后掠式高效熱板導流整流多相反應釜的制作方法
【專利摘要】本發明公開了后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，包括圓筒形的釜體，釜體直立設置，釜體的側壁從上到下依次設置有出料口、液體進料口和氣體進料口，釜體內縱向設置有與外部的電機連接的中心轉軸，特點是中心轉軸上設置有三層縱向排列的后掠半管渦輪式攪拌器，后掠半管渦輪式攪拌器的外端與釜體的內壁之間水平均布有6-10個高效換熱導流整流裝置，釜體的內壁均布有4-6片邊壁導流全擋板，釜體的底部設置有與液體進料口連接的液體噴射分布器以及與氣體進料口連接的氣體噴射分布器，釜體內設置有溢流區，反應產物通過溢流區由出料口采出，優點是可以實現多相體系混合效果好、換熱面積大、溫度控制精確的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜。
【專利說明】后掠式局效熱板導流整流多相反應差

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多相反應釜，尤其涉及一種后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，特別適用于在固體釕一鋅催化劑作用下，在水相體系中進行的苯與氫氣發生的部分加氫反應的氣-液-液-固體系。

【背景技術】
[0002]隨著化學工業的發展，多相混合、反應體系越來越廣泛。大量的化學反應過程需要涉及氣、液、固多相，此類反應在石油化工行業的加氫反應中在應用尤其廣泛。由于氫氣的沸點低，極難液化，因此，氫氣都是以氣體狀態參加反應。對于液相加氫來說，反應所處的體系就是氣-液兩相或者氣-液-液三相，加氫反應通常還需要非均相催化劑來加快反應進行、提高反應收率，體系更加復雜，甚至是氣-液-液-固四相體系。
[0003]在有氣相存在的多相反應體系中，如何實現各相均勻混合，尤其是如何實現密度小的氣相與密度大的液(固)相的均勻混合是實現反應過程和傳質過程有效進行的關鍵因素。同時，反應過程通常伴隨著大量反應熱的移除，尤其是隨著反應的大規模化和反應器的大型化，如何有效換熱，從而保持反應體系穩定的溫度控制也是生產過程能否順利實現的重要因素。
[0004]在固體釕一鋅催化劑作用下進行的苯部分加氫制備環己烯的反應體系是一三態四相反應體系:氣相(氣態的氫)、油相(液態的苯、環己烯等)、水相(液態的水)以及懸浮于水相內的釕-鋅漿料固態催化劑微細顆粒，該反應過程伴隨著大量反應熱的放出。現有的苯加氫生產環己烯技術的反應裝置多為立式長圓筒形、內設多級攪拌槳與螺旋式換熱盤管的高壓反應釜。作為反應原料的苯和氫氣由頂部管口進入插底導管，再經底部的分布器進入反應器內的多相混合物的循環流。這種循環流由多級攪拌槳推動，是一種整體的循環流，即在反應器中心區域自上而下直至底部，而在反應器周邊區域則由下而上升至反應器頂部的穩定區。由于氫氣和苯是經底部的分布器進入循環流，故中心區域由頂部向下的循環流體中所含氣泡和液滴的比例顯著偏低。
[0005]中國專利名稱為一種多相化學反應器(專利號201120067065.X)公開了適用于苯部分加氫制備環己烯的反應體系的反應釜，包括反應器本體，本體內軸向設置多級攪拌槳以及換熱盤管，所述本體內軸向設置至少兩段密排式螺旋換熱盤管，換熱盤管中心線直徑大于所述攪拌槳的直徑；所述本體內側壁上垂直方向對稱設置至少兩個矩形側壁擋板，側壁擋板與所述密排式螺旋換熱盤管之間留有間隙，在相鄰的兩段換熱盤管之間的側壁擋板上開設至少一個矩形凹槽；所述本體底部設置至少兩個曲線形底擋板。該多相化學反應器能夠促進氣體的吸收和反應的進行，改善反應器的容積利用率和反應效果。但是，上述反應器的攪拌槳為普通攪拌葉片，攪拌葉后產生嚴重的渦流，導致攪拌功率大，內部設置的換熱盤管所起的作用僅僅是換熱，不起任何流體流動的優化，該多相化學反應器用于氣液固三相反應時，停留時間短，混合不完全，攪拌功率高，當反應放熱量大時反應產生的熱量不能及時移除，不利于反應的順利進行，從而降低了反應效率。


【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種可以實現多相體系混合效果好、換熱面積大、溫度控制精確的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜。
