用于气/液或气/液/固反应的反应器.pdf

一种用于气/液或气/液/固反应的反应器(1)，该反应器具有一垂直的纵向轴线，在反应器上部区域具有一液体或液/固原料流的入口(2)，并且在反应器(1)下部区域具有一气流的入口(3)，其中气流(3)被输送通过一仅由直管段(14，15)组成的气体分配器模件(9)。

1.  一种用于气/液或气/液/固反应的反应器，该反应器具有一垂直的纵向轴线，一在该反应器上部区域内的液体或液/固原料流入口(2)，和一在该反应器(1)下部区域内的气流入口(3)，该反应器包括：
-一个或多个彼此在纵向上下布置的室(4)，其中
-每个室(4)在底部通过一不透液的底板(5)限定边界，
-每个室(4)通过一液体溢流管(6)与位于限定该室边界的该不透液底板(5)下方的该反应器的内部空间相连接，并且液体产物流通过该最下端的室(4)的液体溢流管(6)移出，
-每个不透液底板下方的气体空间(7)通过一个或多个进气管(8)与直接地位于该气体空间上方的该室(4)相连，该进气管(8)或每个进气管(8)通入一设有用于该室(4)中气体在液面以下排出的开孔(10)的气体分配器模件(9)中，
-以及，每个室(4)设有至少一个导向板(11)，该导向板垂直布置在每个气体分配器模件(9)周围，该导向板的上端在液面以下，且下端在该室(4)的该不透液底板(5)上方，并且该导向板将每个室(4)分成一个或多个气体流入的空间(12)和一个或多个气体不流入的空间(13)，
其中，该气体分配器模件(9)由直管段(14，15)组成。

2.  一种如权利要求1所述的反应器(1)，其特征在于，该管段(14，15)为具有圆形截面的中空圆柱体。

3.  一种如权利要求1或2所述的反应器(1)，其特征在于，该管段(14，15)彼此成直角布置。

4.  一种如权利要求1或2所述的反应器(1)，其特征在于，每个气体分配器模件(9)由一垂直管段(14)组成，该垂直管段总是围住该进气管(8)的上端，而且一个、两个或更多个具有用于气体排出的开孔(10)的水平管段(15)与该垂直管段连接。

5.  一种如权利要求4所述的反应器(1)，其特征在于，每个气体分配器模件(9)具有两个或更多个水平管段(15)，该水平管段优选对称地布置在该垂直管段(14)的周围。

6.  一种如权利要求5所述的反应器(1)，其特征在于，该垂直管段(14)是具有一圆形截面的中空圆柱体，而一个或多个水平管段(15)是具有一四边形的，尤其是长方形的截面的中空圆柱体。

7.  一种如权利要求5所述的反应器(1)，其特征在于，每个气体分配器模件(9)具有两个布置在一条直线上的水平管段(15)。

8.  一种如权利要求5所述的反应器(1)，其特征在于，所有水平管段(15)布置在同一高度上。

9.  一种如权利要求5所述的反应器(1)，其特征在于，该一个或多个水平管段(15)位于距该室(4)的该底板(5)一定距离处，优选位于从该室(4)的该底板(5)到该液体溢流管所测量的该室(4)内的液体高度的40％～90％距离处。

10.  一种如权利要求5所述的反应器(1)，其特征在于，该水平管段(15)中用于排出气体的该开孔(10)被布置在一个或多个水平的行上。

11.  一种如权利要求1所述的反应器(1)，其特征在于，该导向板(11)是平的。

12.  一种如权利要求1所述的反应器(1)，其特征在于，该气体分配器模件(9)在每个不透液底板(5)上成列地布置，每一列的该气体分配器模件(9)的该水平管段(15)被布置在一条直线上，并且不同列的该水平管段(15)被彼此平行地布置。

