[发明专利]鼓泡壳管式设备

说明书

本发明涉及用于气液过程的设备。鼓泡壳管式设备包括至少一个竖直壳管式单元以及固定在上管板和下管板中的第一管组和第二管组，所述竖直壳管式单元形成为具有试剂进给装置和反应产物排出装置、传热剂进给和排出装置的壳体。第一管组的管延伸超过下管板，第二管组的管被布置成使得第二管组的管的端部与下管板基本齐平，第一管组的管基本均匀地分布在管板上。当实施用于在根据本发明的鼓泡壳管式设备中进行化学反应的方法时，第一管组的管用作循环管，同时第二管组的管用作鼓泡管(图6)。

技术领域

本发明涉及用于气液过程的生产设备，并且可以用于化学工业、石油化学工业和其他工业。

背景技术

对于大多数气液过程，一种或更多种起始试剂处于气相，为了使反应发生，将试剂转换为液相或两相的边界，这需要高的传质速率。此外，在液相和气相中进行的过程通常伴随有高的热释放或热吸收，这需要混合物与传热剂之间的有效的热交换。

同样非常重要的是用于在整个设备中运行传热和传质的条件的均匀性，因为反应混合物温度或试剂浓度的局部增加或减小可能降低过程的选择性和转化率，以及反应速率。反应条件的均匀性可以通过使用具有管的按体积的均匀分布的设备来获得，即，具有这样的管分布：其使整个设备中液相流的速度相等并消除停滞区域。

US 5,846,498(1998年12月8日公开)中公开了用于进行放热气液过程(反应)的常规壳管式设备。设备包括布置在其中的中空引流管。管容纳叶轮装置以引起液体向下通过管进入底部混合室的再循环。液体流通过进给管线被引入到设备中，气体经由管线被引入在液位上方。由于使用由叶轮装置产生的强制循环，设备表现出改善的传热、高生产率和选择性。然而，用单个定位点(anchor point)(仅在向上位置)固定快速旋转的结构在技术上是有问题的，因为在旋转的同时，叶轮可能在切向力下偏离旋转轴。因此，对于在高压下运行叶轮轴，将需要特殊的密封。此外，需要高速的液体以产生通过中心管的下降的气液流，这将在叶轮的旋转中引起另外的能量损失。即使用具有显著的旋转速度的叶轮，设备的长度也将受到严格限制。

RU2040940(1995年8月9日公开)公开了用于进行具有高的热效应的气液化学过程以及传热和传质过程的设备，所述设备可以通过提供其通过工作区域的多通道来减少设备中的液体试剂的停留时间离差(dispersion)(即，实际流的停留时间与额定值的偏差)。设备包括鼓泡管(气液混合物通过其从底部向上流动)和循环管(液体通过其返回(循环)至设备的下部)的管束；具有竖直板的上室和具有气体分配装置的下室，管固定在管板中并容纳在圆柱形的竖直壳体中。壳体包括传热剂进给和排出管口(nozzle)，下室具有气体进给管口和排放管口。设备的特征在于提供了在下室中的竖直隔板，和具有沿鼓泡管的轴的孔的呈水平隔板形式的气体分配装置。此外，隔板相对于上室中的板偏移，以产生用于液体从进给管口流动至排出管口的多通道。以上元件减少了液体的各部分的停留时间离差。通过改变上室中的板和下室中的隔板的数目和布置，可以制造具有期望数目的通过管空间的通道(其可以为2至6-10)的设备。然而，这样的设备需要高的气体流量以防止大量液体进入下气体室。但是，即使以高气体流量运行，也无法完全避免液体进入下室，这可能导致试剂损失。因此，RU2040940中公开的设备包括由气体占据的非活性区域。此外，由于可能堵塞孔，因此不希望在可能伴随有固体沉淀物、包括树脂和聚合物的高分子化合物和/或高粘度化合物的沉淀的过程中，以及在伴随有反应混合物组分中的一者的结晶的过程中使用该设备。

在以下描述的常规设备中，由于布置在下管板下方的管壁具有孔(所述孔用于转移从形成在管板下方的气层(gas blanket)进入管的气体)，因此获得了设备截面上的均匀的气体分布(即，气体浓度在设备的水平截面中的管的任何点处都相同)。然而，由于孔的堵塞和设备的流体动力学参数的干扰，在伴随有结晶和沉淀的反应产物或催化剂的形成的过程中使用在管壁中具有孔的设备是有问题的。在下管板下方的气体空间中形成爆炸性气体混合物和液体蒸气的可能性也限制了设备的适用性。