一種氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)，所述氣體分布器包括至少一個氣體分布盤，所述氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結(jié)構(gòu)，所述波紋片的波棱不沿豎直方向設(shè)置，相鄰兩個所述波紋片的波棱的傾斜方向相反。本發(fā)明的氣體分布器一方面可使大小不一的氣泡在流經(jīng)氣體分布器后變成大小相近的小氣泡，并被均勻地分布在設(shè)備的整個橫截面上，有利于提高傳質(zhì)速率，也即是本發(fā)明的氣體分布器具有氣泡大小均一、分布均勻且分布面積大的優(yōu)點，另一方面還可促進流體的組成、溫度、流速等參數(shù)在傳質(zhì)設(shè)備徑向上趨于一致，以減少甚至避免流體的返混。
【專利說明】
一種氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于鼓泡塔的新型氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油化工、煤化工等工業(yè)生產(chǎn)中，以液相為連續(xù)相、氣相為分散相的氣液兩相或氣液固三相反應(yīng)器是一類重要的傳質(zhì)設(shè)備。在這些設(shè)備中，可使氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細粒的液體層從而實現(xiàn)氣液固三相反應(yīng)過程的漿態(tài)床反應(yīng)器以其結(jié)構(gòu)簡單、分散效果均勻、傳遞性能良好、操作方便等優(yōu)點受到了越來越多的關(guān)注，尤其是近年來在以合成氣為原料生產(chǎn)液態(tài)和固態(tài)烴的費一托反應(yīng)、以對二甲苯為原料合成對苯二甲酸等工藝中產(chǎn)業(yè)化的成功顯示了漿態(tài)床反應(yīng)器在石油化工領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿?。漿態(tài)床反應(yīng)器中的流體力學(xué)特征，如流型、氣含率、氣泡大小及分布、氣泡在液相中的停留時間等，都直接影響反應(yīng)器內(nèi)部的傳遞性質(zhì)，而決定上述流體特征的反應(yīng)器部件無疑是氣體分布器。
[0003]目前，國內(nèi)主流的氣體分布器可分為四種結(jié)構(gòu):板式、管式、泡罩式和噴嘴式，上述現(xiàn)有的氣體分布器雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)氣體的均勻分布，但它們的共同缺點是，氣體在反應(yīng)器的整個豎直空間內(nèi)的均勻分布面積較小，且氣泡大小不一，由此導(dǎo)致反應(yīng)器中心氣泡多而周邊氣泡少，同時還會引起液相或液固相的嚴重返混，造成反應(yīng)液與氣體接觸反應(yīng)的范圍變小，降低了反應(yīng)效率。因此，研究與開發(fā)一種可將氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮【?、分布均勻的小氣泡、并能提供更多氣體分布面積、同時還可避免液相返混的新型氣體分布器，依然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的氣體分布器所存在的氣泡大小不一、分布不均勻、且氣泡分布面積較小、易造成液相返混的缺陷，進而提供一種可獲得大小均一、分布均勻的小氣泡、且氣泡分布面積大、可避免液相返混的結(jié)構(gòu)新穎的氣體分布器及包含該氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)。
[0005]為此，本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為:
[0006]—種氣體分布器，包括至少一個氣體分布盤，所述氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結(jié)構(gòu)，所述波紋片的波棱不沿豎直方向設(shè)置，相鄰兩個所述波紋片的波棱的傾斜方向相反。
[0007]所述波紋片的波峰高度為4?20mm;所述波紋片的波面角為70?90°;所述波紋片的傾角為25?50°，所述傾角指的是所述波紋片的波棱與豎直方向的夾角。
[0008]在所述波紋片上設(shè)置有通孔，所述通孔的開孔率為3?15%。