13.  一种如权利要求12所述的反应器(1)，其特征在于，在由该水平管段(15)和该垂直管段(14)限定的平面内的每一列气体分配器模件(9)中布置一堰(16)，而且，该堰(16)总是在垂直方向上从该室(4)的该不透液底板(5)延伸到该室(4)的液面以上，而在水平方向上，该堰(16)在其一端处延伸到该反应器(1)的内壁，同时在其另一端处留出一液体通道，从而该气体分配器模件(9)的相邻列的堰(16)在反应器(1)内壁的相对侧上交替地留出液体自由流动的通道。

用于气/液或气/液/固反应的反应器
技术领域
本发明涉及一种用于气/液或气/液/固反应的反应器及其应用。
背景技术
在化学工艺工程中，反应常常在气/液或气/液/固相中进行。这里，气相可以是例如一种原材料、一种反应助剂或二者的结合。液相或固/液相通常与气相逆流地通过反应器。
这种具有液或液/固原料流和气流的逆向流动的反应器可从DE-A10120801.4中得知。这里，由于根据气升循环原理的反应器的特殊结构，因而可实现相的良好混合，并确保混合之后气相和液相的实质分离，这使得即使在液相或液/固相的长停留时间内，也能得到十分接近的热力学气/液平衡。
DE-A 101 20 801.4的反应器的特殊结构包括：
-至少两个彼此在纵向上下布置的室，其中
-室相互之间通过不透液的底板分隔开，
-每个室通过一液体溢流管与直接地位于下方的室相连，并且液体产物流通过最下端的室的液体溢流管移出，
-每个室中液面上的气体空间通过一个或多个进气管与直接地位于该室上方的室相连，该进气管(或每个进气管)通入一设有用于液面下气体排放的开孔的气体分配器中，
-而且，每个室设有至少一个导向板，该导向板垂直布置在每个气体分配器周围，导向板的上端在液面以下，而导向板的下端在该室的不透液底板上方，该导向板将每个室分成一个或多个气体流入的空间和一个或多个气体不流入的空间。
因此，在一没有移动部件的反应器中，通过液体的气升循环，也就是气升循环原理，确保在多相反应情况下的良好混合，以及反应混合物在各个室内的总体积中，也就是说在横截面上和尤其在液体高度上的几乎恒定的组成，同时，液相和气相能够在反应完成之后以一种简单的方式进行分离。
气体从气体分配器排放到气体分配器与垂直布置在气体分配器周围的一个或多个导向板之间的液体空间，这降低了该液体空间相对于气体不流通的液体空间的静压，从而产生被转化成动能的压力梯度。该压力梯度驱动流动形式的气升循环，该流动在气体流通的空间内，也就是说，在气体分配器与布置在气体分配器周围的导向板之间的空间内被引导向上，在导向板最上端以上和液面以下的区域中被导向板偏转，在导向板外侧从上向下流过气体不流通的液体空间，并且，在室的不透液底板的上方和导向板最下端的下方被再次偏转成向上的定向流动，从而结束该循环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于气/液或气/液/固反应的反应器，该反应器具有根据气升循环原理的相的剧烈混合，并且特别借助于气体分配器的更简单结构而比现有技术中的反应器更经济，而且还对由波动引起的故障显示出低的灵敏度。此外，反应器应具有气体分配器的模件结构，并因此能够根据具体操作条件进行灵活匹配。
我们发现上述目的可通过一具有一垂直纵向轴线、在其上部区域具有一液体或液/固原料流的入口、并在其下部区域具有一气流入口的用于气/液或气/液/固反应的反应器来实现，包括：
-一个或多个彼此在纵向上下布置的室，其中
-每个室在底部通过一不透液底板限定边界，
-每个室通过一液体溢流管与位于限定该室边界的不透液底板下方的反应器内部空间相连接，并且液体产物流通过最下端的室的液体溢流管移出，
