CN109529728B - 用于固体粒子床层的流体混合分布器、设备和容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于固体粒子床层的流体混合分布器、设备和容器，该流体混合分布器(8)包括流体分配管(10)、流体接收管(9)、以及与流体分配管(10)连通的流体连通管(22)，所述流体接收管(9)沿轴向从流体分配管(10)向上延伸且与流体分配管(10)相连通，所述流体接收管(9)上扣合有流体混合帽(16)，所述流体混合帽(16)与所述流体接收管(9)之间形成有供流体通过的环隙(91)，每个流体分配管(10)上形成有流体分配口(24)。本发明提供的流体混合分布器和设备能够提高设置有固体粒子床层的容器中流体流动均匀性，使流体充分混合，降低流体流经时的压降。

Description

用于固体粒子床层的流体混合分布器、设备和容器

技术领域

本发明涉及一种用于固体粒子床层的流体混合分布器、设备和容器。

背景技术

石油化工领域中，在含有固体粒子的容器中进行的流体与固体粒子接触的过程被广泛用于诸如吸附分离、催化反应等操作中。其中吸附分离是石油化工中常用的分离技术，对于结构相近、沸点差很小的混合物的提纯具有非常好的效果。用于吸附分离的设备有固定床、移动床和模拟移动床，其中模拟移动床是目前吸附分离采用的主要设备。在模拟移动床中，可将固定相吸附剂设想为是逆于物料移动方向运动，待分离混合物料在分离工作区中部的某一点被连续输入，选定两个方向流动的流速的比率，料液自入口处就分成逆向流动的两部分，以进料入口为参考点，吸附剂似乎吸附了产品向上移动，因此称为“模拟移动床”。在进料点以上的位置越高，产品纯度就越高，而副产品却是在相反方向富集。模拟移动床的生产能力和分离效率比固定吸附床高，又可避免移动床吸附剂磨损、碎片或粉尘堵塞设备或管道以及固体颗粒缝间的沟流。

当流体流经含有固体粒子床层的模拟移动床、固定床这种分离或反应设备时，需要在设备内部设置一个或多个流体混合分布设备，将设备中的固体离子分成两个或多个固体粒子床层。流体混合分布设备设置在最上部的固体粒子床层之上和两个固体粒子床层之间，可以使通过该设备内的截面区域的流体混合更充分，流动更均匀，从而提高操作的效率。例如，设置流体混合分布设备可以降低甚至消除固体粒子床层内的沟流、短路和流动死区，从而减少径向温差以及流体浓度的变化。

中国专利CN201010514190.0公开了一种流体收集、混合、分布设备，沿容器的主轴方向从上到下通常包括以下部件：上床层支撑部件，流体收集部件，流体整流部件，下表面流体分布部件。流体收集部件位于上床层支撑部件下方，各部件以合理的间隔依次排布。该设备独特的流体整流部件使通过设备的流体获得更均匀的流动。另外该设备具有多种外部形状，能适应各种规模和安装要求的容器的使用需要。

中国专利CN201020000158.6公开了一种液体收集混合分配装置。该设备的特点是内部设置若干用于强化流体混合的迷宫构件。迷宫构件延长了流体混合的时间，强化的流体间的混合效果。

中国专利CN200580039141.3公开了一种用于流体-固体接触容器中的固体粒子床之间的混合器-分布器-收集器设备。该设备包括用于保持固体粒子的上部床层，并且容许流体向下流经所述混合器-分布器-收集器设备的上边界；位于上边界之下并与该上边界间隔开的流体分布器；上述两者之间并且和两者分别隔开的流体偏转板；贯穿偏转板的至少一个通道；还包括选自穿孔板、丝网、栅格、多孔固体、蜂窝状物体及其组合的流量控制器。该设备在直径较小的容器内，对流体具有良好的分布效果。但是在直径较大的容器内，流体在设备中的流动路径较长时，流体通过该设备时存在比较明显的流动死区，局部会产生高速射流，流体的混合分配效果一般。

中国专利CN99810540.6公开了一种流体分配-收集***，该设备包括用于混合、分配或抽出流体的若干分配盘和若干板条。该***具有两个腔室，其中一个腔室进行外部流体的引入，另一个腔室进行容器内流体的抽出。在操作过程中，进行流体的导入或抽出的操作切换时，无须对管道进行冲洗。该设备能提供有比较好的流体分配效果，但是内部结构复杂，腔室数量的增加导致管道数量的增加，减小了容器内的有效体积。该设备外形结构比较单一，适合用于规模较大的容器，对于较小的容器，安装该设备比较困难。