[0009]所述通孔為直徑3?5mm的圓孔，或者所述通孔為(5?7)mmX (2?3)mm的長方孔。
[0010]波紋片的材質(zhì)可為各種金屬和合金、塑料、陶瓷，當采用金屬和合金時，波紋片的厚度一般為0.2mm。
[0011]所述氣體分布盤的高度為150?350mm。
[0012]所述氣體分布器由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，所述兩個氣體分布盤中的所述波紋片互相垂直。
[0013]—種包含上述氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)，包括，沿氣體流動方向依次設(shè)置的氣體預(yù)分布器和所述氣體分布器;所述氣體預(yù)分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離D與所述氣體分布器中的所述氣體分布盤的高度H、及所述波紋片的傾角α之間滿足如下關(guān)系:HXtga^D^2XHXtga0
[0014]所述氣體預(yù)分布器與所述氣體分布器之間的距離不超過300mm。
[0015]所述氣體分布系統(tǒng)還包括氣體再分布器，所述氣體再分布器的結(jié)構(gòu)與所述氣體分布器的結(jié)構(gòu)相同。
[0016]所述氣體分布器與所述氣體再分布器之間的距離為I?4m，優(yōu)選為1.5?3m;
[0017]當所述氣體再分布器為兩個或多個時，相鄰兩個所述氣體再分布器之間的距離為I?4m，優(yōu)選為1.5?3m。
[0018]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點:
[0019]1、本發(fā)明所述的氣體分布器包括氣體分布盤，該氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結(jié)構(gòu)，波紋片的波棱不沿豎直方向設(shè)置，且相鄰兩個波紋片的波棱的傾斜方向相反，由此可使氣體分布器中的相鄰兩個波紋片的流體通道相互交錯，從而有利于在通道中流動的流體連續(xù)地進行混合，這樣一方面可使大小不一的氣泡在流經(jīng)氣體分布器后變成大小相近的小氣泡，并被均勻地分布在設(shè)備的整個橫截面上，有利于提高傳質(zhì)速率，也即是本發(fā)明的氣體分布器具有氣泡大小均一、分布均勾且分布面積大的優(yōu)點，另一方面還可促進流體的組成、溫度、流速等參數(shù)在傳質(zhì)設(shè)備徑向上趨于一致，以減少甚至避免流體的返混。
[0020]2、在本發(fā)明的氣體分布器中，波紋片的傾角越小，氣體經(jīng)氣體分布器分布后所形成的氣泡在設(shè)備徑向上的分布面積也就越小，而為了盡可能地獲得分布面積大的小氣泡，本發(fā)明限定波紋片的傾角為25?50°。另外，本發(fā)明的氣體分布器在波面角一定的條件下，波紋片的波峰高度越大，使得由相鄰波面形成的液流通道的截面積越大，從而導(dǎo)致所形成的氣泡尺寸也越大，但阻力卻越小，因此為平衡氣泡產(chǎn)生時所面臨的阻力與其尺寸間的矛盾關(guān)系，本發(fā)明還進一步限定波紋片的波峰高度為4?20_、波面角為70?90°。
[0021]3、本發(fā)明所述的氣體分布器通過在其波紋片上設(shè)置通孔，可使波紋片兩側(cè)的流體在存在壓力差或流速差時，壓力或流速較高一側(cè)的流體會通過波紋片上的通孔自動流向壓力或流速較低的一側(cè)，從而消除上述壓力差或流速差，以進一步降低液相的返混，提高傳質(zhì)效率。
[0022]4、本發(fā)明所述的氣體分布器由上下兩個氣體分布盤組裝而成，且這兩個氣體分布盤中的波紋片互相垂直，如此可使經(jīng)下方的氣體分布盤分布后的氣泡再次進入上方的氣體分布盤中實現(xiàn)氣泡的二次分布，從而更有利于產(chǎn)生大小均一、分布均勻的小氣泡、且氣泡的分布面積也更為廣泛。
[0023]5、本發(fā)明所述的氣體分布系統(tǒng)，通過在氣體的流動方向上依次設(shè)置氣體預(yù)分布器和氣體分布器，且氣體預(yù)分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離D與氣體分布器中的氣體分布盤的高度H、及波紋片的傾角a之間滿足HX tga<D<2 XHX tga，如此使得進入傳質(zhì)設(shè)備的氣體先經(jīng)氣體預(yù)分布器分布成大小不一、分布不均勻的氣泡，這些氣泡再進入上述氣體分布器中，從而被分布成大小均一、在整個設(shè)備橫截面上分布均勾的小氣泡。