[0007]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，包括圓筒形的釜體，所述的釜體直立設置，所述的釜體的側壁從上到下依次設置有出料口、液體進料口和氣體進料口，所述的釜體內縱向設置有與外部的電機連接的中心轉軸，所述的中心轉軸上設置有三層縱向排列的后掠半管渦輪式攪拌器，所述的后掠半管渦輪式攪拌器的外端與所述的釜體的內壁之間水平均布有6-10個高效換熱導流整流裝置，所述的釜體的內壁均布有4-6片邊壁導流全擋板，所述的釜體的底部設置有與所述的液體進料口連接的液體噴射分布器以及與所述的氣體進料口連接的氣體噴射分布器，所述的釜體內設置有溢流區，反應產物通過所述的溢流區由所述的出料口采出。
[0008]所述的后掠半管渦輪式攪拌器包括中間圓盤和均布在所述的中間圓盤四周的4-6個橫截面呈弧形的半管狀葉片，所述的中間圓盤的中央固定套設在所述的中心轉軸上，各個所述的半管狀葉片的凸面朝向與所述的中心轉軸的轉動方向相反。其半管狀葉片可減少漿液后方的渦流，抑制槳葉后方氣穴的產生，提高攪拌的有效功率。同時，中間圓盤可以優化氣泡流動方向，增加氣泡的停留時間，從而增加氣液固接觸面積，提高反應效率。
[0009]所述的高效換熱導流整流裝置包括相互間獨立隔開的上、中、下三層換熱導流整流板，所述的換熱導流整流板的寬度為釜體半徑的1/3-3/5倍，每層所述的換熱導流整流板的高度為釜體高度的1/9-1/4倍。
[0010]所述的換熱導流整流板由兩片表面設置流道的換熱片密封圍成，兩片所述的換熱片之間形成用于通入冷卻介質或加熱介質的曲線變徑流道，所述的曲線變徑流道上分別連接有介質入口和介質出口。換熱片表面設置流道設計為凹凸不平結構，增加了換熱導流整流板兩側流體的湍動，使邊界層減薄，從而提高對流傳熱效果，同時換熱導流整流板內部為曲線變徑流道，也增加了流體的湍動，提高傳熱系數，從而大大提高傳熱效果的目的。
[0011]所述的換熱導流整流板為具有一定弧度的弧形換熱導流整流板，所述的換熱導流整流板的彎曲弧度為40-60°，所述的上、中、下三層換熱導流整流板作為一整體呈倒等腰梯形狀。弧形換熱導流整流板所起到的導流作用使靠近釜壁的液體在沿換熱導流整流板流動時返回到釜體中心，且其整體呈倒等腰梯形狀使寬度由上到下逐漸減小，從而帶動積存在上部的氫氣再次返回液體中參與反應，形成自吸效果，從而增加了混合反應效果。
[0012]所述的換熱導流整流板的凸面朝向與所述的半管狀葉片的凸面朝向相同，所述的換熱導流整流板外端端部的切線與經過所述的換熱導流整流板外端端部切點的釜體直徑呈45-60°。該換熱導流整流板的形狀和位置設計，對釜內流體起到導流、整流的作用，使流體沿著換熱導流整流板的邊壁運動，優化釜內流體流動狀態，從而產生自吸效果，最終達到理想的體系混合、分布、反應效果。
[0013]上層所述的換熱導流整流板連接有第一測溫點，中層所述的換熱導流整流板連接有第二測溫點，下層所述的換熱導流整流板連接有第三測溫點。各層換熱導流整流板可以分別通入不同的換熱介質。各層換熱導流整流板分別設置測溫點和獨立控制，保證了溫度控制的精確和穩定。
[0014]所述的邊壁導流全擋板的寬度為釜體直徑的1/10-1/15，所述的邊壁導流全擋板的頂部與最上端所述的后掠半管渦輪式攪拌器的頂部齊平，所述的邊壁導流全擋板的底部最下端與所述的后掠半管渦輪式攪拌器的底部齊平。
[0015]所述的液體噴射分布器位于所述的氣體噴射分布器的上方，所述的液體噴射分布器為環形且其圓環上設置有若干個液體噴射分布管，所述的氣體噴射分布器為環形且其圓環上設置有若干個氣體噴射分布管，所述的液體噴射分布管和所述的氣體噴射分布管分別與水平方向呈45-60°角,所述的氣體噴射分布管的噴射方向朝下。分布器形式為內外組合噴射分布，從而保證氣體和液體的分布均勻，并且氣體噴射分布管的噴射方向朝下，噴射出的氣體折返流動，增加氣體的停留時間，同時氣泡的上升過程增加液體的湍動，從而達到充分混合的目的。
[0016]所述的溢流區由溢流擋板和釜體內壁圍成，所述的溢流擋板的上端位于所述的釜體的上部，所述的溢流擋板的下端位于所述的出料口的上方，所述的溢流擋板與所述的釜體內壁之間設置有破渦器，所述的破渦器位于所述的出料口的上方。反應產物由溢流擋板上端進入溢流區，再由出料口采出，增加輕組分停留時間，使氫氣得到分離，同時破渦器可減少反應物料中夾帶的氣沫，使氣體成分得到進一步分離。
