專利名稱：徑向固定床反應(yīng)器的低阻氣流均布器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種化學(xué)反應(yīng)工程中固定床催化劑反應(yīng)器中使用的氣流均布器。
現(xiàn)有的固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如


圖1所示，由中心流道，環(huán)形催化劑床層及環(huán)形流道組成。根據(jù)氣態(tài)物料進(jìn)出反應(yīng)器位置的不同，可分為Z型離心流動(dòng)形式，Z型向心流動(dòng)形式，π型離心流動(dòng)形式，π型向心流動(dòng)形式等四種不同的結(jié)構(gòu)形式(如圖2－5所示)。不論那一種形式，中心流道和環(huán)形流道中的流動(dòng)是變質(zhì)量流動(dòng)。催化劑床層上游流道內(nèi)是分流流動(dòng)，下游流道內(nèi)是合流流動(dòng)，由于兩種流動(dòng)的壓力分布規(guī)律不同，沿反應(yīng)器軸向催化劑床層兩端壓差往往變化很大，由此引起穿過(guò)床層的氣態(tài)物料流速沿軸向分布不均勻，從而導(dǎo)致催化劑負(fù)荷不均勻，致使整個(gè)反應(yīng)器的收率降低，并在催化劑床層內(nèi)部某些區(qū)域產(chǎn)生過(guò)熱和燒結(jié)。提高徑向固定床反應(yīng)器性能的關(guān)鍵之一，是使流過(guò)催化劑床層的氣態(tài)物料流速沿軸向均勻分布(即氣流均布)?，F(xiàn)有的氣流均布措施是在中心流道或環(huán)形流道內(nèi)放置開(kāi)孔率很小或開(kāi)孔率不均布的分布筒(如圖6)。這一措施雖然可以達(dá)到氣流均布的目的，但分布筒的阻力很大，使用分布筒后，不僅能耗增加，且徑向固定床反應(yīng)器所具有的床層阻力小的優(yōu)點(diǎn)也將被大部分或全部抵消。這一措施特別不適用于某些需在低壓甚至負(fù)壓下進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種低阻氣流均布器－導(dǎo)流筒，它既能使氣態(tài)物料沿軸向均勻地流過(guò)催化劑床層，又能降低能耗，且保持徑向固定床反應(yīng)器床層阻力低的優(yōu)點(diǎn)，同樣，也適用于那些在低壓，甚至負(fù)壓下操作的反應(yīng)過(guò)程。
本實(shí)用新型的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的根據(jù)流體力學(xué)原理，改變中心流道內(nèi)的壓力分布形態(tài)，使之與環(huán)形流道內(nèi)的壓力一致，從而使催化劑床層兩端壓差值沿軸向亦保持一致，為此，在中心流道內(nèi)設(shè)置與中心流道同軸的導(dǎo)流筒，作為氣流均布器。導(dǎo)流筒的形態(tài)依據(jù)上述四種徑向固定反應(yīng)器氣態(tài)物料流動(dòng)形式導(dǎo)得了導(dǎo)流筒形狀的微分方程。
Z型向心流動(dòng)式d(A1A)d(za)=(2-β1)za+A1A-(2-β)(1-za)(za)2(A1A)3+λ12+aDa1(1)]]>Z型離心流動(dòng)式d(A1A)d(za)=-(2-β1)(1-za)·A1A-(2-β)za(1-za)2(A1A)3+λ12·aDa1(2)]]>π型向心流動(dòng)式d(A1A)d(za)=(2-β1)(za-1)·A1A+(2-β)(1-za)(A1A)3+λ12·aDa1·A1A(3)]]>π型離心流動(dòng)式d(A1A)d(za)=(2-β1)(za-1)·A1A+(2-β)(1-za)(A1A)3+λ12·aDa1A1A(4)]]>式(1)～(4)中A－流道截面積，Z－流道中軸向距離α－床層高度，β－動(dòng)量交換系數(shù)λ－流道內(nèi)摩擦系數(shù)，Dα－流道當(dāng)量直徑其中帶下標(biāo)1的表示中心流道內(nèi)的值，不帶下標(biāo)的表示環(huán)形流道內(nèi)的值。
當(dāng)徑向固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及流動(dòng)參數(shù)確定后上述各參數(shù)中除中心流道截面積A1外，其他各值均為已知數(shù)，可由式(1)～(4)求解A1，待A1確定后，即可求得導(dǎo)流筒的形狀。式(1)～(4)為非線性方程，需數(shù)值求解。無(wú)解析表達(dá)式。根據(jù)上述方程式求得的導(dǎo)流筒形狀是母線為曲線的回轉(zhuǎn)體；在加工時(shí)，可將回轉(zhuǎn)體分成多節(jié)制造，然后串聯(lián)，相互固定而成。為了便于加工，且保證氣態(tài)物料流速沿軸向均布，可將母線為曲線的圓錐體形導(dǎo)流筒改為與其相近的母線為折線的圓錐體形導(dǎo)流筒。折線應(yīng)盡量貼近曲線，一般可用三段以上折線來(lái)貼近曲線。這樣，導(dǎo)流筒實(shí)際上由三節(jié)以上不同錐度的圓錐臺(tái)和頂上一節(jié)圓錐串聯(lián)，相互固定而成。導(dǎo)流筒材質(zhì)可依據(jù)工作介質(zhì)而定，可選金屬或非金屬材料制成。
附圖的圖面說(shuō)明如下
