CN106732209B - 一种沸腾式等温反应器及等温控制工艺 - Google Patents

一种沸腾式等温反应器及等温控制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及反应器技术领域，尤其是一种沸腾式等温反应器，包括上壳体、中上壳体、中部壳体、中下壳体与下壳体，且其相邻壳体之间相互连通，所述上壳体内有出气管口、泡沫捕集器、进料管、进液分布器；中上壳体内有大过滤元件、小过滤元件、冷却液进口、冷却液溢流口、冷却液分布器、外降膜头；中部壳体内有内管、外降膜管、反应触媒、外降膜再成膜器；中下壳体内有和中上壳体相同结构的小过滤元件及大过滤元件、冷却液出口、冷却液蒸汽排出口；下壳体内有进气口、进气分布器、反应液排液口。本发明采用新型沸腾式等温反应器进行气液反应的过程工艺简单、操作方便、消耗低、控制精度高，副反应少。

Description

一种沸腾式等温反应器及等温控制工艺
技术领域
本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种沸腾式等温反应器及等温控制工艺。
背景技术
目前用于气液反应的反应器形式有多种多样，有列管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、环管式反应器。反应器怎样发挥出催化剂触媒最大催化效率，怎样实现反应过程中的温度精准控制，怎样高效的传热，怎样降低催化剂的消耗，怎样有效的降低动力消耗，是考量反应器性能的重要指标。沸腾式等温反应器采取特殊的结构形式，体现了反应过程的等温、低阻、高效的优良特性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在反应器优点单一的缺点，而提出的一种沸腾式等温反应器及等温控制工艺，保证反应物料浓度的均匀催化剂分布的均匀、传热的均匀高效。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种沸腾式等温反应器，包括上壳体、中上壳体、中部壳体、中下壳体与下壳体，且其相邻壳体之间相互连通，其特征在于：所述上壳体内有出气管口、泡沫捕集器、进液管、进液分布器；中上壳体内有大过滤元件、小过滤元件、冷却液进口、冷却液溢流口、冷却液分布器、外降膜头；中部壳体内有内管、外降膜管、反应触媒、外降膜再成膜器；中下壳体内有和中上壳体相同结构的小过滤元件及大过滤元件、冷却液出口、冷却液蒸汽排出口；下壳体内有进气口、进气分布器、反应液排液口；所述内管两头均设置有小过滤元件及大过滤元件，所述内管的外侧设置有非固定管板，小过滤元件及大过滤元件通过紧固螺母与紧固螺栓用 0型软密封圈和非固定管板固定在内管上；所述大过滤元件设置在小过滤元件外，保障反应触媒不流失；所述外降膜头均采用螺旋切线进料结构，外降膜头采用外丝结构安装在固定管板上，外降膜管采用胀焊结构和固定管板固定相连，将预先安装好大过滤元件及小过滤元件的内管穿入外降膜管，然后将内管在中下壳体内定位安装，外降膜头套上内管之前要将外降膜再成膜器安装在内管与外降膜管之间，外降膜头套上内管后将再成膜器连接拉杆安装在外降膜头上，外降膜头在固定管板上紧固时将带动外降膜再成膜器转动；所述外降膜再成膜器上设置有再成膜器溢流口、再成膜器排气口与再成膜器连接孔，且其上端还连接有再成膜器连接拉杆；所述外降膜头外侧设置有外降膜头紧固外六方，且其上端还设置有外降膜头排气孔与外降膜头螺旋进料缝,所述外降膜头还设置有再生膜器拉杆固定螺母。
作为优选方案，所述内管与非固定管板之间有锲型垫片，且锲型垫片能更好的缓解设备冷热产生的形变对设备造成的不良影响，保证内管和非固定管板之间的密封性。
本发明还提供了一种沸腾式等温反应器的等温控制工艺，具体包括以下步骤：
