[发明专利]螺旋流浆态床反应器

说明书

本发明提供了一种螺旋流浆态床反应器，所述浆态床反应器包括反应器壳体，位于壳体底部的浆料进出口，位于壳体顶部的气体出口，位于壳体所包围的内部空间中的气液分离器、换热管集和气体分布器。本发明通过对所述换热管集和/或气体分布器的结构进行专门的设计，实现了气液传质和传热效果的显著改善，由此提升了费托反应效率。

技术领域

本发明属于化工设备装置领域，具体涉及一种浆态床反应器，该浆态床反应器中设置有能够产生螺旋流的结构，能够引导反应器内的气液流体发生高效的内循环。

背景技术

在化学工业、生物工程、环境保护等领域中，往往需要在同时存在气态、液态和固态物料的多相反应体系中进行化学反应、生物工程培育等过程，这些过程的具体实例可以包括生物发酵、废水处理、尾气处理、化学合成等，其中使用的气态和液态物料可以包括各种反应物和工艺助剂，固态糊料既可能是反应物、培养物底物，也可能是反应催化剂或者其他工艺助剂，这些生物或化学过程通常采用各种不同的三相反应器来进行，例如搅拌鼓泡釜式反应器、鼓泡塔反应器、板式反应器、填料塔式反应器、管式反应器、喷射反应器等，其中最重要的一种反应器是鼓泡式反应器，例如浆态床反应器。

浆态床反应器主要存在的问题是总体物料浓度和流速分布的均匀性难以控制，局部可能产生无法避免且难以控制的湍流、返混等问题，同时还可能存在死区，上述均匀传质以及均匀传热的难题对工艺产物的质量以及浆态床的日常操作和维护造成很大的不利影响。为了克服上述问题，迄今为止，人们已经对浆态床反应器进行了大量的研究，具体采用的手段不外乎是在反应器内各个不同的位置设置更多数量的喷嘴、挡板、换热管道、回流循环结构等，借以提高浆态床反应器内部各处的物料循环和能量交换。上述改进方式虽然能一定程度缓解现有问题，但是这些额外添加的部件会显著提高浆态床反应器的设计和操作的复杂性，导致基建和日常维护成本大幅度提高，并且这些新添加的部件会在反应器内部引入很多新的阻碍位点，甚至有可能给反应器内的传质和传热带来新的不利影响，在解决原有问题的同时带来新的问题。按照现有技术的这个研发思路持续进行下去的结果是技术人员在操作设备的时候需要对越来越多的参数进行监控和调整，反应体系的复杂程度越来越高，而实际上对总体传质和传热的改善效果却十分有限。

为了解决上述问题，本申请的发明人进行了大量的研究，发现通过对分布器、导流筒、和/或换热器的结构进行特别的设计，显著地改善浆态床反应器中的传质和传热的整体均匀性，有效地提高气、液、固三相之间的接触和相互作用(化学反应，生物化学反应，生物作用，物理吸附等)，消除或很大程度减少了返混和死区问题。基于上述研究成果，实现了本发明的技术目的。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种螺旋流浆态床反应器，所述浆态床反应器包括反应器壳体，位于壳体底部的浆料进出，位于壳体顶部的气体出口，位于壳体所包围的内部空间中的气液分离器、换热管集和气体分布器，其中：

所述换热管集包括冷却剂入口、冷却剂出口、导流筒形换热管集和一组或多组螺旋板形换热管集，所述导流筒形换热管集和螺旋板形换热管集流体连通。

根据本发明的一个实施方式，所述导流筒形换热管集总体为圆筒形，其圆筒壁包括3根至100根导流筒换热管，每根导流筒换热管围绕所述导流筒形换热管集的纵向中轴以螺旋形分布。

根据本发明的另一个实施方式，所述导流筒形换热管集具有顶部换热管环和底部换热管环，每根导流筒换热管分别与所述顶部换热管环流体连通，并且与所述底部换热管环流体连通。

根据本发明的另一个实施方式，所述导流筒形换热管集还具有多根中部换热管环，每根导流筒换热管分别与所述中部换热管环流体连通。