设置于所述管本体的内部；n为大于等于2的自然数，其中，
14.所述管本体的两端具有开口；
15.每组所述盖槽构件均包括一个槽单元和一个盖盘单元；n组盖槽构件中的槽单元
和盖盘单元交替设置；
16.所述槽单元包括中空部、外延部和槽支撑部；所述中空部具有通孔；所述外延部沿中空部的外周水平设置，所述外延部的外周设置为与所述管本体的内壁相贴合；至少一部分的槽支撑部沿竖直方向设置于所述外延部的底部；
17.所述盖盘单元包括相连的上盖部和盖支撑部；所述盖支撑部设置于所述上盖部的下方，且设置于相匹配的所述槽单元的上方，并使得所述盖盘单元和该槽单元之间形成第一空间；所述上盖部设置在所述中空部的正上方，所述上盖部的面积大于所述通孔的截面积且小于管本体的截面积；所述盖盘单元和所述管本体的内壁之间形成第二空间；
18.所述槽支撑部位于相匹配的盖盘单元的上方，并使得所述槽单元和该盖盘单元之间形成第三空间；
19.所述中空部、第一空间、第二空间和第三空间之间相连通。
20.根据本发明的管式反应器，优选地，所述槽单元还包括中空凸起部，所述中空凸起部设置于所述中空部的正上方，所述中空凸起部的内径与所述中空部的内径相同；所述中空凸起部设置于相匹配的所述上盖部的正下方。
21.根据本发明的管式反应器，优选地，所述盖盘单元还包括盖垂向部；所述盖垂向部沿所述上盖部的外沿垂直向下设置；所述盖垂向部为圆环结构；所述盖垂向部的内径大于所述中空凸起部的外径且小于所述管本体的内径；所述盖垂向部的底部与所述外延部的顶部之间具有距离。
22.根据本发明的管式反应器，优选地，所述盖支撑部包括多根盖支撑柱；所述盖支撑柱的底部的至少一部分与相匹配的所述中空凸起部的侧壁的顶部贴合，且所述盖支撑柱的长度小于所述盖垂向部的长度。
23.根据本发明的管式反应器，优选地，所述盖支撑部包括多根盖支撑柱；所述盖支撑柱的一部分与所述盖垂向部相连，所述盖支撑柱的底部与相匹配的所述外延部的顶部贴合。
24.根据本发明的管式反应器，优选地，所述盖盘单元还包括多块水平凸起；所述水平凸起沿水平方向均匀设置于上盖部的外周，所述水平凸起设置为能够与所述管本体的内壁贴合。
25.根据本发明的管式反应器，优选地，所述管式反应器还包括夹套管；所述管本体沿长度方向设置于所述夹套管的内部；所述夹套管的下方设置有液相出口和气相进口；所述夹套管的上方设置有液相进口和气相出口。
26.根据本发明的管式反应器，优选地，所述夹套管的下方设置有换热介质进口，所述夹套管的上方设置有换热介质出口；所述气相进口和所述液相出口均位于所述换热介质进口的下方；所述液相进口和气相出口均位于所述换热介质出口的上方。
27.根据本发明的管式反应器，优选地，所述夹套管的顶部设置有所述气相出口。
28.本发明的管式反应器可以实现气液逆流反应，气液体积比比较大。进一步地，本发明可以根据不同气液反应工艺要求调整管式反应器的长度，可根据需要增加或减少盖槽构件。再进一步地，本发明的盖槽构件为模块式装配结构，与传统塔式或釜式气液吸收反应器对比，极大的提高了空间利用率。此外，本发明的管式反应器可以适用于含有危险气体比如四氟乙烯参与的聚合反应，可以有效降低危险气液吸收反应的安全风险。
附图说明
29.图1为本发明的一种管式反应器的结构示意图。
30.图2为本发明的一种实施方式的盖盘单元的示意图。
31.图3为本发明的一种槽单元的结构示意图。
32.图4为图1的局部放大示意图。
33.图5为本发明的另一种实施方式的盖盘单元的结构示意图。
34.附图标记说明如下：
35.100-管本体，200-盖槽构件，210-槽单元，212-外延部，213-中空凸起部，214-槽支撑部，220-盖盘单元，221-上盖部，222-盖支撑部，223-盖垂向部，224-水平凸起，a1-第一空间，a2-第二空间，a3-第三空间，300-夹套管，311-液相出口，312-气相进口，313-换热介质进口，321-液相进口，322-气相出口，323-换热介质出口。
