[发明专利]一种塔式气液接触设备均匀布气装置及其用途

说明书

技术领域

本发明属于化学工程领域，涉及一种塔式气液接触设备均匀布气装置及其用途。

背景技术

化工反应过程常常涉及到塔式气液接触设备，需要实现气泡均匀分散于液相中，这不仅需要单位传质高度内气泡分散相均匀分布，而且需要气泡分散相的直径均一。

关于气固两相反应的均匀布气方法和装置已多有报道，专利CN10250867A和CN202621144U均提出了一种固体颗粒状物料悬浮流态化反应的均匀布气装置，但是该布气装置不适用于在液体中产生均匀直径的气泡。

专利CN102728283A和CN202700473U均提出了一种气固两相反应器均匀布气方法，所述方法为：在料斗的壁板上开设布气口，布气口为狭长开孔，可解决装置内单位传质高度气压分布不均匀的问题，使固体颗粒物料在装置内流态化均匀分散，但是该装置无法在液体中实现气压均匀分布，狭长的布气口开孔容易产生较大直径的气泡，无法在液体中均匀布气。

专利CN202289881U公开了一种在液体中均匀布气的外压膜过滤器。在装置中，均匀布气的装置是一组曝气管，用于膜过滤过程加强膜表面的扰动，对膜的表面进行擦洗。但是，对于产生气泡均匀程度要求严格的场合，这种布气方式是不适用的。

专利CN202844893U公开了一种由砂头、气体主流管和气体分流管组成的快速均匀布气装置。这种装置有效提高了单位体积的液体内气泡的分布密度，提高了气液反应的速率，已经被具体应用于石油工业领域，但是将这种布气方式在使用过程中仍然存在问题。原因在于这种设备难以做到气泡在反应器不同高度的横截面上均匀分布，无法实现单位传质高度内气泡分散相的相含率均匀一致。

专利CN203484063U公开了一种快速均匀布气盘，其布气盘由多层砂网重叠组成，从上到下各层砂网可透气部分的面积逐渐缩小，砂网的孔径为20微米。但是，这种装置也仅适用于气液混合反应的石油工业，并且无法获得直径均一的气泡分散相。

塔式气液接触设备均匀布气的困难主要表现在气体分布盘上不同区域生成气泡的难易程度不同，导致单位传质高度内气泡分散相的相含率无法均匀一致，且生成气泡的直径大小差别相当大。由于设备壁效应的影响，在同一液体深度下，分布盘上方的压力不均匀，导致在相同的进气压力条件下，分布盘上越靠近反应器内壁的局部区域，越容易生成气泡，而远离反应器内壁的局部区域较难生成气泡。加大进气压力或流量，尽管可以使远离反应器内壁的局部区域也产生气泡，但是由于靠近反应器内壁的区域所受液压阻力较小，生成气泡直径过大，导致塔式设备中无法获得均匀直径的气泡。

发明内容

针对现有技术中塔式气液接触设备内气体分布不均匀的问题，本发明提供了一种塔式气液接触设备均匀布气装置，该装置可以实现塔体横截面内气泡的均匀分布，并且气泡的直径均一。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种塔式气液接触设备均匀布气装置，所述装置包括圆筒形塔体和设置于塔体底部的2个以上同轴空心圆筒，各空心圆筒以圆筒形塔体的中心轴线为轴，且各空心圆筒的内径和长度均不相等，相邻两个空心圆筒之间留有空隙；各空心圆筒底部设置有倒锥形封闭板，封闭板上设置有排液管；圆筒形塔体的底部设置有布气盘，布气盘上有开孔，布气盘的基体与空心圆筒上端密封连接；每个空心圆筒的筒壁下方设有进气口。

其中，所述“均匀布气”是指每单位时间内每单位面积的布气盘表面上生成的气泡个数相等，且布气盘上的每个区域生成的气泡直径大小相同。

所述圆筒形塔体是塔式气液接触设备的圆筒形塔体，各同轴空心圆筒形成互相嵌套的结构形式，空心圆筒的个数为2个或2个以上，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个及以上。

所述封闭板保证了圆筒空腔以及各圆环空腔之间相互独立，互不连通；将圆筒空腔以及各圆环空腔底端设置倒锥形的封闭板，有利于塔体内通过圆直管孔道渗漏入空腔内液体的顺利排出。

所述布气盘的基体是具有一定强度的圆平板，所述制备基体平板的材料具有一定的耐酸碱腐蚀的能力，可以选用聚四氟乙烯或各种不锈钢等材料制备。

本发明中，所述空心圆筒的内径沿圆筒形塔体横截面的径向由内向外逐渐增大，即将圆筒形塔体的横截面分割成若干同心圆环。

优选地，所述空心圆筒的上端均与布气盘的基体连接，空心圆筒的长度沿圆筒形塔体横截面的径向由内向外逐渐变短。