综上所述，目前使用的流体混合分布设备还存在以下问题需要改进：(1)流体在大型设备中的流动路径较长，容易形成流动死区。(2)流体在大型设备内存在比较大的浓度梯度，流体混合不充分。(3)复杂的内部结构导致流体流经设备时的压降较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于固体粒子床层的流体混合分布器、设备和容器，本发明提供的流体混合分布器和设备能够提高设置有固体粒子床层的容器中流体流动均匀性，使流体充分混合，降低流体流经时的压降。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于固体粒子床层的流体混合分布器，该流体混合分布器包括流体分配管、流体接收管、以及与流体分配管连通的流体连通管，所述流体接收管沿轴向从流体分配管向上延伸且与流体分配管相连通，所述流体接收管上扣合有流体混合帽，所述流体混合帽与所述流体接收管之间形成有供流体通过的环隙，每个流体分配管上形成有流体分配口。

优选地，所述流体分配管为多个且沿流体连通管轴向并排布置，所述流体连通管与每个流体分配管连接。

优选地，所述流体接收管外径与所述流体混合帽的内径之比为1：(1.2-10)，所述流体接收管与所述流体分配管的内径之比为1：(1-10)，相邻流体分配管的间距与所述流体分配管外径的比值为(1.5-100)：1，所述流体连通管与所述流体分配管的内径之比为1：(1-5)；所述流体分配口为小孔或条缝，所述流体分配口的宽度为1.5-10毫米，相邻流体分配口的间距为2-50毫米，每个所述流体分配管上流体分配口的总开口面积与该流体分配管的表面积的比例为1：(5-100)。

本发明还提供一种用于固体粒子床层的流体混合分布设备，该流体混合分布设备包括上床层支撑部件、下床层流体分布部件、设置于所述上床层支撑部件和下床层流体分布部件之间的流体收集板、以及本发明所提供的流体混合分布器，所述上床层支撑部件与流体收集板之间形成上层空间，所述流体收集板与所述下床层流体分布部件之间形成下层空间，所述上床层支撑部件上方的空间通过所述上床层支撑部件与所述上层空间流体连通；所述流体混合分布器的流体连通管和流体分配管设置于所述流体收集板下方的下层空间中，所述流体接收管由下至上穿过所述流体收集板且所述流体混合帽设置于所述流体收集板上方的上层空间中，所述上层空间仅通过所述环隙、流体接收管、流体连通管和流体分配管与所述下层空间流体连通。

优选地，所述上床层支撑部件包括固体颗粒阻挡层和设置于所述固体颗粒阻挡层下方用于支撑固体颗粒阻挡层的支撑层；所述固体颗粒阻挡层由选自丝网、格栅、多孔筛板和蜂窝状材料的至少一种构成，所述支撑层为支撑条和/或支撑板。

优选地，所述下床层流体分布部件由金属丝网或多孔材料构成，设置或不设置有支撑层；所述下床层流体分布部件的总开孔面积与所述下床层流体分布部件横截面积的比例为1:(5-100)。

优选地，所述下床层流体分布部件与所述流体收集板之间的距离为H，下床层流体分布部件中相邻开孔的平均中心线距离为M_G，H与M_G的比值为2-100。

优选地，所述流体收集板上形成有供流体接收管所穿过的开孔，所述流体收集板的总开孔面积与所述流体收集板的横截面积的比例为1：(5-200)。

优选地，所述设备还设置有流体导入抽出部件和导入抽出管，所述流体导入抽出部件与所述导入抽出管流体连通，所述导入抽出管用于流体连通固体粒子床层外部的物料储罐；所述流体导入抽出部件为中空管，且侧壁设置有多个流体导入抽出口，所述流体导入抽出口为小孔或条缝。

优选地，所述流体导入抽出口的宽度为1.5-10毫米，相邻流体导入抽出口的间距为5-100毫米，所述流体导入抽出口的总开口面积与所述流体导入抽出部件的侧壁面积之比为1：(5-100)。