[0024]進一步地，當氣體分布器上方的液相高度較大時，經(jīng)氣體分布器分布后獲得的小氣泡在上升過程中會不斷的發(fā)生聚并，使得小氣泡變成大氣泡，而大氣泡的上升速度快，小氣泡上升速度慢，這樣氣泡便不斷地向設(shè)備中心聚攏，導(dǎo)致設(shè)備橫截面上的氣體分布變得不均勻，并加劇了液相或含固體的液相的返混，此時就需要再設(shè)置一個或多個與氣體分布器具有相同結(jié)構(gòu)的氣體再分布器，相鄰兩個氣體再分布器之間的距離為I?4m，優(yōu)選為1.5?3m，這樣氣體經(jīng)再分布器進行再分布后，又可變成大小均一、分布均勾的小氣泡，從而實現(xiàn)整個設(shè)備內(nèi)的氣泡均勻化。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明所述的氣體分布器中的氣體分布盤的不意圖；
[0027]圖2為構(gòu)成圖1的氣體分布盤的波紋片的示意圖；
[0028]圖3為圖1中的相鄰兩個波紋片所形成的流體通道的示意圖；
[0029]圖4為圖2中的波紋片的法截面圖；
[0030]圖5為一種安裝有本發(fā)明所述的氣體分布系統(tǒng)的漿態(tài)床反應(yīng)器的示意圖；
[0031]圖6為圖5中的氣體預(yù)分布器的俯視圖，其還示出了相鄰兩個氣體出口間的距離。
[0032]其中，附圖標記如下所示:
[0033]1-漿態(tài)床反應(yīng)器;2-催化劑入口； 3-液體進口 ； 4-氣體入口； 5-集氣罩;6-氣體出口 ；7_沉降區(qū)；8_溢流口 ；9_氣體預(yù)分布器;10-氣體分布器;11-第一氣體再分布器;12-第二氣體再分布器；13-氣體噴嘴；14-人孔;h-波峰高度;α-波紋片的傾角;β-波面角;H-氣體分布盤的高度;D-氣體預(yù)分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0035]實施例1
[0036]如圖1所不，本實施例所述的氣體分布器包括一個氣體分布盤，所述氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結(jié)構(gòu);請同時參見圖2和圖3，所述波紋片的波棱(如圖2中的直線Β1Β2，即兩個波面Α1Α2Β2Β1與B1B2C2C1的交線)不沿豎直方向設(shè)置，相鄰兩個所述波紋片的波棱的傾斜方向相反。波紋片的材質(zhì)可根據(jù)設(shè)備中介質(zhì)的性質(zhì)來選擇，一般可以是各種金屬或合金，當介質(zhì)的腐蝕性較強且溫度較低時可選用合適的塑料，而介質(zhì)的腐蝕性較強且溫度較高時可選擇陶瓷;當波紋片的材質(zhì)為金屬或合金時，波紋片的厚度一般為0.2_。
[0037]本實施例中的氣體分布器的結(jié)構(gòu)可使氣體分布器中的相鄰兩個波紋片的流體通道(如圖3中的AA2B2(^PAB2C2D2)相互交錯，從而有利于在通道中流動的流體連續(xù)地進行混合，這樣一方面可使大小不一的氣泡在流經(jīng)氣體分布器后變成大小相近的小氣泡，并被均勻地分布在設(shè)備的整個橫截面上，有利于提高傳質(zhì)速率，另一方面還可促進流體的組成、溫度、流速等參數(shù)在傳質(zhì)設(shè)備徑向上趨于一致，以減少甚至避免流體的返混。
[0038]在本實施例的氣體分布器中，波紋片的傾角越小，氣體經(jīng)氣體分布器分布后所形成的氣泡在設(shè)備徑向上的分布面積也就越小，并且在波面角一定的條件下，波紋片的波峰高度越大，則由相鄰波面形成的液流通道的截面積越大，導(dǎo)致所形成的氣泡尺寸也越大，因此，為了盡可能地獲得分布面積大的小氣泡，如圖2和圖4所示，可將波紋片的傾角α設(shè)置為25?50°，波紋片的波峰高度h設(shè)置為4?20mm、波面角β(即兩個波面間的夾角)為70?90°。在本實施例中，作為優(yōu)選的實施方式，波紋片的傾角α為30°，波紋片的波峰高度h為12mm、波面角β為80°。
[0039]作為可選擇的實施方式，本實施例中的氣體分布器還在其波紋片上設(shè)置通孔，所述通孔的開孔率為3?15%，以使波紋片兩側(cè)的流體在存在壓力差或流速差時，壓力或流速較高一側(cè)的流體會通過波紋片上的通孔自動流向壓力或流速較低的一側(cè)，從而消除上述壓力差或流速差，以進一步降低液相的返混，提高傳質(zhì)效率。所述通孔可以為直徑3?5_的圓孔，也可以根據(jù)實際情況選擇為(5?7)mm X (2?3)mm的長方孔，在本實施例中所述通孔為直徑4mm的圓孔，其開孔率為10%。