具体实施方式
36.下面结合具体实例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
37.本发明的管式反应器包括管本体、盖槽构件和夹套管。下面进行详细描述。
38.《管本体和盖槽构件》
39.管本体的两端具有开口。管本体的内径可以为30～150mm。
40.盖槽构件设置于管本体的内部。盖槽构件包括槽单元和盖盘单元。
41.在某些实施方案中，盖槽构件为一组。在某些优选的实施方案中，盖槽构件为n组，n为大于等于2的自然数；更优选地，n为大于等于4的自然数。本发明的管式反应器为模块设置(即每组盖槽构件为一个模块)，可制造长度为500～2000mm的单根反应器。本发明的管式反应器尺寸小，单位长度物料流通量小，可以有效降低危险气液反应的安全风险，并且物料精准可控。
42.每组盖槽构件的微结构高度可以为5～15mm。以每组盖槽构件为8mm高度举例，1m的管本体内可以布置125个盖槽构件的微结构气液混合器，实现高效的气液混合，促进气液吸收反应效率。
43.槽单元
44.本发明的槽单元可以包括中空部和外延部。中空部具有通孔。外延部沿中空部的外周水平设置，外延部的外周设置为与管本体的内壁相贴合。这样有利于引导流体的流向，从而有利于调控气液体积比。
45.在某些优选的实施方案中，槽单元包括中空部、外延部和槽支撑部。中空部具有通孔。外延部沿中空部的外周水平设置，外延部的外周设置为与管本体的内壁相贴合；至少一部分的槽支撑部沿竖直方向设置于外延部的底部。这样有利于形成多组盖槽构件，并有利于引导流体的流向，从而有利于调控气液体积比。
46.在更优选的实施方案中，槽单元包括中空部、外延部、中空凸起部和槽支撑部。中空部和中空凸起部均具有通孔。外延部沿中空部的外周水平设置，外延部的外周设置为与管本体的内壁相贴合。中空凸起部设置于中空部的正上方，中空凸起部的内径与中空部的内径相同。至少一部分的槽支撑部沿竖直方向设置于外延部的底部。这样有利于形成多组盖槽构件，并可以有利于形成液封，实现气液逆流形式接触，增大气液体积比。
47.根据本发明的一个具体实施方式，槽支撑部包括多根支撑柱；多根支撑柱均匀分布。
48.盖盘单元
49.本发明的盖盘单元设置于与其相匹配的槽单元的上方。这样有利于实现气液逆流形式接触，增大气液体积比。
50.在某些实施方案中，盖盘单元包括相连的上盖部和盖支撑部。盖支撑部设置于上盖部的下方。这样可以引导流体从上盖部的侧面流动，增大气液体积比。
51.在某些优选的实施方案中，盖盘单元包括上盖部、盖支撑部和盖垂向部。盖支撑部设置于上盖部的下方。盖垂向部沿上盖部的外沿垂直向下设置；盖垂向部为圆环结构；盖垂向部的内径大于中空凸起部的外径且小于管本体的内径。这样有利于引导流体的流向，并有利于形成液封，从而有利于增大气液体积比。
52.在另一些优选的实施方案中，本发明的盖盘单元可以包括上盖部、盖支撑部、盖垂向部和水平凸起。上盖部、盖支撑部、盖垂向部的结构、相对位置关系和连接关系参照前述，在此不做赘述。本发明的水平凸起为多块，水平凸起沿水平方向均匀设置于上盖部的外周，水平凸起设置为能够与管本体的内壁贴合。水平凸起的设置，有利于安装盖盘单元。
53.在某些实施方案中，管本体的内壁设置有内壁凸起，内壁凸起与水平凸起相匹配，用以方便安装盖盘单元。
54.在某些具体的实施方案中，盖支撑部包括多根盖支撑柱，多根盖支撑柱均匀分布。
55.根据本发明的一个具体实施方式，盖支撑柱的底部的至少一部分与相匹配的中空凸起部的侧壁的顶部贴合，且该盖支撑柱的长度小于盖垂向部的长度。根据本发明的另一个具体实施方式，盖支撑柱的一部分与盖垂向部相连，盖支撑柱的底部与相匹配的外延部的顶部贴合。根据本发明的再一个具体实施方式，一部分的盖支撑柱的底部与相匹配的中空凸起部的侧壁的顶部贴合，且该部分的盖支撑柱的长度小于盖垂向部的长度；另一部分的盖支撑柱与盖垂向部相连，且该部分的盖支撑柱的底部与相匹配的外延部的顶部贴合。这样有利于使得盖盘单元和槽单元之间形成供流体流动的空间。
