專利名稱：一種適用于寬篩分流化顆粒的大型流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于寬篩分流化顆粒的大型流化床反應(yīng)器，尤其適用于固體顆粒為反應(yīng)原料的氣固反應(yīng)體系，屬于化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
有機(jī)硅材料是一種性能優(yōu)異的高分子材料，通常由甲基氯硅烷單體水解得到。甲基氯硅烷采用Rochow直接法合成，該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)(280kJ/mol)；合成反應(yīng)中的固體原料為硅粉顆粒，它的表面更新對反應(yīng)有著重要的影響?；谝陨蟽牲c，工業(yè)上都采用流化床反應(yīng)器來實現(xiàn)甲基氯硅烷單體的生產(chǎn)。硅粉顆粒本身就具有很寬的粒徑分布，并且在生產(chǎn)過程中，硅粉被不斷的消耗，粒徑發(fā)生變化，同時向反應(yīng)器不斷的補(bǔ)充新鮮的硅粉。此外，原料硅粉的平均粒徑以及粒徑范圍也會因為硅粉生產(chǎn)的實際情況而經(jīng)常的發(fā)生變化。因此，在流化床反應(yīng)器內(nèi)固體顆粒的主要特征就是粒徑分布寬，含有較多的細(xì)粉。對于這樣復(fù)雜的流化體系，流化床反應(yīng)器的工程放大就成了甲基氯硅烷單體實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)核心。
除了有機(jī)硅單體生產(chǎn)，其它類似的體系也存在工程放大困難的問題。傳統(tǒng)的做法都是僅僅在主床下加錐形床，如

圖1所示。該流化床由主床4、指形管換熱內(nèi)構(gòu)件5、錐形床7、環(huán)形分布器11所組成。這種流化床雖然能夠在一定程度上提高流化質(zhì)量，但是如果流化床反應(yīng)器規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大的話，錐形床的半錐角、流化床高徑比等結(jié)構(gòu)參數(shù)則不能滿足化學(xué)反應(yīng)工藝的要求，現(xiàn)有流化床結(jié)構(gòu)限制了對這類反應(yīng)器過程的大規(guī)模工程放大。因此，有必要設(shè)計一種更加合理的結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)這類反應(yīng)器的放大，尤其是大型流化床反應(yīng)器的放大。
本發(fā)明的大型流化床反應(yīng)器由主床、錐形床、指形管換熱內(nèi)構(gòu)件、氣體分布器組成，其特征是在錐形床中引入內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)，換熱介質(zhì)分區(qū)進(jìn)入換熱管。在錐形床中引入內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)后，在通氣量一定的情況下，可以有效的改變流化橫截面積，在床層下部的氣速就相對的大一些，以利于顆粒的初始流化，從而提高流化質(zhì)量。引入內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)的另一個優(yōu)點就是有利于該類反應(yīng)器的放大設(shè)計。如果單純的在設(shè)計中只加入錐形床結(jié)構(gòu)，那么如果流化床反應(yīng)器的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，為了保證錐形床的半傾角在一定范圍內(nèi)，錐形床部分的高度必然會很大，這樣就給整個反應(yīng)器的合理設(shè)計和加工帶來困難，甚至不能滿足化學(xué)工藝條件。通過引入內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)，就可以很好的將錐形床的高度控制在一定范圍內(nèi)。同時，在床層底部加有雙層封頭，這樣就能更有效的避免流化死區(qū)的出現(xiàn)。通過以上設(shè)計和局部調(diào)整具體的參數(shù)可以達(dá)到最優(yōu)化的操作狀態(tài)。
所述的換熱介質(zhì)采用分區(qū)加入的設(shè)計形式，脫鹽水或者換熱油從反應(yīng)器頂部通過幾個不同的分區(qū)進(jìn)入指形管換熱構(gòu)件，經(jīng)換熱后汽化排出(換熱油仍以液態(tài)流出)。分區(qū)數(shù)目根據(jù)流化床直徑大小可以定為1～8個，水蒸氣或者換熱油的排出集中在一個出口。通過這樣的分區(qū)設(shè)計，可以將換熱介質(zhì)均勻分布，同時也方便了反應(yīng)器的放大設(shè)計。
由于在錐形床內(nèi)引入了內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)，所以本發(fā)明流化床反應(yīng)器可以有效的調(diào)整流化橫截面積，改善流化質(zhì)量。同時由于換熱介質(zhì)采取分區(qū)加入的設(shè)計形式，易于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的放大要求。