优选地，所述流体接收管和流体混合帽分布于所述流体导入抽出部件的一侧或两侧。

本发明还提供一种设置有固体粒子床层的容器，该容器包括容器外壳和沿容器外壳的轴向由上至下设置于容器外壳中的一个或多个固体粒子床层，至少一个固体粒子床层的上方和/或下方设置有本发明所提供的流体混合分布设备。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供的流体混合分布器8，能均匀地将流体收集板7收集的流体通过流体接收管9导入流体混合分布设备的下层空间12，并通过流体分配管10和流体连通管22均匀的进行分布。

本发明提供的流体混合分布器8既能有效强化从流体导入抽出部件15导入的外部流体与流体收集板7收集的上游流体间的混合，又能有效的收集上游流下的流体，并将其导出设备。

本发明提供的流体混合分布器8，可根据设备的尺寸调节流体接收管9和流体分配管10的数量，满足不同规模设备，特别是大型设备的流体混合分布需要。

本发明提供的流体混合分布设备，使通过设备的流体获得更均匀的流动，更充分的混合和更小的流动波动干扰。而且结构简单，流体通过时压降较小，能适应各种规模的容器的流体分配要求，特别适用于大型容器的流体混合分配过程。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的设置有固体粒子床层和流体混合分布设备的容器一种具体实施方式的剖面侧视图；

图2为本发明提供的流体混合分布设备一种具体实施方式的剖面示意图；

图3为本发明提供的上床层支撑部件一种具体实施方式的结构示意图；

图4为本发明提供的流体收集板的一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明提供的流体导入抽出管一种具体实施方式的侧视示意图；

图6A为本发明提供的流体混合分布器一种具体实施方式的结构示意图；

图6B为本发明提供的流体混合分布器一种具体实施方式的剖面示意图；

图6C为本发明提供的流体混合分布器一种具体实施方式的仰视示意图；

图7为中国专利CN101056684A中公开的混合器-分布器-收集器设备的结构示意图。

附图标记说明

1容器 2固体粒子床层 3流体混合分布设备

4容器入口 5上床层支撑部件 6下床层流体分布部件

7流体收集板 8流体混合分布器 9流体接收管

10流体分配管 11上层空间 12下层空间

13容器外壳 14垂直轴线 15流体导入抽出部件

16流体混合帽 17导入抽出管 18导入抽出口

19纵支撑梁 20横支撑梁 21中心管

22流体连通管 23支撑圈 24流体分配口

91环隙

105固体阻滞筛 106流体分布器 107流量控制器

108流体偏转装置 109通道 118管道

119混合箱 120防溅板

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明中，若无特殊说明，两个部件之间的距离(间距)是指两个部件连线的最短长度。

如图6A-6C所示，本发明提供一种用于固体粒子床层的流体混合分布器，该流体混合分布器8包括流体分配管10、流体接收管9、以及与流体分配管10连通的流体连通管22，所述流体接收管9沿轴向从流体分配管10向上延伸且与流体分配管10相连通，所述流体接收管9上扣合有流体混合帽16，所述流体混合帽16与所述流体接收管9之间形成有供流体通过的环隙91，每个流体分配管10上形成有流体分配口24。本发明提供的流体混合分布器能够有效将来自上方的流体通过环隙91、流体接收管9、流体分配管10和流体连通管22进行混合后通过流体分配口24再分配，在流体混合帽16和流体接收管9的作用下，在环隙91中形成强制绕流，延长流体间混合的路径，强化流体的混合，从而提高了分配到下层固体粒子床层的流体的均匀性，进而提高反应效率以及流体的导入抽出效率。

如图6B所示，流体混合帽16与流体接收管9之间可以部分接触以固定流体混合帽，例如可以通过弹簧、焊接、筛网等方式相连，流体混合帽16的下沿低于流体接收管9的上沿，从而使流体混合帽扣合在流体接收管上。流体接收管9是中空管，其顶部可以设置多孔板或波纹板，强化流体间的混合。流体接收管9的横截面形状可以是矩形、圆形、椭圆形或其他形状，相应的流体混合帽16的横截面形状也可以是矩形、圆形、椭圆形或其他形状。以圆形为例，所述流体接收管9外径与所述流体混合帽16的内径之比可以为1：(1.2-10)。每组流体混合帽16和流体接收管9的间距可以为10-200毫米，优选为20-100毫米，每组流体混合帽16和流体接收管9的形状和直径可以一致，也可以有所差别。

