[发明专利]鼓泡反应塔

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工领域的反应器，具体的说是一种鼓泡反应塔。

背景技术

合成气经草酸酯法制乙二醇技术的工艺路线为先合成草酸二甲酯，再由草酸二甲酯加氢合成乙二醇。草酸二甲酯的合成由酯化反应和羰化反应两部分构成，主要化学反应如下：

(1)酯化反应

2NO+2CH3OH+0.5O2＝2CH3ONO+H2O

(2)羰化反应

2CO+2CH3ONO＝(COOCH3)2+2NO

综上，合成草酸二甲酯的总反应为：

2CO+2CH3OH+0.5O2＝(COOCH3)2+H2O

然而在酯化反应过程中存在下列副反应：

2NO2＝N2O4

CH3OH+N2O4＝CH3ONO+HNO3

酯化副反应的存在造成了系统中氮氧化物的损失。另外，系统排放的弛放气中也会损失一部分氮氧化物。为满足系统中氮元素平衡，必须向系统中补充氮氧化物或亚硝酸甲酯。

专利CN102964246A、CN1445208A提出了一种亚硝酸甲酯的补充方法，采用酯化反应过程所产生的副产物HNO3与NO及CH3OH生成亚硝酸甲酯，其反应如下：

2NO+HNO3+3CH3OH＝3CH3ONO+2H2O

该专利提出采用搅拌槽形式的反应器或多级塔形式的反应器或多槽式的反应器。上述亚硝酸甲酯补充反应为缓慢气-液反应，反应在液相主体中进行，提高反应速率主要靠增加液相体积分率，要求选用液相反应容积较大的设备。专利中所述多级塔形式的反应器或多槽式的反应器，适用于瞬间快速反应或中速反应，不适用于本反应体系。搅拌槽形式的反应器不仅能耗高，而且轴封容易造成亚硝酸甲酯泄漏，具有很大的安全隐患。

鼓泡反应塔因结构简单、无运动内构件、传热和传质系数高，被广泛应用于石油化工、环境、生物化工等领域。它以液相为连续相，气相为分散相，与填充塔、板式塔相比，鼓泡反应塔的主要特点是气相高度分散于液相之中，具有大的液体持有量，传质和传热效率高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况。综上所述，鼓泡反应塔特别适用于亚硝酸甲酯补充反应。传统鼓泡反应塔流体轴向流速在径向上分布不均匀，靠近塔壁区域流速较低，塔中心流速较高，容易导致气含率分布不均，相间传质、混合和传热效果差，反应体积利用率低。因此，如何提高传质传热效果往往是鼓泡反应塔设计的关键因素。专利CN101092350A提出了一种生产芳香酸的内循环鼓泡塔氧化反应器，其采用多级鼓泡段，设置内循环导流筒来促进塔内局部区域的物料循环，增强传热传质效果。专利CN1785495A提出了一种带有阻尼内构件的鼓泡塔反应器，通过在反应器内设置阻尼内构件，对流体的流动施加一定的阻碍运动，从而抑制反应器中心区域流速过快，促进局部湍动，提高气液传质速率。专利CN203648507U提出了一种带加热夹层鼓泡塔式气液接触器，在器体外部增加加热夹层，提高反应液的温度。上述专利所述鼓泡反应器均存在塔高体积大、气相阻力降大，无法维持整个反应液层温度均匀等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、气相阻力小、能有效控制反应液层温度、气液混合均匀、反应效果好的鼓泡反应塔。

本发明技术方案包括塔体，所述塔体顶部设气体出口、底部设液体出口，塔体上段设液体进口，下段设气体进口，所述塔体内液面下设有导流筒，所述导流筒与塔体同轴线设置，所述导流筒下方设有与气体进口连接的气体分布器，所述气体分布器的开孔区域对应导流筒内径范围内。

所述导流筒设有换热夹套。

所述导流筒的换热夹套的换热面积与鼓泡反应塔的反应体积之比为0.4～3.5m²/m³。

所述塔体高径比为0.5～2.0。

所述导流筒内径与塔体内径之比为0.5～0.9，优选0.6-0.8，导流筒高度与塔体高度之比为0.5～0.8，优选为0.6～0.7。

所述塔体顶部气体出口处设有液体捕捉器。

所述液体捕捉器直径与塔体内径之比为0.2～0.4。

所述塔体底部设液体出口处设有破涡器。

所述气体分布器的开孔率为0.2％～2％。