合适量的触媒预先装填在反应器的内管内，反应液相物料从进液管进入，通过进液分布器透过大过滤元件与小过滤元件进入到内管，反应气体通过进气口经过进气分布器均匀分布，通过中下部壳体内的大过滤元件及内管的小过滤元件进入反应管内，在内管内催化剂的作用下反应气体和反应液体进行化学反应，此时在上升气体的带动下，带有催化剂的触媒呈沸腾状态，发挥出催化剂的最大效率，选择合适的冷却溶剂控制其在冷却温度下处于饱合状态，冷却溶液通过冷却液进口进入中上部反应器壳体，在冷却液分布器的均匀分配下进入外降膜头，过量的冷却液将通过冷却液溢流管回流，通过外降膜头的冷却液被外降膜头和外降膜再成膜器均匀布膜在内管的外壁，反应热通过内管传递给冷却液，冷却液吸收反应热后汽化，汽化后的气体通过中下壳体的冷却液蒸汽排出口排出，反应管夹层中还设有外降膜再成膜器对冷却液体进行再分布成膜，外降膜再成膜器上均匀的设有再成膜器溢流口与再成膜器排气口，更有利于冷却液在内管外均匀成膜，膜在饱和压力下蒸发，各反应管外壁各处温度均匀相等，各反应管内的催化剂浓度相等，进入反应管内的反应液相及反应气相在分布器、小过滤元件及大过滤元件的均匀分配下，物质的量的浓度各反应管保持相等，反应在反应器内放热均匀，各反应管各处温度均等，从而实现了反应器的等温控制。
优选的，整个***的温度、压力、液位、流量采用 控制***进行控制，保证设备运行过程中的稳定和高效。
本发明提出的一种沸腾式等温反应器及等温控制工艺，有益效果在于：选择合适的过滤元件将催化剂的触媒阻隔在反应器内管内；液相反应物料向下流动和反应气相物料向上流动，交错湍流带动触媒在反应管内呈沸腾状态，不仅反应均匀并有效提高催化剂效率；采用管外降膜蒸发将反应热带走，提高了换热效率；通过不同饱和压力下饱和温度的不同控制冷却溶剂的温度，达到控制整个***温度稳定和精确。气液交错，触媒沸腾，降膜蒸发，多元过滤，采用沸腾式等温反应器进行气液反应的过程工艺简单、操作方便、消耗低、控制精度高，副反应少。
附图说明
图 1 为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的结构示意图；
图 2 为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的大、小过滤元件示意图；
图3为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的大、小过滤元件的局部示意图；
图4为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的大、小过滤元件俯视示意图；
图5为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的内管结构剖视图；
图6为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的内管与外降膜管安装结构剖视图；
图7为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的外管降膜头俯剖视结构示意图；
图8为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的膜再分布器结构示意图；
图9为本发明提出的一种沸腾式等温反应器的外管再分布器结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-9，一种沸腾式等温反应器，包括上壳体A、中上壳体B、中部壳体C、中下壳体D与下壳体E，且其相邻壳体之间相互连通，上壳体A内有出气管口1、泡沫捕集器2、进液管3、进液分布器17，进液分布器17设置在上壳体A的内中部，且连通于进液管3，泡沫捕集器2设置在出气管口1的底部，且位于上壳体A的内顶部；中上壳体B内有大过滤元件4、小过滤元件5、冷却液进口11、冷却液溢流口7、冷却液分布器18、外降膜头8，且外降膜头8设置在小过滤元件5顶的两侧，大过滤元件4位于小过滤元件5的上端；中部壳体C内有内管6、外降膜管9、反应触媒10、外降膜再成膜器29；中下壳体D内有和中上壳体B相同结构的小过滤元件5及大过滤元件4、冷却液出口12、冷却液蒸汽排出口33；下壳体E内有进气口13、进气分布器15、反应液排液口14。
内管6两头均设置有小过滤元件5及大过滤元件4，内管6外侧设置有非固定管板，小过滤元件5及大过滤元件4分别通过紧固螺母21与紧固螺栓27用 0型软密封圈20和非固定管板固定在内管6上, 大、小过滤元件的选择，不仅阻隔触媒，减少催化剂的消耗，还促进反应物料的均匀分布。
