本發(fā)明涉及氣液催化反應(yīng)裝置，具體是一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、在化工生產(chǎn)過程中，催化反應(yīng)作為一類重要的化學(xué)反應(yīng)，廣泛應(yīng)用于諸如催化加氫、催化氯化等多種工藝中。這類反應(yīng)通常涉及氣液兩相在催化劑存在下的相互作用，其中氣液傳質(zhì)以及氣固液三相間的傳質(zhì)效率直接決定了反應(yīng)速率和產(chǎn)物選擇性。高效的傳質(zhì)過程能夠促進反應(yīng)物分子的有效接觸，從而提高反應(yīng)速率并減少副產(chǎn)品的生成。

2、傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器，由于其結(jié)構(gòu)特性，通常采用豎直方向設(shè)置，內(nèi)部填充有催化劑填料。盡管這種設(shè)計在一定程度上簡化了反應(yīng)器的構(gòu)造和操作，但在實際應(yīng)用中暴露出了若干顯著缺陷。

3、首先，由于填料緊密堆積，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量難以迅速傳遞出去或吸收進來，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部出現(xiàn)局部過熱或局部低溫現(xiàn)象。這不僅影響反應(yīng)速率，還可能引發(fā)副反應(yīng)，生成大量不必要的副產(chǎn)物，或者導(dǎo)致反應(yīng)進程過慢，降低了生產(chǎn)效率。

4、其次，隨著反應(yīng)的持續(xù)進行，氣液兩相在穿越同一通道時，由于填料表面的潤濕性和流體動力學(xué)效應(yīng)，往往會形成優(yōu)先流動路徑，即所謂的“短路”。這種短路現(xiàn)象嚴重削弱了氣液傳質(zhì)效率，使得部分催化劑無法充分發(fā)揮其催化作用，進一步降低了反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率。

5、再者，長時間的反應(yīng)過程還可能導(dǎo)致填料顆粒之間的物理和化學(xué)結(jié)合，形成板結(jié)現(xiàn)象。板結(jié)不僅阻礙了流體的有效流動，降低了傳質(zhì)效率，還增加了反應(yīng)器的壓降，嚴重時甚至可能導(dǎo)致反應(yīng)器堵塞，需要停機進行清理和維修。

6、最后，對于已經(jīng)板結(jié)的填料，其更換過程往往復(fù)雜且耗時，不僅增加了操作成本，還可能因停機時間過長而對整個生產(chǎn)流程造成不利影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)中的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器。

2、本發(fā)明提供一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，包括水平布置的筒體以及設(shè)置于筒體內(nèi)、并沿著筒體軸向延伸的反應(yīng)管；

3、反應(yīng)管內(nèi)部的局部空間內(nèi)裝填有催化劑；

4、反應(yīng)管的外壁和桶體內(nèi)壁之間形成加熱腔；加熱腔內(nèi)的加熱介質(zhì)對反應(yīng)管加熱；

5、氣液混合體從反應(yīng)管的入口進入，其成品從反應(yīng)管的出口流出；

6、氣液混合體在反應(yīng)管內(nèi)反應(yīng)的同時，反應(yīng)管進行轉(zhuǎn)動，筒體進行往復(fù)擺動；

7、反應(yīng)管轉(zhuǎn)動時，其軸線與筒體的軸線保持平行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)動的路徑與筒體軸線垂直；

8、筒體擺動時，與水平面的夾角發(fā)生變化；

9、當(dāng)筒體擺動至與水平面傾斜時或反應(yīng)管轉(zhuǎn)動時，反應(yīng)管內(nèi)部的高端具有因催化劑向反應(yīng)管的低端聚集而形成的空隙。

10、上述設(shè)置的有益效果是：1、消除短路現(xiàn)象：通過使反應(yīng)管在筒體內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時筒體進行往復(fù)擺動，確保裝填在反應(yīng)管內(nèi)的催化劑始終處于上下左右翻滾的狀態(tài)；這種動態(tài)環(huán)境有效避免了固定的短路孔道的形成，從而顯著減少了氣液混合體在反應(yīng)過程中可能發(fā)生的短路現(xiàn)象，提高了反應(yīng)效率和均勻性；2、延長氣體停留時間與增加氣流路徑：反應(yīng)管的轉(zhuǎn)動不僅促進了氣液混合體在催化劑空間中的充分混合，還通過橫向流動的液流和氣流增加了氣體在催化劑中的停留時間；此外，隨著反應(yīng)管的轉(zhuǎn)動，氣流在液相中呈現(xiàn)出上下浮動的特性，進一步豐富了氣流的運動路徑，有利于提升氣液反應(yīng)的充分性和轉(zhuǎn)化率；3、延長催化劑壽命：反應(yīng)管的動態(tài)運動導(dǎo)致催化劑之間產(chǎn)生輕微的摩擦和震動，這種物理作用有助于減少催化劑表面的沉積物，防止催化劑中毒，從而顯著延長了催化劑的使用壽命；這不僅降低了運營成本，還提高了反應(yīng)器的長期穩(wěn)定性；4、防止填料板結(jié)：通過持續(xù)的運動，即使填料的顆粒較小，也能有效防止其板結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生；這種動態(tài)環(huán)境確保了填料的松散狀態(tài)，大大延長了填料的使用壽命和更換周期，降低了維護成本和停機時間；5、催化劑始終處于松散的狀態(tài)，便于取出，從而便于催化劑更換。