根据容器的规模，流体分配管10的数目可以是一个或多个，可以缩短流体的流动路径，降低或消除流动死区。如图6A-6C所示，当流体分配管为多个时，其直径可以是相等的，也可以随距离流体接收管9的径向距离增加而缩小，所述流体分配管10可以为多个且沿流体连通管22轴向并排布置，所述流体连通管22可以与每个流体分配管10连接，优选交错连接，从而提高了流体分配管分配流体的范围。所述流体接收管9与所述流体分配管10连通，二者内径之比可以为1：(1-10)；相邻流体分配管10的间距与所述流体分配管10外径的比值可以为(1.5-100)：1，优选为(5-50)：1；所述流体连通管22与所述流体分配管10连通，流体分配管10和流体连通管22的截面形状可以是矩形、圆形、椭圆形或其他形状，若均为圆形，二者内径之比可以为1：(1-5)，所述流体连通管22的长度与整个流体混合分布设备的径向长度之比可以为1：(1.2-10)，流体连通管22的直径可以是一致的，也可以随距离流体接收管9的径向距离增加而缩小，流体连通管22表面一般是无孔或条缝的，但是根据需要也可以开一部分小孔或条缝；所述流体分配口24可以为小孔或条缝，使流体能均匀的分配到流体分配管的下方的空间中，所述流体分配口24的宽度(若为小孔则指直径)为1.5-10毫米，优选为2-6毫米，相邻流体分配口24的间距可以为2-50毫米，优选为10-30毫米，每个所述流体分配管10上流体分配口24的总开口面积与该流体分配管10的表面积的比例可以为1：(5-100)，优选为1：(10-50)，且优选随距离流体接收管9的径向距离增加而减小。

如图2所示，本发明还提供一种用于固体粒子床层的流体混合分布设备，该流体混合分布设备3包括上床层支撑部件5、下床层流体分布部件6、设置于所述上床层支撑部件5和下床层流体分布部件6之间的流体收集板7、以及本发明所提供的流体混合分布器8，所述上床层支撑部件5与流体收集板7之间形成上层空间11，所述流体收集板7与所述下床层流体分布部件6之间形成下层空间12，所述上床层支撑部件5上方的空间通过所述上床层支撑部件5与所述上层空间11流体连通；所述流体混合分布器8的流体连通管22和流体分配管10设置于所述流体收集板7下方的下层空间12中，所述流体接收管9由下至上穿过所述流体收集板7且所述流体混合帽16设置于所述流体收集板7上方的上层空间11中，所述上层空间11仅通过所述环隙91、流体接收管9、流体连通管22和流体分配管10与所述下层空间12流体连通(安装在容器中时)。本发明提供的流体混合分布设备能够支撑固体粒子床层并将来自固体粒子床层的流体进行收集、混合和分布，从而提高了下层固体粒子床层的反应效率以及流体的导入抽出效率。

所述上床层支撑部件5用于支撑上层固体粒子床层并使流体通过，如图3所示，例如可以包括固体颗粒阻挡层和设置于所述固体颗粒阻挡层下方用于支撑固体颗粒阻挡层的支撑层；所述固体颗粒阻挡层可以采用称为“成型金属丝筛网”的特殊类型的栅格，也可以由选自丝网、格栅、多孔筛板和蜂窝状材料的至少一种构成，其材料可以是金属、金属烧结材料或其它材料，固体颗粒阻挡层上所形成的开口(例如小孔或条缝)的尺寸应小于固体颗粒的最小通过尺寸，例如该开口的宽度小于固体颗粒的最小粒径；所述支撑层可以为支撑条(梁)和/或支撑板，用于支撑上游床层颗粒的重量和流体流动造成的压力。支撑条(梁)可以横纵交错构成，例如可以由位于上部的横支撑梁20和位于下部的纵支撑梁19所组成，从而提高了支撑层的支撑强度，防止支撑层断裂；支撑板可以为开孔的成型板构成。

如图2所示，所述下床层流体分布部件6用于对来自流体混合分布器分布后的流体进行再分布并输送至下层固体粒子床层，同时阻挡下游床层的固体颗粒进入设备，例如可以由金属丝网或多孔材料构成，设置或不设置有支撑层，支撑层也可以是支撑条，或具有一定强度的多孔烧结金属材料构成，例如可以在下床层流体分布部件的下部沿容器外壳13的内壁设置支撑圈23以将下床层流体分布部件固定在容器外壳13中；所述下床层流体分布部件6的总开孔面积与所述下床层流体分布部件6横截面积的比例可以为1:(5-100)，优选为1：(10-30)。

