一种多相环流反应器

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种适用于气液固相间传质、反应-催化过程的具备平推流功能的多相环流反应器。

背景技术：

1、随着化工行业的快速发展，人们愈发关注反应器的生产效率和能耗问题。化工生产过程中多涉及气液吸收-反应过程，气液固三相的传质、传热、催化反应过程。这类过程一般与气、液或气液固三相的均匀混合和传质效率密切相关。

2、发展至今，化工行业多采用的传统搅拌式反应器或者鼓泡反应器存在以下缺点：能耗大、设备投资高、装置传质效率低、混合不够均匀充分、反应死区多、反应效率有待提升、反应器易堵塞和不方便拆卸清理等。针对上述问题，有必要设计具备多功能的新型反应器。

技术实现思路

1、本发明针对传统化工反应器存在的能耗大、传质效率低、混合不均匀、易堵塞、工艺操作流程灵活等缺点，提出了一种具备平推流功能的多相环流反应器。该多相环流反应器可实现低能耗和高传质效率。平推流反应方式可以使得垂直于流动方向的平面达到最大程度的混合，环流反应方式使流体在反应器内循环流动，从而实现多相均匀混合，大幅度提升传质效率。此外，该多相环流反应为模块化涉及，可灵活组装拆卸，彻底解决了易堵塞的问题。

2、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

3、一种多相环流反应器，包括至少一个反应器单元，所述反应器单元包括：反应腔、内套筒和导流分布器，

4、所述反应腔上部设有进料口，下部设有出料口，

5、所述内套筒竖直设置于所述反应腔内，所述内套筒为上下敞口的筒状，

6、所述导流分布器呈倒扣的漏斗状，设置于所述反应腔内底部，所述漏斗的嘴部设置于所述内套筒内，所述内套筒与所述导流分布器不接触，所述导流分布器形成所述反应腔的底，

7、所述反应腔的侧壁的顶部外缘和底部外缘分别设置有连接部，所述连接部为带有螺栓孔的环状；

8、当所述多相环流反应器仅有一个所述反应器单元时，所述反应器单元的反应腔顶部密封，所述漏斗的嘴封闭，

9、当所述多相环流反应器包含有两个或两个以上所述反应器单元时，最顶部的所述反应器单元的反应腔顶部密封，其余所述反应器单元的反应腔顶部敞口；最底部的所述反应器单元的所述导流分布器的嘴封闭，其余所述反应器单元的所述导流分布器的嘴敞开。

10、反应器单元可通过外缘设置的连接部，利用螺栓进行拼接。除最顶部的反应器单元外，敞口设置的反应器单元连接在上一个相邻反应器的导流分布器以下，将上一个相邻反应器的导流分布器作为其顶部，使得其内反应物料可在上一个相邻反应器的导流分布器的影响下形成平推流，上一个相邻反应器的导流分布器敞开的嘴部也使得物料可在各单元间流动。

11、优选的，所述内套筒、所述反应腔、所述导流分布器同轴设置。

12、优选的，所述进料口的高度低于所述内套筒的上缘，所述出料口的高度高于所述内套筒的下缘。

13、优选的，所述多相环流反应器，包括10个所述反应器单元。

14、优选的，所述反应腔的直径为200~1000mm，高度为400~2000mm。

15、优选的，所述内套筒的直径为所述反应腔的直径的20%~60%，所述内套筒的高度为所述反应腔长度的30%~50%。

16、优选的，所述导流分布器的斗部与水平面的夹角α为30°~70°，嘴部的直径为所述反应腔的直径的5%~10%，嘴部和斗部的直径比为0.2~0.5:1。

17、操作流程如下：原料由进料口进入反应器，自上而下流动，经过内套筒和导流分布器，气相进口位于反应器的底端，从而使得在腔体内形成环流。大多数的化工工艺需将气相和液相两相流体混匀使得反应充分进行，过程中需鼓泡或搅拌进而会消耗大量的能量。另外，传统的工艺中传质效率较低，装置成本较大且不易清理易堵塞。的操作压力为1～500bar，温度为5-600℃。

18、本发明所述的多相环流反应器的优点在于：

19、1. 本设计采用多级反应单元，装置简易，成本较低，没有大功率的搅拌桨，降低能耗成本，节能效果显著。

20、2. 本设计可在反应器内部充分混匀底物，减少反应死区，大幅度的提升传质效率，不仅可以提高产物的质量还可在一定程度上节约原材料。

21、3.本设计的反应单元可灵活搭建和拆卸，解决反应器易堵塞问题，方便拆卸清理。

技术特征：

1.一种多相环流反应器，其特征在于，包括至少一个反应器单元，所述反应器单元包括：反应腔、内套筒和导流分布器，

2.根据权利要求1所述的多相环流反应器，其特征在于，所述内套筒、所述反应腔、所述导流分布器同轴设置。

3.根据权利要求1所述的多相环流反应器，其特征在于，所述进料口的高度低于所述内套筒的上缘，所述出料口的高度高于所述内套筒的下缘。

4.根据权利要求1所述的多相环流反应器，其特征在于，所述多相环流反应器包括10个所述反应器单元。

5.根据权利要求1所述的多相环流反应器，其特征在于，所述反应腔的直径为200~1000mm，高度为400~2000mm。

6.根据权利要求1所述的多相环流反应器，其特征在于，所述内套筒的直径为所述反应腔的直径的20%~60%，所述内套筒的高度为所述反应腔长度的30%~50%。

7.根据权利要求1所述的多相环流反应器，其特征在于，所述导流分布器的斗部与水平面的夹角α为30°~70°，嘴部的直径为所述反应腔的直径的5%~10%，嘴部和斗部的直径比为0.2~0.5:1。

技术总结
本发明公开一种多相环流反应器，包括至少一个反应器单元，单元的反应腔竖直设置上下敞口的内套筒；导流分布器呈倒扣的漏斗状设置于反应腔内底部，漏斗的嘴部设置于内套筒内且与内套筒不接触；反应腔的侧壁的顶部外缘和底部外缘分别设置有连接部，为带有螺栓孔的环状；当仅有一个反应器单元时，其反应腔顶部密封，漏斗的嘴封闭；当有两个或以上单元时，最顶部的反应腔顶部密封，其余顶部敞口；最底部的单元的导流分布器的嘴封闭，其余敞开。本发明结合了平推流和环流的优点，可使多相反应底物最大程度混合均匀，循环流动大幅度提升传质效率，解决了易堵塞的问题，可以保证装置长时间低能耗高效率的平稳运行。

技术研发人员：张锋,罗华勋,陈美思,陈威达,孟为民,刘勰民,万景
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13