11、反應(yīng)管可轉(zhuǎn)動的具體結(jié)構(gòu)為：筒體內(nèi)設(shè)置有兩塊并列布置的左側(cè)板和右側(cè)板；左側(cè)板和右側(cè)板通過連桿連接；反應(yīng)管對夾于左側(cè)板和右側(cè)板之間；左側(cè)板和右側(cè)板的外側(cè)分別連接有左側(cè)封頭和右側(cè)封頭，使得左側(cè)板和左側(cè)封頭之間形成與反應(yīng)管連通的進料腔，右側(cè)板和右側(cè)封頭之間形成與反應(yīng)管連通的出料腔；左側(cè)封頭軸向引出連通進料腔的進料管，進料管與筒體的一端轉(zhuǎn)動連接；右側(cè)封頭軸向引出連通出料腔的出料管，出料管與筒體的另一端轉(zhuǎn)動連接；進料管上通過套接的方式連接有從動齒輪；從動齒輪嚙合有主動齒輪；第一減速電機的驅(qū)動端與主動齒輪固定連接。

12、為避免催化劑從反應(yīng)管中流出，進一步的設(shè)計是：左側(cè)板和右側(cè)板設(shè)置有通孔，將反應(yīng)管和進料腔、出料腔連通；通孔覆蓋有篩板；篩板上的篩孔小于催化劑的粒徑。

13、局部空間的大小，直接影響催化劑的量，影響反應(yīng)效率，基于此，進一步的改進在于：局部空間占據(jù)反應(yīng)管容積的8/9-9/10。

14、筒體擺動的具體結(jié)構(gòu)為：筒體徑向延伸有兩根對稱、同軸布置的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸插接于固定的第一帶座軸承內(nèi)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接；筒體開合端的下端設(shè)置有電動缸，電動缸的缸體底部與缸體座鉸接，電動缸的驅(qū)動端與筒體鉸接；

15、筒體下方、位于筒體軸向布置、位于轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)還分別設(shè)置有氣彈簧，氣彈簧的殼體下端與殼體座鉸接，氣彈簧的驅(qū)動端與筒體鉸接。氣彈簧對筒體進行支撐，避免筒體轉(zhuǎn)動過快、轉(zhuǎn)動幅度過大造成危險。

16、氣體原料和液體原料的混合程度，直接影響反應(yīng)的效率，基于此，進一步的改進在于：進料管的外端連接有混合管，氣體原料和液體原料在混合管內(nèi)混合后流入進料管；混合管包括喉管，液體原料從喉管的一端流入；喉管的截面流通面積從中心位置向兩端遞增；喉管的外側(cè)連接有套管，套管的內(nèi)壁與喉管的外壁構(gòu)成氣腔，套管的外壁連接有與氣腔連通的進氣管；喉管上設(shè)置有連通內(nèi)外側(cè)的接孔。如此設(shè)置，通過喉管截面流通面積的變化和湍流的形成，液體原料在喉管內(nèi)得到了有效的分散和攪拌；氣體原料通過接孔進入喉管內(nèi)部，與液體原料形成多點接觸和混合，顯著提高了混合效率；由此提高了反應(yīng)效率、產(chǎn)物質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時保持了操作的簡便性和維護的便捷性。

17、接孔的位置，直接影響氣液混合效率，基于此，進一步的改進在于：接孔位于喉管直徑的最小處。由于喉管的截面流通面積在此處最小，液體原料的流速會相應(yīng)增加；流速的增加有助于增強液體原料與通過氣腔進入的氣體原料之間的剪切力和湍流，從而促進兩者之間的混合；此外，由于喉管直徑的最小處通常是壓力降最大的地方，這也可能有助于氣體原料更好地滲透和分散到液體原料中，進一步提高混合效率。

18、接孔與進氣孔的相對位置，也會影響氣液的混合效率，基于此，進一步的改進在于：接孔與進氣管呈錯開布置。如此設(shè)置，其有益效果是：1、確保氣體原料和液體原料在混合管內(nèi)不是直接對沖，而是以一種更為溫和、有序的方式進行混合，這有助于減少混合過程中的能量損失和可能的局部過熱或過冷現(xiàn)象；2、錯開布置還可以為氣體原料提供更長的路徑和更多的時間與液體原料進行接觸和混合，從而進一步提高混合的均勻性和效率；3、當(dāng)氣體原料多于兩種時，氣體原料可在氣腔內(nèi)優(yōu)先混合，再與液體原料混合，可提高混合效率。

