一种多级导流式鼓泡塔反应器及生产工艺 【技术领域】
本发明涉及一种多级导流式鼓泡塔反应器及生产工艺，属于化工单元操作中反应设备及生产工艺的改进。
背景技术
目前，工业生产中常采用的气液反应装置为鼓泡式反应器或搅拌釜式反应器，这两类传统反应器反应效率低，设备通常比较庞大，这样占地面积大，一次性投资费用高，运行成本也较高，应用领域受到反应体系的限制。
基于鼓泡式反应器发展而来的多级环流反应器，是采用不同结构的多级导流筒和内构件，使气相和液相实现大环流套小环流的流动，改善两相流动状况，提高传质效率，但是它的缺陷是在塔身的任意截面处，气相与液相只形成了一层环流，即只存在一个大环流套小环流，导致环隙气含率仍然低，有效传质面积不是很大，反应器利用率低，反应器总体效率低。
【发明内容】
为了克服现有装置和技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种多级导流式鼓泡塔反应器及生产工艺。
本发明是通过下述技术方案加以实现的：
本发明的一种多级导流式鼓泡塔反应器，包括反应段、导流板、液相分布器和微泡发生器；反应段由反应柱连接导流板构成；液相分布器位于塔体内上端，微泡发生器位于塔体内下端；塔顶部设有排气口，塔底部设有排液口，在反应段上端设有液相进料口，在反应段下端设有气相进料口；反应段为两级以上。反应柱为规整填料，每级反应柱至少3根；相邻两级反应段内反应柱的放置方向相垂直。
本发明的多级导流式鼓泡塔反应器的生产工艺，将液相原料通过泵经由液相分布器打入塔内，在重力的作用下，原料向下依次流过各级反应段；气相原料通过压缩机经由微泡发生器打入塔内，在浮力的作用下，微泡向上运动，与液相原料逆流接触，并在导流板的导流作用下发生相应的反应，液相反应产物从塔底排出，气相反应产物从塔顶排出。
反应段的级数根据反应要求达到的转化率和收率而定，可以分为两级、三级或更多，转化率和收率要求越高，采用的级数越多。每层反应段内均匀竖直平行放置一定数目内置规整填料的反应柱，反应柱的具体数目根据反应要求达到的转化率和收率而定，转化率和收率越高，反应柱的数目越多。每根反应柱下方对应设有一个导流板，相邻两层反应段内反应柱的放置方向相垂直；
反应气体经微泡发生器进入反应段，在气体的喷射力和密度差的作用下，微气泡带动周围液体向上运动，并且围绕着不同反应柱和柱间的空隙进行快速的环流运动，形成许多个大环流套小环流的流动状态。
本发明的多级导流式鼓泡塔反应器，其优点在于：投资小、能耗小、占地面积小；每层反应段的反应柱内持气量及环隙内持气量的差异导致流体的循环流动，有利于气相原料与液相原料充分接触；采用微泡发生器产生的气泡直径小，数目多，因此在同样的流量下，比表面积更大，同液相原料接触的概率增大，提高出口转化率；多级导流式鼓泡塔反应器提供了较高的反应高度，使气泡在反应塔内的行程长，原料在反应器内的停留时间更长，在较小的容器内就可以实现气液两相的充分反应，转化率提高，产物出口纯度也相应提高；能够较好的满足大批量的处理要求，同时由于其结构简单，造价低，具有广泛的适用性。
【附图说明】
图1为多级导流式鼓泡塔反应器及其工艺流程图。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明多级导流式鼓泡塔反应器，主要由微泡发生器5，液相分布器9，反应段11和导流板7构成。每级反应段中均匀竖直平行放置内置规整填料的反应柱8，每根反应柱下方对应设有一个导流板7，相邻两层反应段内反应柱的放置方向相垂直。在反应段的上方设有液相分布器，液相分布器连着原料液入口，反应段的下方等间距水平装有一定数目的微泡发生器5，微泡发生器连着气相入口3。在合成塔塔顶设有气体出口10，塔底设有产物出口6。
原料液入口1经原料泵2打入液相分布器9，分布均匀后均匀流入反应段11，每层反应段内都包含一定数目内置规整填料的反应柱8；原料从入口3，经压缩机4、微泡发生器5后，打入塔内，与从上向下流动的液相原料液在导流板7和一定反应条件作用下发生反应，生成液相产物，液相产物和未反应完的液相原料从产物出口6排出，未反应完的气相原料从气相出口10排出。
下面介绍本发明的几个具体实施例，但不局限与这几个反应，本发明的多级导流式鼓泡塔反应器适用于现工业生产中常采用的气液体系。
实施例1：氯气和甲苯反应生成三氯甲苯，其反应式为甲苯+氯气→三氯甲苯。如图1所示，利用本发明多级导流式鼓泡塔反应器生产工艺，首先在常压下，将原料甲苯和催化剂氯化铵混合均匀，并加热到140℃，从原料液入口1经原料泵2打入液相分布器9，分布均匀后均匀流入反应段11，根据反应收率要求，采用四级反应段，每级反应段内都包含三根内置规整填料的反应柱8；原料氯气从入口3，经压缩机4、微泡发生器5后，打入塔内，与从上向下流动的甲苯在导流板7和催化剂作用下发生反应，生成三氯甲苯，产物和未反应完的甲苯从产物出口6排出，副产物氯化氢和未反应完的氯气从气相出口10排出。结果表明：采用多级导流式鼓泡塔反应器，原料甲苯的收率比传统的多级环流反应器提高10％左右。
实施例2：对硝基苯乙酮的合成，其反应式为对硝基乙苯+空气→对硝基苯乙酮。如图1所示，首先在5atm下，将原料硝基乙苯和催化剂醋酸盐混合均匀，并加热到140℃，从原料液入口1经原料泵2打入液相分布器9，分布均匀后均匀流入反应段11，根据反应收率要求，采用三级反应段，每级反应段内都包含两根内置规整填料地反应柱8；原料空气从入口3，经压缩机4、微泡发生器5后，打入塔内，与从上向下流动的硝基乙苯在导流板7和催化剂作用下发生反应，生成对硝基苯乙酮，产物和未反应完的硝基乙苯从产物出口6排出，未反应完的空气从气相出口10排出。结果表明：采用多级导流式鼓泡塔反应器，原料硝基乙苯的收率比传统的多级环流反应器提高7％左右。
以上两个实施例证明：多级导流式鼓泡塔反应器在气液反应方面确实比传统的环流反应器有较大优势，并且，反应级数与每一级中反应柱根数越多，原料转化率与收率越高，但同时成本也越大，因此在实际应用中应该综合考虑收率和成本两方面因素，找出级数与每一级中反应柱根数的最优值，使利润最大化。
本发明提出的一种多级导流式鼓泡塔反应器及生产工艺，已进行了详细的描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的工艺流程及设备进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。