[0040]為進一步產(chǎn)生大小均一、分布均勻且分布面積廣的小氣泡，本實施例所述的氣體分布器還可以由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，兩個所述氣體分布盤中的所述波紋片互相垂直，例如，下方氣體分布盤中的波紋片呈東西方向設(shè)置，而上方氣體分布盤中的波紋片則南北方向設(shè)置，如此可使經(jīng)下方的氣體分布盤分布后的氣泡再次進入上方的氣體分布盤中實現(xiàn)氣泡的二次分布，具體地講，請參見圖3，進入氣體分布器的第一個氣體分布盤上的某個“點”(如圖3所不的A2B2D2C2所圍成的面)的氣體，在流出該氣體分布盤時被分布在長度為(2XHXtga)的一條“線”上(如圖3中&至&的“線”上，即圖中AB3D3C3至AA1B1C1的多個三角形組成的面上)，該“線”上的氣體進入氣體分布器的第二個氣體分布盤進行分布后，在流出第二個氣體分布盤時被分布在一個邊長為(2XHXtga)的正方形的“面”上，從而達到更好的氣體分布效果。
[0041 ] 實施例2
[0042]圖5所示為安裝有實施例1的氣體分布系統(tǒng)的漿態(tài)床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述漿態(tài)床反應(yīng)器I的直徑為2000mm，催化劑從催化劑入口2加入反應(yīng)器內(nèi)，液體由位于反應(yīng)器底部的液體進口3進入反應(yīng)器內(nèi)，氣體通過反應(yīng)器下部的氣體入口4進入反應(yīng)器中，經(jīng)所述氣體分布系統(tǒng)分布后大小均一、分布均勻的小氣泡鼓泡穿過液層，催化劑在向上流動的液流和氣泡的共同作用下被均勻地分散在液相中，或稱懸浮在液相中；上升的氣泡進入設(shè)置在反應(yīng)器上部的集氣罩5后穿過液面通過反應(yīng)器頂部的氣體出口6逸出，液流則流入沉降區(qū)7進行液固分離，不含或含少量催化劑微粒的液體由溢流口 8流出。
[0043]所述氣體分布系統(tǒng)包括沿氣體流動方向依次設(shè)置的氣體預(yù)分布器9、氣體分布器
10、第一氣體再分布器11、及第二氣體再分布器12，所述氣體預(yù)分布器9的相鄰兩個氣體出口間的距離D與所述氣體分布器10中的氣體分布盤的高度H、及波紋片的傾角α之間滿足如下關(guān)系:HX tga<D<2 XHX tga，所述氣體預(yù)分布器9與所述氣體分布器10之間的距離不超過300mm，所述第一氣體再分布器11分別與所述氣體分布器10、所述第二氣體再分布器12之間的距離為I?4m，優(yōu)選為1.5?3m。在本實施例中，所述氣體預(yù)分布器3為噴嘴式氣體分布器，如圖6所示，相鄰兩個氣體噴嘴13之間的距離D為300mm，且噴嘴口朝下設(shè)置;再請見圖5，在所述氣體預(yù)分布器9上方200mm處設(shè)置所述氣體分布器10，其與第一氣體再分布器11和第二個氣體再分布器12之間的距離分別為2500mm、5000mm;上述氣體分布器10、第一氣體再分布器11和第二個氣體再分布器12均由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，每個氣體分布盤的高度H為300mm、直徑為1995mm，構(gòu)成所述氣體分布盤的波紋片由厚度為0.2mm的不銹鋼制成，所述波紋片的波峰高度h為6mm、波面角β為75°、波紋片的傾角α為45°。本實施例的上述結(jié)構(gòu)使得進入楽態(tài)床反應(yīng)器的氣體先經(jīng)氣體預(yù)分布器分布成大小不一、分布不均勾的氣泡，這些氣泡再進入氣體分布器中，從而被分布成大小均一、在整個反應(yīng)器橫截面上分布均勻的小氣泡;在小氣泡的上升過程中會不斷的發(fā)生聚并，使得小氣泡變成大氣泡，而大氣泡的上升速度快，小氣泡上升速度慢，這樣氣泡便不斷地向反應(yīng)器中心聚攏，導(dǎo)致反應(yīng)器橫截面上的氣體分布變得不均勻，并加劇了液相或含固體的液相的返混，此時再設(shè)置一個或多個氣體再分布器，氣體經(jīng)再分布器進行再分布后，又可變成大小均一、分布均勾的小氣泡，從而實現(xiàn)整個反應(yīng)器內(nèi)的氣泡均勻化。