[0017]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明一種后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，中心轉軸上設置有三層縱向排列的后掠半管渦輪式攪拌器，后掠半管渦輪式攪拌器的外端與所述的釜體的內壁之間均布有6-10個高效換熱導流整流裝置，釜體的內壁均布有4-6片邊壁導流全擋板，釜體的底部設置有與液體進料口連接的液體噴射分布器以及與氣體進料口連接的氣體噴射分布器，釜體內設置有溢流區。氣體和液體通過底部的分布器送入反應器，在后掠半管渦輪式攪拌器和換熱導流整流裝置的作用下，進行非均相混合或反應，常用于氣液兩項在固體催化劑作用下的反應。氣液兩相反應后，產物與固體催化劑經分離后，輕組分通過上端溢流區送至反應物出口，是一種可實現多相體系(氣-液兩相或者氣-液-液三相，氣-液-液-固四相)均勻混合，尤其是能顯著增加氣液相接觸時間、接觸面積，減小攪拌功率、增大傳熱效果(傳熱系數、傳熱效果)，與傳統攪拌反應釜相比具有顯著優勢。優點如下:
(O 1-3層后掠半管渦輪式攪拌器，其半管狀葉片可減少漿液后方的渦流，抑制槳葉后方氣穴的產生，提高攪拌的有效功率。同時，其中間圓盤可以優化氣泡流動方向，增加氣泡的停留時間，從而增加氣液固接觸面積，提高反應效率；
(2)攪拌器和釜體內壁之間設置具有換熱和導流整流功能的換熱導流整流板，其作用是:1)換熱。此板為內部為曲線變徑流道的空心板，板內通入冷卻或加熱介質用于加熱或冷卻反應釜內反應物料，達到控制體系溫度的目的。2)換熱片為凹凸不平設計。增加了換熱導流整流板兩側流體的湍動，使邊界層減薄，從而提高對流傳熱效果；3)導流整流。換熱導流整流板的結構、形狀和位置設計，對釜內流體起到導流、整流的作用，從而優化釜內流體流動狀態，產生自吸效果，最終達到更好的體系混合、分布、反應效果。根據實驗測試:溫度可控制在設定溫度的± I°C范圍內，反應效率提高10-30% ；
(3)底部設氣體和液體噴射分布器,分布器形式為內外組合噴射分布，從而保證氣體和液體的分布均勻以及充分混合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜的結構示意圖；
圖2為圖1的A-A’橫截面剖視圖；
圖3為本發明的換熱導流整流板的結構示意圖；
圖4為圖3內部結構示意圖。

【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
具體實施例
[0020]一種后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，如圖1和圖2所示，包括圓筒形的釜體1，釜體I直立設置，釜體I的側壁從上到下依次設置有出料口 2、液體進料口 3和氣體進料口 4，釜體I內縱向設置有與外部的電機連接的中心轉軸5，中心轉軸5上設置有三層縱向排列的后掠半管渦輪式攪拌器6，后掠半管渦輪式攪拌器6的外端與釜體I的內壁之間水平均布有6-10個高效換熱導流整流裝置7，釜體I的內壁均布有4-6片邊壁導流全擋板8，釜體I的底部設置有與液體進料口 3連接的液體噴射分布器9以及與氣體進料口 4連接的氣體噴射分布器10，釜體I內設置有溢流區11，反應產物通過所溢流區11由出料口 2采出。[0021 ] 在此具體實施例中，如圖1和圖2所示，后掠半管渦輪式攪拌器6包括中間圓盤12和均布在中間圓盤12四周的4-6個橫截面呈弧形的半管狀葉片13，中間圓盤12的中央固定套設在中心轉軸5上，各個半管狀葉片13的凸面朝向與中心轉軸5的轉動方向相反。高效換熱導流整流裝置7包括相互間獨立隔開的上、中、下三層換熱導流整流板14，換熱導流整流板14的寬度為釜體I半徑的1/3-3/5倍，每層換熱導流整流板14的高度為釜體I高度的1/9-1/4倍。