56.根据本发明的一个实施方式，盖槽构件为一组；槽单元具有相连的中空部和外延部；中空部具有通孔；外延部沿中空部的外周水平设置，外延部的外周设置为与管本体的内壁相贴合；盖盘单元设置于槽单元的上方；盖盘单元包括相连的上盖部和盖支撑部；盖支撑部设置于上盖部的下方，且设置于槽单元的上方，并使得槽单元和盖盘单元之间形成第一空间；上盖部位于中空部的正上方，上盖部的面积大于通孔的截面积且小于管本体的截面积；盖盘单元和管本体的内壁之间形成第二空间；中空部、第一空间和第二空间之间相连通。这样有利于气液逆流形式接触，液相从底部流出，多余未完全吸收气相从顶部出去。
57.根据本发明优选的一个实施方式，盖槽构件为n组，n为大于等于2的自然数，n组盖槽构件中的槽单元和盖盘单元交替设置；槽单元包括中空部、外延部、中空凸起部和槽支撑部；中空部和中空凸起部均具有通孔；外延部沿中空部的外周水平设置，外延部的外周设置为与管本体的内壁相贴合；中空凸起部设置于中空部的正上方，中空凸起部的内径与中空部的内径相同；中空凸起部位于相匹配的上盖部的正下方；至少一部分的槽支撑部沿竖直方向设置于外延部的底部。盖盘单元包括上盖部、盖垂向部和盖支撑部；盖支撑部与上盖部相连，盖支撑部设置于上盖部的下方，且设置于相匹配的槽单元的中空凸起部的侧壁的上
方，并使得盖盘单元和该槽单元之间形成第一空间；上盖部位于中空凸起部的正上方，上盖部的面积大于通孔的截面积且小于管本体的截面积；盖盘单元和管本体的内壁之间形成第二空间；盖垂向部沿上盖部的外沿垂直向下设置；盖垂向部为圆环结构；盖垂向部的内径大于中空凸起部的外径且小于管本体的内径；盖垂向部的底部与外延部的顶部之间具有距离。槽支撑部位于相匹配的盖盘单元的上方，并使得槽单元和该盖盘单元之间形成第三空间；中空部、第一空间、第二空间和第三空间之间相连通。
58.这样有利于实现逆流，并有利于形成液封，从而有利于增大气液体积比。具体地，气体从管式反应器下部进入，从槽单元的通孔穿过，进入盖槽构件的第一空间(作为微结构混合器)；液体从管式反应器的上部带压进入，沿盖盘单元与管本体的内壁间隙下流，在槽单元和盖盘单元之间的第一空间处形成液封，当气体压力达到突破液封压力时，气体从盖槽构件的空隙处鼓泡至下一个盖槽构件中的空间处(作为微结构混合器)，完成一次气液高效混合接触。
59.在本发明中，管本体和盖槽构件的材质可以为不锈钢、哈氏合金、碳化硅或陶瓷等。
60.《夹套管》
61.本发明的夹套管的设置可以有利于对管式反应器进行降温或者升温。本发明的安装有盖槽构件的管本体沿长度方向设置于夹套管的内部。
62.夹套管设置有液相进口、液相出口、气相进口、气相出口、换热介质进口和换热介质出口。
63.在本发明中，夹套管的下方设置有液相出口、气相进口、换热介质进口。夹套管的上方设置有液相进口、气相出口、换热介质出口。
64.气相进口和液相出口均位于换热介质进口的下方；液相进口和气相出口均位于换热介质出口的上方。换热介质进口和换热介质出口之间的垂直距离小于等于管本体的长度。
65.根据本发明优选的一个具体实施方式，夹套管的顶部设置有气相出口。
66.本发明的管式反应器还可以多个串联或并联形成多级管式反应器。
67.实施例1
68.图1为本发明的一种管式反应器的示意图。图4为图1的局部放大示意图。图4中，粗箭头表示气体流向，细箭头表示液体流向。
69.如图1和图4所示，该管式反应器包括管本体100、盖槽构件200和夹套管300。管本体100的两端具有开口。n组盖槽构件200设置于管本体100的内部。n为大于等于2的自然数。
70.如图1所示，安装有盖槽构件200的管本体100沿长度方向固定于夹套管300的内部。夹套管300的下方设置有液相出口311、气相进口312和换热介质进口313。夹套管300的上方设置有液相进口321和换热介质出口323。夹套管300的顶部设置有气相出口322。