圖1為徑向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)中心道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖2為徑向固定床反應(yīng)器Z型離心流動(dòng)形式。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖3為徑向固定床反應(yīng)器Z型向心流動(dòng)形式。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖4為徑向固定床反應(yīng)器π型離心流動(dòng)形式。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖5為徑向固定床反應(yīng)器π型向心流動(dòng)形式。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖6為設(shè)分布筒的徑向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道，(4)分布筒。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖7為本實(shí)用新型－設(shè)導(dǎo)流筒(5)的徑向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道，(5)導(dǎo)流筒。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
圖8為本實(shí)用新型－導(dǎo)流筒(5)的母線為折線的徑向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)中心流道，(2)環(huán)形催化劑床層，(3)環(huán)形流道，(5))導(dǎo)流筒。(A)氣體入口，(B)氣體出口。
本實(shí)用新型
以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述在徑向固定床反應(yīng)器的殼體內(nèi)同軸設(shè)置(由外向里)環(huán)形流道(3)、環(huán)形催化劑床層(2)、中心流道(1)；反應(yīng)器的上端為氣體入口(A)，下端為反應(yīng)后的氣體出口(B)；均布器為一個(gè)與中心流道(1)同軸的導(dǎo)流筒(5)。導(dǎo)流筒(5)的母線形狀是根據(jù)圖2、3、4、5四種徑向固定床反應(yīng)器氣態(tài)物料流動(dòng)形式導(dǎo)得的導(dǎo)流筒形狀的微分方程(如″任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)″中敘述的)求得的，導(dǎo)流筒(5)形狀是母線為曲線的回轉(zhuǎn)體；加工時(shí)，可將回轉(zhuǎn)體分成多節(jié)制造，然后串聯(lián)，相互固定而成。為了便于加工，且保證氣態(tài)物料流速沿軸向均布，可將母線為曲線的回轉(zhuǎn)體形狀的導(dǎo)流筒(5)改為與其相近的母線為折線的多節(jié)不同錐度圓錐體形的導(dǎo)流筒(5)。折線應(yīng)盡量貼近曲線，一般可用三段以上折線來(lái)貼近曲線。這樣，導(dǎo)流筒(5)實(shí)際上是由三節(jié)以上不同錐度的圓錐臺(tái)和頂上一節(jié)圓錐串聯(lián)，相互固定而成。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1.采用導(dǎo)流筒后，能使氣態(tài)物料沿軸向均勻地流過(guò)催化劑床層。
2.采用導(dǎo)流筒后，能降低能耗，能保證徑向固定反應(yīng)器阻力低的優(yōu)點(diǎn)。
3.采用導(dǎo)流筒后，能耗低的優(yōu)點(diǎn)更加適用于那些需在低壓甚至負(fù)壓下操作的反應(yīng)過(guò)程。
權(quán)利要求1.一種徑向固定床反應(yīng)器的低阻氣流均布器，其特征在于a，反應(yīng)器的殼體內(nèi)同軸設(shè)置(由外向里)環(huán)形流道(3)、環(huán)形催化劑床層(2)、中心流道(1)；b，反應(yīng)器的上端為氣體入口(A)，下端為反應(yīng)后的氣體出口(B)；c，均布器為一個(gè)與中心流道(1)同軸的導(dǎo)流筒(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布器，其特征在于導(dǎo)流筒(5)是以母線為曲線的回轉(zhuǎn)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布器，其特征在于導(dǎo)流筒(5)由三節(jié)以上不同錐度的圓錐臺(tái)和頂上一節(jié)圓錐串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布器，其特征在于導(dǎo)流筒(5)的母線為貼近曲線的折線。
專利摘要本實(shí)用新型的特征在于，均布器為一個(gè)與中心流道(1)同軸的導(dǎo)流筒(5)；是一種低阻的氣流均布裝置，既能使氣態(tài)物料沿軸向均勻地流過(guò)催化劑床層，使催化劑床層兩端壓差沿軸向保持一致，又能降低能耗，且保持徑向固定床反應(yīng)器床層阻力低的優(yōu)點(diǎn)。同樣，也適用于那些在低壓，甚至負(fù)壓下操作的反應(yīng)過(guò)程。
文檔編號(hào)B01J8/02GK2131600SQ92224899
公開(kāi)日1993年5月5日 申請(qǐng)日期1992年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月18日
發(fā)明者吳民權(quán), 黃發(fā)瑞 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工總公司, 聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所華東化工學(xué)院分所