[0022]在此具體實施例中，如圖3所示，換熱導流整流板14由兩片表面設置流道的換熱片15密封圍成，兩片換熱片15之間形成用于通入冷卻介質或加熱介質的曲線變徑流道16(見圖4所示)，曲線變徑流道16上分別連接有介質入口和介質出口(圖中未顯示)。換熱導流整流板14為具有一定弧度的弧形換熱導流整流板，換熱導流整流板14的彎曲弧度為40-60°，上、中、下三層換熱導流整流板14作為一整體呈倒等腰梯形狀。弧形換熱導流整流板14所起到的導流作用使靠近釜壁的液體在沿換熱導流整流板14流動時返回到釜體I中心，且其整體呈倒等腰梯形狀使寬度由上到下逐漸減小，從而帶動積存在上部的氫氣再次返回液體中參與反應，形成自吸效果，從而增加了混合反應效果。如圖2所示，換熱導流整流板14的凸面朝向與半管狀葉片13的凸面朝向相同，換熱導流整流板14外端端部的切線與經過換熱導流整流板14外端端部切點的釜體I直徑呈45-60°。該換熱導流整流板14的形狀和位置設計，對釜內流體起到導流、整流的作用，使流體沿著換熱導流整流板14的邊壁運動，優化釜內流體流動狀態，從而產生自吸效果，最終達到理想的體系混合、分布、反應效果。
[0023]在此具體實施例中，如圖1所示，上層換熱導流整流板14連接有第一測溫點17，中層換熱導流整流板14連接有第二測溫點18，下層換熱導流整流板14連接有第三測溫點19。各層換熱導流整流板可以分別通入不同的換熱介質。邊壁導流全擋板8的寬度為釜體I直徑的1/10-1/15，邊壁導流全擋板8的頂部與最上端后掠半管渦輪式攪拌器6的頂部齊平，邊壁導流全擋板8的底部最下端與后掠半管渦輪式攪拌器6的底部齊平。
[0024]在此具體實施例中，如圖1和圖2所示，液體噴射分布器9位于氣體噴射分布器10的上方，液體噴射分布器9為環形且其圓環上設置有若干個液體噴射分布管20，氣體噴射分布器10為環形且其圓環上設置有若干個氣體噴射分布管21，液體噴射分布管9和氣體噴射分布管10分別與水平方向呈45-60°角，氣體噴射分布管21的噴射方向朝下。
[0025]在此具體實施例中，如圖1所示，溢流區11由溢流擋板22和釜體I內壁圍成，溢流擋板22的上端位于釜體I的上部,溢流擋板22的下端位于出料口 2的上方，溢流擋板22與釜體I內壁之間設置有破渦器23，破渦器23位于出料口 2的上方。反應產物由溢流擋板22上端進入溢流區11，再由出料口 2采出，增加輕組分停留時間，使氫氣得到分離，同時破渦器23可減少反應物料中夾帶的氣沫，使氣體成分得到進一步分離。
[0026]應用實施例
用于苯部分加氫反應制環己烯的效果作為實施例。
[0027]本發明后掠式高效熱板導流整流多相反應釜(具體結構如上述實施例所述)特別適用于像在固體釕一鋅漿料催化劑作用下，在水相體系中進行的苯與氫氣發生的部分加氫反應的氣-液-液-固反應體系。本反應釜應用于苯部分加氫反應實現了體系混合均勻、溫度精確控制的目的。
[0028]具體如下:
在反應溫度為130°C，壓力為5.0Mpag的條件下，以苯和氫氣為原料，在釕-鋅漿料催化劑的存在下，經過部分加氫反應制得環己烯和副產品環己烷。
[0029]反應器的主要尺寸:筒體內徑Φ2000πιπι，直通段高度H=3800mm ;換熱導流整流裝置7:8組，每組包括上、中、下三層換熱導流整流板14，每塊寬度400mm，高度900mm，弧度β =50°，總換熱面積20 Hf ;后掠半管渦輪式攪拌器6上設置6片半管狀葉片13 ;液體噴射分布器9上液體噴射分布管20為6個，總管直徑DN50，噴嘴直徑DNl5，傾斜角β =50° ；氣體噴射分布器10上氣體噴射分布管21為6個，總管直徑DN50，噴嘴直徑DN15，傾斜角β=50° ;邊壁導流全擋板8:寬度W=185mm，寬度中心弧度為60°。
[0030]經測試,進料苯總量為:32.5噸/小時,苯質量含量99.5%。氫氣通入量為維持反應系統的壓力5.0Mpag。經本反應器反應后產物總量32.95噸/小時，組成為:苯含量58.4%，環己烯含量:33.0%，環己烷含量:8.6%。反應的一次收率達到40%。反應效果非常理想。而且，反應過程中三個位置溫度(Tl、T2、T3)溫差彡0.5°C。控溫、混合、反應效果均理想。
[0031]上述說明并非對本發明的限制，本發明也并不限于上述舉例。本【技術領域】的普通技術人員在本發明的實質范圍內，作出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【權利要求】