-每个不透液底板下方的气体空间通过一个或多个进气管与直接地位于该气体空间上方的室相连，该进气管(或每个进气管)通入一设有用于该室中液面以下气体排出的开孔的气体分配器模件中，
-以及，每个室设有至少一个导向板，该导向板垂直布置在每个气体分配器模件周围，导向板地上端在液面以下，导向板的下端在室的不透液底板上方，而且该导向板将每个室分成一个或多个气体流入的空间和一个或多个气体不流入的空间。
在本发明的反应器中，气体分配器模件由直管段组成。这意味着在气体分配器模件中不存在弯曲的或弧形的管段。
已经发现，可以以一种简单的方式用直管段构造用于反应器的气体分配器。这可使用已被切成所需尺寸的商业上买卖的管来完成。
对于形成气体分配器模件的单独的管段而言，不需要以一种完全气密的方式相互连接；机械稳定的连接就足够了。
可使用的管的几何形状原则上没有任何限制。例如，可以使用为具有圆形横截面的中空圆柱体的管段，或者具有四边形的，尤其是长方形横截面的中空圆柱体的管段。
气体分配器模件优选以这样一种方式进行构造以使得管段彼此之间成直角布置。
在这种情况下，气体分配器模件优选设置有一垂直管段，该垂直管段围住进气管的上端，而且两个或更多水平管段在垂直管段周围优选以一种对称的方式与该垂直管段相连接。
如上所述，水平管段与垂直管段的连接可不必是气密的；对其而言，机械稳定是唯一必要的。
垂直管段围住进气管上端的表述是指，该垂直管段具有比进气管的外直径大的内直径，并在进气管的上端留出一自由空间，使得在进气管内上升的气体可流入气体分配器模件的垂直管段中。
气体分配器模件的垂直管段的底端优选位于室的不透液底板上。那里也不需要气密连接，只要具备机械稳定性即可。气体分配器模件通常固定在室的不透液底板上。
具有用于气体排放的开孔的一个、两个或更多水平管段与垂直管段连接。优选提供两个或更多的水平管段，尤其是围绕垂直管段对称地布置的水平管段。水平管段围绕垂直管段对称布置的结果是实现了气体在横截面上的均匀导入。
垂直管段优选由具有圆形横截面的中空圆柱体形成，而水平管段优选由具有四边形的，尤其是长方形横截面的中空圆柱体形成。
在一个优选实施例中，每个气体分配器模件具有两个布置在一条直线上的水平管段。因而整个气体分配器模件实际上是在一个平面上。
可以将气体分配器模件的所有水平管段布置在同一高度上。但是，也可以将水平管段在两个或更多不同高度处连接到垂直管段上。
气体分配器优选构造成使得当气体分配器安装在反应器中以后，水平管段位于距室底板一定距离处，优选位于室内从室底板到液体溢流管所测量的液体高度的40到90％处。气体分配器的这种特殊构造可实现气体和液体的良好混合，同时，在反应完成后液相和气相可简单分离，此外，由于具有较低的反向静压，因而该特殊构造还降低了气相从底部向上流经反应器的压降。
水平管段中用于气体排放的开孔优选布置在一个或多个、尤其是两个水平行上。令人惊奇地发现，在减少反应器操作中的波动方面，开孔的圆形几何形状较狭缝形几何形状更有利。
已经发现，布置在气体分配器模件周围的导向板优选应为平的。平的导向板在上述气体分配器模件几乎呈平面构造的情况下特别有利。为了确保根据气升循环原理的混合，导向板必须在它们与室中的液面之间，以及它们与室的不透液底板之间的垂直方向上留有间隙。
从导向板到液面、以及到室的底板的距离优选以这样一种方式设定，即当被导向板偏转时，液体流速不改变或仅稍微改变，从而导向板实质上没有造成液体流动的减少。
在一个特别有利的实施例中，气体分配器模件在室的不透液底板上、或者如果反应器具有多个室时在每个不透液底板上成列地布置，而且每一列的气体分配器模件的水平管段均被布置在一条直线上，且不同列的水平管段彼此平行布置。