内管6与非固定管板之间有锲型垫片19，且锲型垫片19能更好的缓解设备冷热产生的形变对设备造成的不良影响，保证内管6和非固定管板之间的密封性。
大过滤元件4设置在小过滤元件5外，保障反应触媒10不流失, 螺母压紧安装形式，安装维护简单方便。
外降膜头8均采用螺旋切线进料结构，外降膜头8采用外丝结构安装固定管板上，外降膜管9采用胀焊结构和固定管板固定相连，将预先安装好大过滤元件4及小过滤元件5的内管6穿入外降膜管9，然后将内管6在中下壳体D内定位安装，外降膜头8套上内管6之前要将外降膜再成膜器29安装在内管6与外降膜管9之间，外降膜头8套上内管6后将再成膜器连接拉杆24安装在外降膜头8上，外降膜头8在固定管板上紧固时将带动外降膜再成膜器29转动。
外降膜再成膜器29上设置有再成膜器溢流口22、再成膜器排气口23与再成膜器连接孔26，且其上端还连接有再成膜器连接拉杆24。
外降膜头8外侧设置有外降膜头紧固外六方25，且其上端还设置有外降膜头排气孔30与外降膜头螺旋进料缝31，所述外降膜头8还设置有再生膜器拉杆固定螺母32。
液相反应物料从上壳体进液管3进料，经过进液分布器17、上部大过滤元件4并在上升气体的搅动下，均匀分配后通过上部小过滤元件5，从上部进入内管6内。气相反应物质从下壳体E的进气口13进料，经过进气分布器15、下部大过滤元件4，均匀分配后通过下部小过滤元件5从下进入内管6内。内管6预先填充有合适量的触媒10，大、小过滤元件将触媒阻隔在各自反应管内，在气体液体湍流的带动下，触媒10以沸腾状态在内管6内浓度均匀分布。大小过滤元件不仅有效的阻隔触媒外流，在液相下压，气体上拥的双相作用下，过滤元件保持良好的通过性，不易造成堵塞。在中上壳体B设置有冷却溶剂进口11。根据反应温度选择合适的冷却溶剂，经冷却液分配器分配后18，进入外降膜头8内螺旋降膜孔31，冷却液被外降膜头8均匀布膜在内管6外壁。在外管内管形成的夹套内还设置了外降膜再成膜器29，外降膜再成膜器29保证整个内管6外壁均能将冷却液布膜均匀。外降膜再成膜器29上的再成膜器溢流口22与再成膜器排气口23将促进外膜的均匀。冷却溶剂为合适饱和压力下的饱合温度。整个反应器反应管壁外每个点处的温度为均一状态，保持反应管内外合适温度，冷却液膜内冷却液吸收反应管内通过管壁传递的热量汽化，汽化后的气体通过中下壳体排气管排出。冷却***在外通过换热器换热，控制冷却***的饱和压力精准控制反应温度。
本发明还提供了一种沸腾式等温反应器的等温控制工艺，具体包括以下步骤：
合适量的触媒预先装填在反应器的内管6内，反应液相物料从进液管3进入，通过进液分布器17透过大过滤元件4与小过滤元件5进入到内管6，反应气体通过进气口13经过进气分布器15均匀分布，通过中下部壳体内的大过滤元件4及内管6的小过滤元件5进入反应管内，在内管6内催化剂的作用下反应气体和反应液体进行化学反应，此时在上升气体的带动下，带有催化剂的触媒呈沸腾状态，发挥出催化剂的最大效率，选择合适的冷却溶剂控制其在冷却温度下处于饱合状态，冷却溶液通过冷却液进口11进入中上部反应器壳体，在冷却液分布器18的均匀分配下进入外降膜头8，过量的冷却液将通过冷却液溢流管回流，通过外降膜头8的冷却液被外降膜头8和外降膜再成膜器29均匀布膜在内管6的外壁，反应热通过内管6传递给冷却液，冷却液吸收反应热后汽化，汽化后的气体通过中下壳体的冷却液蒸汽排出口33排出，反应管夹层中还设有外降膜再成膜器29对冷却液体进行再分布成膜，外降膜再成膜器29上均匀的设有再成膜器溢流口22与再成膜器排气口23，更有利于冷却液在内管6外均匀成膜，膜在饱和压力下蒸发，各反应管外壁各处温度均匀相等，各反应管内的催化剂浓度相等，进入反应管内的反应液相及反应气相在分布器、小过滤元件5及大过滤元件4的均匀分配下，物质的量的浓度各反应管保持相等，反应在反应器内放热均匀，各反应管各处温度均等，从而实现了反应器的等温控制。