圖2為本發(fā)明的大型流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的指形管換熱內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的指形管換熱內(nèi)構(gòu)件分區(qū)分布設(shè)計示意圖。
所述的氣體分布器為2～5圈管式環(huán)形氣體分布器，分布器噴嘴在環(huán)管上均勻分布。分布器的具體參數(shù)，包括開孔率、開孔數(shù)目等，結(jié)合主床、錐形床和內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)的參數(shù)來設(shè)計，應(yīng)用變質(zhì)量流原理進(jìn)行優(yōu)化計算，保證流化床反應(yīng)器處于最優(yōu)化的操作狀態(tài)。反應(yīng)氣體從反應(yīng)器氣體入口10進(jìn)入，然后通過環(huán)行氣體分布器進(jìn)行有效的分布，固體反應(yīng)物原料從顆粒入口9連續(xù)加入反應(yīng)器，由氣體流化后帶入主床內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。氣相反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器產(chǎn)物出口3排出。
所述流化床反應(yīng)器在主床內(nèi)部安裝有多根豎直排列的指形管換熱構(gòu)件，用于移出反應(yīng)熱。指形管換熱構(gòu)件的引入可以使得該流化床反應(yīng)器特別適用于那些強(qiáng)放熱的反應(yīng)體系。指形管的分布方式采用正三角行或者正方形均布。同時，合理的指形管分布方式，可以有效的起到破碎氣泡、提高流化性能的作用。換熱可以采用脫鹽水汽化的方式，或者采用導(dǎo)熱油換熱的方式。可以根據(jù)實際換熱能力來調(diào)整換熱構(gòu)件的數(shù)目。圖3為指形管結(jié)構(gòu)示意圖。換熱介質(zhì)(脫鹽水或者換熱油)從入口13進(jìn)入換熱管內(nèi)管14，然后從內(nèi)管的冷卻水出口17流出，流入換熱管外管16進(jìn)行換熱。經(jīng)過換熱后，水蒸氣或者換熱油從換熱管出口15排出。指形管換熱內(nèi)構(gòu)件按照三角形或者正方形均布，頂端通過焊接固定在反應(yīng)器頂部的法蘭盤上，下部采用3-8層支撐花架6在徑向上定位。
在本發(fā)明中，換熱介質(zhì)的加入采取分區(qū)設(shè)計的形式，如圖4所示。根據(jù)床直徑大小定為1～8個(圖中示例為三個I、II和III區(qū))。換熱介質(zhì)從反應(yīng)器頂部的入口1進(jìn)入每個分區(qū)，然后再進(jìn)入指形管換熱內(nèi)構(gòu)件。換熱后的水蒸氣或者換熱油最終從反應(yīng)器的出口2排出。
權(quán)利要求
1.一種適用于寬篩分流化顆粒的大型流化床反應(yīng)器，由主床、錐形床、指形管換熱內(nèi)構(gòu)件、氣體分布器組成，其特征是在錐形床中引入內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)，換熱介質(zhì)分區(qū)進(jìn)入換熱管。
2.按照權(quán)利要求1所述的大型流化床反應(yīng)器，其特征是主床的高度在8～15m之間，直徑在2～6m之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的大型流化床反應(yīng)器，其特征是錐形床的高度在1.8～4.5m之間，半錐角α＝7～13°。
4.按照權(quán)利要求1所述的大型流化床反應(yīng)器，其特征是錐形床中引入的內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)，其半錐角β＝5～13°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于寬篩分流化顆粒的大型氣固流化床反應(yīng)器，屬化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的大型流化床反應(yīng)器由主床、錐形床、指形管換熱內(nèi)構(gòu)件、氣體分布器組成，其特征是在錐形床中引入內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)，換熱介質(zhì)分區(qū)進(jìn)入換熱管。采用本發(fā)明流化床反應(yīng)器，可以有效的調(diào)整流化橫截面積，改善流化質(zhì)量，易于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的放大要求。
文檔編號B01J8/24GK1425494SQ0310060
公開日2003年6月25日 申請日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者王金福, 羅務(wù)習(xí), 王鐵峰, 王光潤, 金涌 申請人:清華大學(xué)