一种实施方式，所述下床层流体分布部件6与所述流体收集板7之间的距离为H，下床层流体分布部件6中相邻开孔的平均中心线距离为M_G，H与M_G的比值为2-100，优选为10-30，从而有利于流体分布，并减少对下床层的冲击。

流体收集板用于隔开上层空间和下层空间以使流体通过流体混合分布器进行混合和分布，流体收集板可以为基本无孔的平板或斜板，根据情况可在其下部设置导流板，如图4所示，所述流体收集板7上可以形成有供流体接收管9所穿过的开孔，取决于流体接收管9的形状，开孔可以是圆形、椭圆形、方形或其它形状。所述流体收集板7的总开孔面积与所述流体收集板7的横截面积的比例可以为1：(5-200)。所述流体收集板7可以为由多个扇形板所拼接而成的圆形板，以提高安装的方便性。

为了方便将富含反应产物的流体从固体粒子床层之间抽出并导入富含反应原料的流体以及其它有助于反应的流体例如解吸剂，如图2和图5所示，所述设备还可以设置有流体导入抽出部件15和导入抽出管17，所述流体导入抽出部件15可以与所述导入抽出管17流体连通，所述导入抽出管17用于流体连通固体粒子床层外部的物料储罐，例如导入抽出管17可以依次穿透上床层支撑部件5和容器外壳13并向容器外部延伸，从流体导入抽出部件15和导入抽出管17导入上层空间的流体与来自固体粒子床层的流体可以通过流体混合分布器进行混合和分布。所述流体导入抽出部件15的形状可以是矩形、弧形、环形或十字形等，例如为中空管，且侧壁可以设置有多个流体导入抽出口18，所述流体导入抽出口18可以为小孔或条缝。所述流体导入抽出口18的宽度(若为小孔则指直径)可以为1.5-10毫米，优选为3-8毫米，相邻流体导入抽出口18的间距可以为5-100毫米，优选为10-60毫米，所述流体导入抽出口18的总开口面积与所述流体导入抽出部件15的侧壁面积之比可以为1：(5-100)，优选为1：(20-60)，进一步优选为1：(30-40)。

为了方便外部导入的流体与上层固定粒子床层的流体充分混合并引导流体进入下层空间，如图2所示，所述流体接收管9和流体混合帽16可以分布于所述流体导入抽出部件15的一侧或两侧。

如图1-2所示，本发明还提供一种设置有固体粒子床层的容器，该容器1包括容器外壳13和沿容器外壳13的轴向由上至下设置于容器外壳13中的一个或多个固体粒子床层2，至少一个固体粒子床层2的上方和/或下方设置有本发明所提供的流体混合分布设备3，优选地每个固体粒子床层2由位于其下方的所述流体混合分布设备3的上床层支撑部件5所支撑。本发明设置有固体粒子床层的容器设置有流体混合分布设备，能够使通过其中的流体更均匀地流动，能够更充分地混合和更小流动波动干扰。

本发明提供的流体混合分布设备可用于任何流体与固体粒子接触的过程，流体和固体粒子接触的容器中可单独使用一个高性能流体混合分布设备，也可以同时使用多个设备。流体在容器1内沿垂直轴线14向下流经通过各个分隔的固体粒子床层。构成固体粒子床层的材料可以包括吸附剂、树脂、催化剂以及惰性材料，但并不因此而受到限制。流经粒子床的流体可以是蒸汽、液体或超临界流体，且流体可以是纯物质，也可以是多种化合物或多种流体的混合物，只要这些混合物基本上是一个相。石油化工行业中有许多这种流体与固体粒子接触的过程，例如各种反应及分离过程。本发明提供的设备优先使用于吸附分离过程。

本发明提供的高性能流体混合分布设备不仅可以安装于诸如模拟移动床这类含有固体粒子床层的容器的中部，使粒子床层间相互分隔，对流体起到收集、混合和分配的作用，也可以放在容器的顶部起流体的初始分配作用，或者放在容器的底部起最终收集作用。

本发明中，如图1所示，若容器1体积不大，流体混合分布设备3的中心可以由容器1的垂直轴线14穿过；如图2所示，若容器1的体积较大，可以沿容器1的垂直轴线14的延伸方向设置中心管21，而流体混合分布设备3以中心管21为中心并沿容器的径向进行布置，此时流体分布板7可以呈如图4所示的扇形。