一列或所有列的气体分配器模件的水平管段的端部可以相互接触或相互连接或在它们之间留有间隙。气体分配器模件在室的不透液底板上的其它布置，例如放射状布置也是可以的。
在上述气体分配器模件呈平行列布置的一个特别有利的变型中，在由水平管段和垂直管段限定的平面中的每一列的气体分配器模件中布置一堰，并且，该堰总是在垂直方向上从室的不透液底板延伸到室的液面上方，在水平方向上在其一端延伸到反应器的内壁，同时在其另一端处留出一液体通道，从而气体分配器模件的相邻列的堰在反应器内壁的相对侧交替地留出用于液体(流动)的通道。
堰的这种布置在室中产生液体的曲折流动。因此，以这种方式提供一种设备，该设备具有许多顺次相连的、理想地或实质上理想地进行逆向混合的反应阶段，并因此相当于大量串联的搅拌罐，同时容量上有相应的增加。
为了稳定结构，可以以适当方式在各堰之间设置撑杆(spacers)。
在一个模型实验中，在具有直径为1m的底板的反应器中，根据本发明使用专有的直管段能够将生产成本减少约三分之一。此外，没有气体波动和液体振动发生。
附图说明
以下借助于附图来说明本发明。在附图中：
图1A表示室在气体分配器模件的平面上的剖面；
图1B表示室在气体分配器模件的垂直面上的剖面；
图2A表示气体分配器模件的一个优选实施例的水平剖面；
图2B表示气体分配器模件的一个优选实施例的垂直剖面；
图2C表示气体分配器模件的一个优选实施例的三维视图。
具体实施方式
图1A所示的在室4中的一气体分配器模件9的平面中的剖面显示出，气流3经一进气管8通过室4的不透液底板5引入。在进气管8的上端，气流进入由气体分配器模件9的垂直管段14(其在顶部封闭)围住的空间，并流入气体分配器模件9的水平管段15中，该水平管段上具有开孔10，气体通过该开孔流出并进入室4的不透液底板5上容纳的液体中。在气体分配器模件9的任意一侧有一导向板11，该导向板在附图所示的优选实施例中是平的，并且该导向板位于距室4中的液面、和室4的不透液底板5的一定距离处。
在图1B所示的与图1A所示平面垂直的平面内的剖面中，弯曲的箭头表示气体从进气管8的上端流出，进入进气管与气体分配器9的垂直管段14之间的空间，这与图1A中的表示相似。此外，在气体分配器的垂直管段14和导向板11之间的空间中、也就是气体流动的空间12中的向上的箭头，以及在导向板11外侧气体不流动的空间13中的向下的箭头都表示由气流产生的液体的气升循环。
图2A示出一穿过反应器1的室4的水平截面，它具有作为示例的七个气体分配器模件9，每个气体分配器模件具有一垂直管段14和两个带有用于排放气体的开孔10、且对称布置的水平管段15。七个气体分配器模件9分三列布置，同时布置每列的气体分配器模件9的水平管段15以便形成彼此的连接。液体溢流管由附图标记6表示。平导向板11位于气体分配器的任一侧，并且堰16设置在气体分配器模件9的每一列中，且它在后者的平面中，并交替地在反应器1的内壁上留出通道。这促使液体反应混合物在室4中的曲折流动，如图2A中的弯曲箭头概略所示。
图2B中沿A-A面的垂直截面同样示出液体或液体/固体反应混合物的液体溢流管6，以及气流3的进气管8，该进气管为每个气体分配器模件9而设置，虽然图2B所示的截面仅示出中心的气体分配器模件9的进气管。附图标记11表示平导向板，该导向板布置在气体分配器模件9的任何一侧，并产生反应混合物的一个内部的、垂直方向的循环运动，如图2B中的弯曲箭头概略所示。每个堰16布置在气体分配器9的平面中。
图2C的三维视图示出具有垂直管段14和水平管段15的气体分配器9在具有不透液底板5和液体溢流管6的反应器1的室4中的布置。附图标记7表示室4中液面以上的气体空间。图2C的三维视图示出将气流3引入气体分配器9的顶端封闭的气体垂直管段14的进气管8的布置，还示出平导向板11和平堰16的布置。