71.气相进口312和液相出口311均位于换热介质进口313的下方。液相进口321和气相出口322均位于换热介质出口323的上方。换热介质进口313和换热介质出口323之间的垂直距离小于等于管本体100的长度。液相出口311和液相进口321分别位于夹套管300的两侧。换热介质进口313和换热介质出口323分别位于夹套管300的两侧。
72.图2为本发明的一种盖盘单元的结构示意图。图3为本发明的一种槽单元的结构示
意图。
73.如图2～4所示，每组盖槽构件200均包括一个槽单元210和一个盖盘单元220。每组盖槽构件200中，槽单元210均位于相匹配的盖盘单元220的下方。n组盖槽构件200中的槽单元210和盖盘单元220交替设置。
74.如图3所示，槽单元210包括中空部(未示出)、外延部212、中空凸起部213和槽支撑部214。中空部和中空凸起部213均具有通孔。中空凸起部213设置于中空部的正上方，中空凸起部213的内径与中空部的内径相同。外延部212沿中空部的外周水平设置，外延部212的外周与管本体100的内壁相贴合。至少一部分的槽支撑部214沿竖直方向设置于外延部212的底部。如图3所示，槽支撑部214为多根支撑柱，多根支撑柱均匀分布。
75.如图2和图4所示，盖盘单元220包括上盖部221、盖支撑部222、盖垂向部223和水平凸起224。
76.盖支撑部222与上盖部221相连，并设置于上盖部221的下方。
77.盖支撑部222为多根盖支撑柱。盖支撑柱的底部的至少一部分与相匹配的中空凸起部213的侧壁的顶部贴合，且盖支撑柱的长度小于盖垂向部223的长度。如图2所示，上盖部221位于相匹配的槽单元210的中空凸起部213的正上方，上盖部221的面积大于通孔的截面积且小于管本体100的截面积。盖垂向部223沿上盖部221的外沿垂直向下设置。盖垂向部223为圆环结构。盖垂向部223的内径大于中空凸起部213的外径且小于管本体100的内径。盖垂向部223的底部与外延部212的顶部之间具有距离。
78.盖盘单元220和位于其下方的相匹配的槽单元210之间形成第一空间a1。盖盘单元220和管本体100的内壁之间形成第二空间a2。槽单元210的槽支撑柱位于相匹配的上盖部221的上方，使得槽单元210和位于槽单元210下方的相匹配的盖盘单元220之间形成第三空间a3。中空部、第一空间a1、第二空间a2和第三空间a3之间相连通。
79.水平凸起224为多块。水平凸起224沿水平方向均匀设置于上盖部221的外周，水平凸起224能够与管本体100的内壁贴合。管本体100的内壁设置有内壁凸起(未示出)，内壁凸起与水平凸起224相匹配。
80.管本体100的底部根据物料属性安装金属或者高分子材料的筛网或筛板，用于支撑和固定盖槽构件200。
81.实施例2
82.除了以下结构，其余与实施例1相同：
83.管本体100的底部的一小段管径变小，用于支撑和固定盖槽构件200。
84.实施例3
85.除了以下结构，其余与实施例1相同：
86.管本体100的底部的内部设置有凸起结构，用于支撑和固定盖槽构件200。
87.实施例4～6
88.除了以下结构，其余分别与实施例1～3相同：
89.盖支撑柱的长度和位置不同。图5为本发明的另一种盖盘单元的结构示意图。如图5所示，本实施例的盖支撑柱的一部分与盖垂向部223相连，盖支撑柱的底部与相匹配的槽单元210的外延部212的顶部贴合。中空凸起部213的侧壁上方未设置盖支撑柱。
90.实施例7～9
91.除了以下结构，其余分别与实施例1～3相同：
92.本实施例中还包括：在槽单元210的外延部212的顶部贴合有盖支撑柱。其中，盖支撑柱的一部分与盖垂向部223相连，盖支撑柱的底部与相匹配的槽单元210的外延部212的顶部贴合。在中空凸起部213的侧壁上方和外延部212的上方均设置有盖支撑柱。
93.本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。