下面提供本发明的流体混合分布设备的具体使用方式，但是并不因此而限制本发明。

本发明提供的流体混合分布设备的工作过程为：如图1-2所示，流体从容器1的容器入口4进入容器1中并通过流体混合分布设备3进入固体子床层2，固体粒子床层2流出的流体经过又一个流体混合分布设备3的上床层支撑部件5进入设备上层空间11，被流体收集板7收集，进入流体混合分布器8上部的流体混合帽16中。如果此时外部流体通过流体导入抽出管17进入流体导入或抽出部件15，并通过流体导入或抽出部件15上的小孔18进入设备上层空间11，并在空间11内进入流体混合分布器8上部的流体混合帽16中，与上游固体粒子床层3进入流体混合分布设备3的流体接触。如图6A-6C所示，两股流体在流体混合帽16和流体接收管9的共同作用下，在流体混合分布器8上部的环隙91中形成绕流，实现充分的混合。混合后的流体通过流体接收管9进入流体混合分布器8下部的流体分配管10。如果设备中有多个流体分配管10，则流体通过流体混合分布器8下部的流体连通管22，分配到每个流体分配管10。每个流体分配管10内的流体，从流体分配管10上开有的流体分配口24流出，均匀的进入设备下层空间12。流体在设备的下层空间12中，通过下床层流体分布部件6的最终分配，均匀地进入下游固体粒子床层2。如果此时将设备内的流体通过流体混合分布器8连接的流体导入抽出部件15抽出到容器外，则由流体收集板7收集的流体，一部分从流体导入抽出部件15上的导入抽出口18进入流体导入抽出部件15，进而通过导入抽出管17抽出到容器外。剩余流体通过流体混合分布器8上部的环隙91，在流体混合帽16和流体接收管9的共同作用下，在环隙91中形成绕流，实现充分的混合。混合后的流体通过流体接收管9进入流体混合分布器8下部的流体分配管10。如果设备中有多个流体分配管10，则流体通过流体混合分布器8下部的流体连通管22，分配到每个流体分配管10。每个流体分配管10内的流体，从流体分配管10上开有的流体分配口24流出，均匀的进入设备下层空间12。流体在设备的下层空间12中，通过下床层流体分布部件6的最终分配，均匀的进入下游固体粒子床层3。

下面通过实施例进一步说明本发明提供的流体混合分布器和流体混合分布设备，但本发明并不因此受到任何限制。

整个实验***由一直径为2000mm的垂直定向的圆柱形有机玻璃柱组成。由于***内特定位置有一定的压力，所以在***同时配备压力平衡组件。将液体储槽的液体(水)用泵打入该圆柱的顶部。调节泵量以控制水的体积流量，并通过流量计进行监控。水从圆柱的底部经管线回到液体储槽。实验时，将本发明提供的流体混合分布设备(流体混合分布器)和现有技术提供的流体混合分布设备放置于圆柱内，且保证设备的上表面与液体入口的垂直距离为1500mm，以此来评估流体混合分布设备的性能。流体混合分布设备上游的固体粒子床层和下游的固体粒子床层的底部均配装填总高度为500mm直径为6.0mm的瓷球和总高度为150mm直径为2.0-3.0mm的球形玻璃珠，然后在床层顶部装填总高度为150mm直径为1.0mm的实心球，即每个床层由上至下均为实心球-瓷球-球形玻璃珠的装填方式，床层顶部与流体混合分布设备底部间距为40mm。

实施例1

实施例1说明本发明的流体混合分布设备的分配效果。

实验方法：将本发明提供的如图2所示的流体混合分布设备放置于上面描述的实验***中。所述流体混合分布设备所在容器截面积与流体接收管9的总截面积(即流体收集板7的总开孔面积)之比为47.5:1。所述的流体混合分布器8上部的流体混合帽16和流体接收管9分别排布在流体导入抽出部件15两侧，每侧排布5组，每组流体混合帽16的直径(外径，管壁厚度均为2mm，下同)为65mm，流体接收管9的直径为40mm。流体混合分布器8下部的流体分配管10设4个，间距为500mm，每个直径均相同，为80mm。流体混合分布器8下部的流体连通管直径为80mm，长度为1600mm。流体分配口为小孔，每个流体分配口的宽度为5毫米，相邻流体分配口的间距为15毫米，每个靠近中间的流体分布管10的总开口面积与该流体分配管10的表面积之比为1:42，两端的流体分布管10的总开口面积与该流体分配管10的表面积之比为1:65，下床层流体分布部件6与所述流体收集板7之间的距离为H，下床层流体分布部件6中相邻开孔的平均中心线距离为M_G，H与M_G的比值为4，下床层流体分布部件6的总开孔面积与所述下床层流体分布部件6横截面积的比例为1:10。