[0044]為固定好上述氣體分布器和氣體再分布器，可將二者分別設(shè)置在支撐件和壓緊件之間，所述支撐件和所述壓緊件均固定于傳質(zhì)設(shè)備中并沿所述傳質(zhì)設(shè)備的徑向設(shè)置。在本實施例中，所述氣體分布器10、第一氣體再分布器11、及第二氣體再分布器12均由直接或間接固定在反應(yīng)器側(cè)壁上的柵格板支撐，當然也可用其他方法支撐，它們的上方再用柵格板壓緊。
[0045]在實際工況中可根據(jù)具體條件選擇氣體分布器及氣體分布系統(tǒng)的組裝方式，在本實施例中，氣體分布盤的組裝可在反應(yīng)器內(nèi)進行，在氣體分布器、氣體再分布器上方的反應(yīng)器側(cè)壁上均設(shè)置有人孔14，組裝氣體分布盤的波紋片材料及裝配人員由人孔14進入;另外在其它實施例中，也可將氣體分布盤在塔外分成小塊組裝，然后由人孔送入塔內(nèi)進行拼裝。尤其當塔徑較小(如小于1000mm)，在塔內(nèi)組裝或拼裝氣體分布盤有困難時，可將塔設(shè)計成用法蘭連接的數(shù)段，待塔內(nèi)的氣體分布系統(tǒng)等內(nèi)件安裝好后，再進行塔的組裝。
[0046]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種氣體分布器，包括至少一個氣體分布盤，其特征在于: 所述氣體分布盤為由若干波紋片組裝而成的盤式結(jié)構(gòu)，所述波紋片的波棱不沿豎直方向設(shè)置，相鄰兩個所述波紋片的波棱的傾斜方向相反。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分布器，其特征在于，所述波紋片的波峰高度為4?20mm;所述波紋片的波面角為70?90° ;所述波紋片的傾角為25?50°，所述傾角指的是所述波紋片的波棱與豎直方向的夾角。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體分布器，其特征在于，在所述波紋片上設(shè)置有通孔，所述通孔的開孔率為3?15 %。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體分布器，其特征在于，所述通孔為直徑3?5mm的圓孔，或者所述通孔為(5?7)mmX (2?3)mm的長方孔。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的氣體分布器，其特征在于，所述氣體分布盤的高度為150?350mmo6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的氣體分布器，其特征在于，所述氣體分布器由上下兩個所述氣體分布盤組裝而成，所述兩個氣體分布盤中的所述波紋片互相垂直。7.—種包含權(quán)利要求1 - 6任一項所述的氣體分布器的氣體分布系統(tǒng)，其特征在于，包括，沿氣體流動方向依次設(shè)置的氣體預(yù)分布器和所述氣體分布器;所述氣體預(yù)分布器的相鄰兩個氣體出口間的距離D與所述氣體分布器中的所述氣體分布盤的高度H、及所述波紋片的傾角α之間滿足如下關(guān)系:HXtga彡D彡2 XHX tga。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體分布系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體預(yù)分布器與所述氣體分布器之間的距離不超過300mm。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的氣體分布系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分布系統(tǒng)還包括氣體再分布器，所述氣體再分布器的結(jié)構(gòu)與所述氣體分布器的結(jié)構(gòu)相同。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體分布系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分布器與所述氣體再分布器之間的距離為I?4m，優(yōu)選為1.5?3m; 當所述氣體再分布器為兩個或多個時，相鄰兩個所述氣體再分布器之間的距離為I?4m，優(yōu)選為1.5?3m。
【文檔編號】B01J8/22GK105944630SQ201610465461
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】龔元德, 唐印, 孔德利, 宋國天
【申請人】北京燁晶科技有限公司