整个***的温度、压力、液位、流量采用 DCS 控制***进行控制，保证设备运行过程中的稳定和高效。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种沸腾式等温反应器，包括上壳体（A）、中上壳体（B）、中部壳体（C）、中下壳体（D）与下壳体（E），且其相邻壳体之间相互连通，其特征在于：所述上壳体（A）内有出气管口（1）、泡沫捕集器（2）、进液管（3）、进液分布器（17）；中上壳体（B）内有大过滤元件（4）、小过滤元件（5）、冷却液进口（11）、冷却液溢流口（7）、冷却液分布器（18）、外降膜头（8）；中部壳体（C）内有内管（6）、外降膜管（9）、反应触媒（10）、外降膜再成膜器（29）；中下壳体（D）内有和中上壳体（B）相同结构的小过滤元件（5）及大过滤元件（4）、冷却液出口（12）、冷却液蒸汽排出口（33）；下壳体（E）内有进气口（13）、进气分布器（15）、反应液排液口（14）；所述内管（6）两头均设置有小过滤元件（5）及大过滤元件（4），所述内管（6）的外侧设置有非固定管板，小过滤元件（5）及大过滤元件（4）通过紧固螺母（21）与紧固螺栓（27）用 0型软密封圈（20）和非固定管板固定在内管（6）上；所述大过滤元件（4）设置在小过滤元件（5）外，保障反应触媒（10）不流失；所述外降膜头（8）均采用螺旋切线进料结构，外降膜头（8）采用外丝结构安装在固定管板上，外降膜管（9）采用胀焊结构和固定管板固定相连，将预先安装好大过滤元件（4）及小过滤元件（5）的内管（6）穿入外降膜管（9），然后将内管（6）在中下壳体（D）内定位安装，外降膜头（8）套上内管（6）之前要将外降膜再成膜器（29）安装在内管（6）与外降膜管（9）之间，外降膜头（8）套上内管（6）后将再成膜器连接拉杆（24）安装在外降膜头（8）上，外降膜头（8）在固定管板上紧固时将带动外降膜再成膜器（29）转动；所述外降膜再成膜器（29）上设置有再成膜器溢流口（22）、再成膜器排气口（23）与再成膜器连接孔（26），且其上端还连接有再成膜器连接拉杆（24）；所述外降膜头（8）外侧设置有外降膜头紧固外六方（25），且其上端还设置有外降膜头排气孔（30）与外降膜头螺旋进料缝（31）,所述外降膜头（8）还设置有再生膜器拉杆固定螺母（32）。
2.根据权利要求1所述的一种沸腾式等温反应器，其特征在于，所述内管（6）与非固定管板之间有锲型垫片（19），且锲型垫片（19）能更好的缓解设备冷热产生的形变对设备造成的不良影响，保证内管（6）和非固定管板之间的密封性。
3.一种沸腾式等温反应器的等温控制工艺，其采用权利要求1所述沸腾式等温反应器，其特征在于：具体包括以下步骤：
合适量的触媒预先装填在反应器的内管（6）内，反应液相物料从进液管（3）进入，通过进液分布器（17）透过大过滤元件（4）与小过滤元件（5）进入到内管（6），反应气体通过进气口（13）经过进气分布器（15）均匀分布，通过中下部壳体内的大过滤元件（4）及内管（6）的小过滤元件（5）进入反应管内，在内管（6）内催化剂的作用下反应气体和反应液体进行化学反应，此时在上升气体的带动下，带有催化剂的触媒呈沸腾状态，发挥出催化剂的最大效率，选择合适的冷却溶剂控制其在冷却温度下处于饱合状态，冷却溶液通过冷却液进口（11）进入中上部反应器壳体，在冷却液分布器（18）的均匀分配下进入外降膜头（8），过量的冷却液将通过冷却液溢流管回流，通过外降膜头（8）的冷却液被外降膜头（8）和外降膜再成膜器（29）均匀布膜在内管（6）的外壁，反应热通过内管（6）传递给冷却液，冷却液吸收反应热后汽化，汽化后的气体通过中下壳体的冷却液蒸汽排出口（33）排出，反应管夹层中还设有外降膜再成膜器（29）对冷却液体进行再分布成膜，外降膜再成膜器（29）上均匀的设有再成膜器溢流口（22）与再成膜器排气口（23），更有利于冷却液在内管（6）外均匀成膜，膜在饱和压力下蒸发，各反应管外壁各处温度均匀相等，各反应管内的催化剂浓度相等，进入反应管内的反应液相及反应气相在分布器、小过滤元件（5）及大过滤元件（4）的均匀分配下，物质的量的浓度各反应管保持相等，反应在反应器内放热均匀，各反应管各处温度均等，从而实现了反应器的等温控制。
4.根据权利要求3所述的一种沸腾式等温反应器的等温控制工艺，其特征在于，整个***的温度、压力、液位、流量采用 DCS 控制***进行控制，保证设备运行过程中的稳定和高效。
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