然后，在不干扰固体粒子床的情况下缓慢将水注入并充满容器。***充满水后，提高水的流量，使床层内的水以15mm/s、20mm/s或40mm/s的平均线速度向下流动，观察流体混合分布设备上游和下游粒子床层内的流体和粒子的运动情况。在设备下方和下游床层上方之间某一平面上内设置一系列的测速点，测量同一个高度、不同位置的流体的线速度评估流体速度分布是否均匀。判断标准为平面内每个测速点流体流速偏离这一平面流体平均流速的相对平均偏差，即速度不均匀度。改变床层内的平均线速度，进行一系列的评估，评估结果如表1所示。

速度不均匀度的计算方法：

平均速度：

速度平均偏差：

速度不均匀度：

n——测速点数量；

v_i——每个测量点的流体速度，m/s；

——测量平面上流体的平均流速，m/s。

对比例1

对比例1说明CN101056684A中公开的流体收集器-混合器-分配器的分配效果。

对比结构，采用现在技术中广泛应用的CN101056684A中公开的模拟移动床吸附分离混合器-分布器-收集器设备。该设备结构示意图如图7所示，包括固体阻滞筛105(相当于上床层支撑部件)、流体偏转装置108(相当于流体收集部件)、通道109、混合箱119(腔室)，管道118，防溅板120，流体分布器106(相当于下床层流体分布部件)和流量控制器107。流经上游固体粒子床2的流体通过固体阻滞筛105进入设备，在流体偏转装置108的收集下，通过通道109进入设备下层空间，在防溅板120的阻挡下改变流动方向，在经过流体分布器106进行分配后，通过流量控制器107进入下游固体粒子床。

实验方法同实施例1，结果见表1。

实施例2

实施例2说明本方明提供的流体混合分配设备的混合效果。

将本方明提供的流体混合分布设备，具体结构同实施例1，增设流体导入抽出部件15和导入抽出管17，流体导入抽出部件15为中空管，且侧壁设置有多个流体导入抽出口18(直径为2mm，相邻距离为10mm)，流体导入抽出口18的总开口面积与所述流体导入抽出部件15的侧壁面积之比为1：20，将流体混合分布设备放置于上面描述的实验***中。然后，在不干扰粒子床的情况下缓慢将水注入并充满容器。***充满水后，提高水的流量，使床层内的水以15mm/s、20mm/s或40mm/s的平均线速度向下流动。然后，从流体导入抽出管17注入示踪剂，示踪剂为一定浓度的盐水，在设备下方和下游粒子床之间的某一高度的平面内设置一系列浓度测量点，评估设备的混合效果。评判标准为，平面内浓度测量点测量的盐水浓度值偏离该平面内浓度平均值的浓度相对平均偏差，即浓度不均匀度，评估结果见表2。

浓度不均匀度的计算方法：

平均浓度：

浓度平均偏差：

浓度不均匀度：

n——测量点数量；

C_i——每个测量点的流体浓度，mol/m³；

——测量平面上流体的平均浓度，mol/m³。

对比例2

对比结构，采用现在技术中广泛应用的CN101056684A中公开的模拟移动床吸附分离混合器-分布器-收集器设备，具体结构同对比例1。实验方法同实施例2，结果见表2。

对比例3

采用中国专利CN 102451647 A实施例1的方法进行实验，不同之处在于采用本发明提供的实验***进行，结果见表1。

对比例4

采用中国专利CN 102451647 A实施例2的方法进行实验，不同之处在于采用本发明提供的实验***进行，结果见表2。

由表1可见，本方明所提供的流体混合分布设备能使流体进入设备下游粒子床前，具有更均匀的流动。

由表2可见，本方明所提供的流体混合分布设备，使外部导入的流体与容器内的主流体得到更充分的混合。

表1设备下方流体的速度相对平均偏差评估结果

表2设备下方流体的浓度相对平均偏差评估结果

Claims (12)

1.一种用于固体粒子床层的流体混合分布器，该流体混合分布器(8)包括流体分配管(10)、流体接收管(9)、以及与流体分配管(10)连通的流体连通管(22)，所述流体接收管(9)沿轴向从流体分配管(10)向上延伸且与流体分配管(10)相连通，所述流体接收管(9)上扣合有流体混合帽(16)，所述流体混合帽(16)与所述流体接收管(9)之间形成有供流体通过的环隙(91)，每个流体分配管(10)上形成有流体分配口(24)。