1.一種后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，包括圓筒形的釜體，所述的釜體直立設置，所述的釜體的側壁從上到下依次設置有出料口、液體進料口和氣體進料口，所述的釜體內縱向設置有與外部的電機連接的中心轉軸，其特征在于:所述的中心轉軸上設置有三層縱向排列的后掠半管渦輪式攪拌器，所述的后掠半管渦輪式攪拌器的外端與所述的釜體的內壁之間水平均布有6-10個高效換熱導流整流裝置，所述的釜體的內壁均布有4-6片邊壁導流全擋板，所述的釜體的底部設置有與所述的液體進料口連接的液體噴射分布器以及與所述的氣體進料口連接的氣體噴射分布器，所述的釜體內設置有溢流區，反應產物通過所述的溢流區由所述的出料口采出。
2.根據權利要求1所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的后掠半管渦輪式攪拌器包括中間圓盤和均布在所述的中間圓盤四周的4-6個橫截面呈弧形的半管狀葉片，所述的中間圓盤的中央固定套設在所述的中心轉軸上，各個所述的半管狀葉片的凸面朝向與所述的中心轉軸的轉動方向相反。
3.根據權利要求2所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的高效換熱導流整流裝置包括相互間獨立隔開的上、中、下三層換熱導流整流板，所述的換熱導流整流板的寬度為釜體半徑的1/3-3/5倍，每層所述的換熱導流整流板的高度為釜體高度的1/9-1/4倍。
4.根據權利要求3所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的換熱導流整流板由兩片表面設置流道的換熱片密封圍成，兩片所述的換熱片之間形成用于通入冷卻介質或加熱介質的曲線變徑流道，所述的曲線變徑流道上分別連接有介質入口和介質出口。
5.根據權利要求3所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的換熱導流整流板為具有一定弧度的弧形換熱導流整流板，所述的換熱導流整流板的彎曲弧度為40-60°，所述的上、中、下三層換熱導流整流板作為一整體呈倒等腰梯形狀。
6.根據權利要求5所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的換熱導流整流板的凸面朝向與所述的半管狀葉片的凸面朝向相同，所述的換熱導流整流板外端端部的切線與經過所述的換熱導流整流板外端端部切點的釜體直徑呈45-60°。
7.根據權利要求3所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:上層所述的換熱導流整流板連接有第一測溫點，中層所述的換熱導流整流板連接有第二測溫點，下層所述的換熱導流整流板連接有第三測溫點。
8.根據權利要求1所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的邊壁導流全擋板的寬度為釜體直徑的1/10-1/15，所述的邊壁導流全擋板的頂部與最上端所述的后掠半管渦輪式攪拌器的頂部齊平，所述的邊壁導流全擋板的底部最下端與所述的后掠半管渦輪式攪拌器的底部齊平。
9.根據權利要求1所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的液體噴射分布器位于所述的氣體噴射分布器的上方，所述的液體噴射分布器為環形且其圓環上設置有若干個液體噴射分布管，所述的氣體噴射分布器為環形且其圓環上設置有若干個氣體噴射分布管，所述的液體噴射分布管和所述的氣體噴射分布管分別與水平方向呈45-60°角，所述的氣體噴射分布管的噴射方向朝下。
10.根據權利要求1所述的后掠式高效熱板導流整流多相反應釜，其特征在于:所述的溢流區由溢流擋板和釜體內壁圍成，所述的溢流擋板的上端位于所述的釜體的上部，所述的溢流擋板的下端位于所述的出料口的上方，所述的溢流擋板與所述的釜體內壁之間設置有破渦器，所述的破渦器位于所述的出料口的上方。
【文檔編號】C07C13/20GK104128133SQ201410327700
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】谷新春, 衛維劍, 梅鑫, 王愛芳, 苗延軍, 王宇光, 孟啟貴 申請人:中國化學賽鼎寧波工程有限公司