19、筒體擺動、反應(yīng)管轉(zhuǎn)動，會影響喉管和進料管之間的連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，甚至?xí)l(fā)生連接處斷裂的現(xiàn)象，基于此，進一步的改進在于：喉管和進料管之間連接有軟管。

20、進料管轉(zhuǎn)動時，也會帶動軟管一起轉(zhuǎn)動，軟管的轉(zhuǎn)動幅度過大，依舊會斷裂，基于此，進一步的改進在于：筒體的端部設(shè)置有軸承座，軸承座的兩端分別設(shè)置有第一軸承和第二軸承；第一軸承與進料管轉(zhuǎn)動連接；軟管的一端套接喉管，另一端連接有過渡管，過渡管與第二軸承轉(zhuǎn)動連接。如此設(shè)置，進料管轉(zhuǎn)動時，軟管不會跟隨轉(zhuǎn)動，避免軟管斷裂的現(xiàn)象發(fā)生。

21、本發(fā)明的有益效果是：

22、本發(fā)明的一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，通過筒體擺動、反應(yīng)管轉(zhuǎn)動，獲得以下優(yōu)勢：1、消除短路現(xiàn)象：通過使反應(yīng)管在筒體內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時筒體進行往復(fù)擺動，確保裝填在反應(yīng)管內(nèi)的催化劑始終處于上下左右翻滾的狀態(tài)；這種動態(tài)環(huán)境有效避免了固定的短路孔道的形成，從而顯著減少了氣液混合體在反應(yīng)過程中可能發(fā)生的短路現(xiàn)象，提高了反應(yīng)效率和均勻性；2、延長氣體停留時間與增加氣流路徑：反應(yīng)管的轉(zhuǎn)動不僅促進了氣液混合體在催化劑空間中的充分混合，還通過橫向流動的液流和氣流增加了氣體在催化劑中的停留時間；此外，隨著反應(yīng)管的轉(zhuǎn)動，氣流在液相中呈現(xiàn)出上下浮動的特性，進一步豐富了氣流的運動路徑，有利于提升氣液反應(yīng)的充分性和轉(zhuǎn)化率；3、延長催化劑壽命：反應(yīng)管的動態(tài)運動導(dǎo)致催化劑之間產(chǎn)生輕微的摩擦和震動，這種物理作用有助于減少催化劑表面的沉積物，防止催化劑中毒，從而顯著延長了催化劑的使用壽命；這不僅降低了運營成本，還提高了反應(yīng)器的長期穩(wěn)定性；4、防止填料板結(jié)：通過持續(xù)的運動，即使填料的顆粒較小，也能有效防止其板結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生；這種動態(tài)環(huán)境確保了填料的松散狀態(tài)，大大延長了填料的使用壽命和更換周期，降低了維護成本和停機時間；5、催化劑始終處于松散的狀態(tài)，便于取出，從而便于催化劑更換。

23、本發(fā)明的一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，通過設(shè)置混合管，使得通過喉管截面流通面積的變化和湍流的形成，液體原料在喉管內(nèi)得到了有效的分散和攪拌；氣體原料通過接孔進入喉管內(nèi)部，與液體原料形成多點接觸和混合，顯著提高了混合效率；由此提高了反應(yīng)效率、產(chǎn)物質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時保持了操作的簡便性和維護的便捷性。

24、本發(fā)明的一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，將接孔位于喉管直徑的最小處。由于喉管的截面流通面積在此處最小，液體原料的流速會相應(yīng)增加；流速的增加有助于增強液體原料與通過氣腔進入的氣體原料之間的剪切力和湍流，從而促進兩者之間的混合；此外，由于喉管直徑的最小處通常是壓力降最大的地方，這也可能有助于氣體原料更好地滲透和分散到液體原料中，進一步提高混合效率。

25、本發(fā)明的一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，將接孔與進氣管設(shè)置成錯開布置，獲得以下優(yōu)勢：1、確保氣體原料和液體原料在混合管內(nèi)不是直接對沖，而是以一種更為溫和、有序的方式進行混合，這有助于減少混合過程中的能量損失和可能的局部過熱或過冷現(xiàn)象；2、錯開布置還可以為氣體原料提供更長的路徑和更多的時間與液體原料進行接觸和混合，從而進一步提高混合的均勻性和效率；3、當(dāng)氣體原料多于兩種時，氣體原料可在氣腔內(nèi)優(yōu)先混合，再與液體原料混合，可提高混合效率。

26、本發(fā)明的一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，通過喉管和進料管之間連接軟管，避免筒體擺動、反應(yīng)管轉(zhuǎn)動時，造成喉管和進料管的連接處斷裂。

27、本發(fā)明的一種氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器，通過軟管轉(zhuǎn)動連接，使得進料管轉(zhuǎn)動時，軟管不會跟隨轉(zhuǎn)動，避免軟管斷裂的現(xiàn)象發(fā)生。