2.根据权利要求1所述的流体混合分布器，其中，所述流体分配管(10)为多个且沿流体连通管(22)轴向并排布置，所述流体连通管(22)与每个流体分配管(10)连接。

3.根据权利要求2所述流体混合分布器，其中，所述流体接收管(9)外径与所述流体混合帽(16)的内径之比为1：(1.2-10)，所述流体接收管(9)与所述流体分配管(10)的内径之比为1：(1-10)，相邻流体分配管(10)的间距与所述流体分配管(10)外径的比值为(1.5-100)：1，所述流体连通管(22)与所述流体分配管(10)的内径之比为1：(1-5)；

所述流体分配口(24)为小孔或条缝，所述流体分配口(24)的宽度为1.5-10毫米，相邻流体分配口(24)的间距为2-50毫米，每个所述流体分配管(10)上流体分配口(24)的总开口面积与该流体分配管(10)的表面积的比例为1：(5-100)。

4.一种用于固体粒子床层的流体混合分布设备，该流体混合分布设备(3)包括上床层支撑部件(5)、下床层流体分布部件(6)、设置于所述上床层支撑部件(5)和下床层流体分布部件(6)之间的流体收集板(7)、以及权利要求1、2或3所述的流体混合分布器(8)，所述上床层支撑部件(5)与流体收集板(7)之间形成上层空间(11)，所述流体收集板(7)与所述下床层流体分布部件(6)之间形成下层空间(12)，所述上床层支撑部件(5)上方的空间通过所述上床层支撑部件(5)与所述上层空间(11)流体连通；

所述流体混合分布器(8)的流体连通管(22)和流体分配管(10)设置于所述流体收集板(7)下方的下层空间(12)中，所述流体接收管(9)由下至上穿过所述流体收集板(7)且所述流体混合帽(16)设置于所述流体收集板(7)上方的上层空间(11)中，所述上层空间(11)仅通过所述环隙(91)、流体接收管(9)、流体连通管(22)和流体分配管(10)与所述下层空间(12)流体连通。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述上床层支撑部件(5)包括固体颗粒阻挡层和设置于所述固体颗粒阻挡层下方用于支撑固体颗粒阻挡层的支撑层；所述固体颗粒阻挡层由选自丝网、格栅、多孔筛板和蜂窝状材料的至少一种构成，所述支撑层为支撑条和/或支撑板。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述下床层流体分布部件(6)由金属丝网或多孔材料构成，设置或不设置有支撑层；所述下床层流体分布部件(6)的总开孔面积与所述下床层流体分布部件(6)横截面积的比例为1:(5-100)。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述下床层流体分布部件(6)与所述流体收集板(7)之间的距离为H，下床层流体分布部件(6)中相邻开孔的平均中心线距离为M_G，H与M_G的比值为2-100。

8.根据权利要求4所述的设备，其中，所述流体收集板(7)上形成有供流体接收管(9)所穿过的开孔，所述流体收集板(7)的总开孔面积与所述流体收集板(7)的横截面积的比例为1：(5-200)。

9.根据权利要求4所述的设备，其中，所述设备还设置有流体导入抽出部件(15)和导入抽出管(17)，所述流体导入抽出部件(15)与所述导入抽出管(17)流体连通，所述导入抽出管(17)用于流体连通固体粒子床层外部的物料储罐；

所述流体导入抽出部件(15)为中空管，且侧壁设置有多个流体导入抽出口(18)，所述流体导入抽出口(18)为小孔或条缝。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述流体导入抽出口(18)的宽度为1.5-10毫米，相邻流体导入抽出口(18)的间距为5-100毫米，所述流体导入抽出口(18)的总开口面积与所述流体导入抽出部件(15)的侧壁面积之比为1：(5-100)。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述流体接收管(9)和流体混合帽(16)分布于所述流体导入抽出部件(15)的一侧或两侧。

12.一种设置有固体粒子床层的容器，该容器(1)包括容器外壳(13)和沿容器外壳(13)的轴向由上至下设置于容器外壳(13)中的一个或多个固体粒子床层(2)，至少一个固体粒子床层(2)的上方和/或下方设置有权利要求4-11中任意一项所述的流体混合分布设备(3)。

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