[发明专利]一种气液固分离内构件及气液固三相反应器

说明书

本发明提供了一种适用于液‑固和气‑液‑固多相反应体系的气液固分离内构件及气液固三相反应器。该气液固分离内构件基于反应器内流场控制，通过内构件设置引导反应器内气液固三相流动，进而实现气液固分离。流体在该构件内的流动阻力小，富集的浆料可利用流场的流动设计直接返回主反应区，不需要通过额外的管线和泵将浆料输送回反应器内。该气液固分离内构件结构简单、气液固分离效率高，能满足气液固三相反应器大型化和连续化生产的要求。

技术领域

本发明涉及一种适用于液-固、气-液和气-液-固多相反应体系的反应器和气液固分离内构件，尤其涉及一种气液固三相反应器。

背景技术

液-固和气-液-固多相反应体系广泛应用于化工合成、加氢反应、废水生化处理、聚合物合成、生物化工等工业领域。实现这些反应过程一般需要多相反应器，反应器的种类包括鼓泡床反应器、气升式环流反应器、搅拌釜反应器等。多相反应体系中的固相一般为固体催化剂，实际反应时，催化剂一般均匀悬浮在反应器液相中。为了实现反应器的连续操作和反应性能，一方面要求反应器内催化剂颗粒保持一定浓度，另一方面要求从反应器流出的液相不包含固体催化剂。因此，要求反应器能很好地实现气液固在线分离功能。

现有的固液分离方法包括沉降、过滤以及磁分离等。其中过滤和磁分离设备结构复杂，实际生产过程中需要重复切换等繁琐操作，不利于大型化和连续化生产。沉降分离具有设备结构简单、操作弹性大等特点，是多相反应器中优先选取的分离方案。沉降分离的关键在于开发高效的气液固分离内构件。CN1433838A提出了一种箱体结构的分离单元，该分离采用液固逆流的分离原理。CN100586440C提出了一种液固连续分离的设备，利用浅层沉降原理，在层降槽内部安装互相平行的倾斜薄板。以上两种方案均可放置于反应器内部或反应器外，但这两种方案含催化剂的浓缩浆相需先引出反应器，再通过管线由泵送回反应器内，增加了额外的部件和流程。CN111035995提出了一种气液固三相分离器，CN113019268提出了一种惯性沉降器。这两种方案的本质原理与旋流分离器相似，利用待分离物流固液相之间的密度差，并通过离心分离加快沉降速率。但离心分离的分离效率不够高，也带来一定的阻力降，一般也需要通过额外的管线和泵将浆料输送回反应器内，另外也会造成催化剂颗粒的磨损。

综上所述，开发一种结构简单、气液固分离效率高、适用于液-固和气-液-固多相体系的气液固分离内构件及利用该构件的反应器具有重要的工业应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于液-固和气-液-固多相反应体系的气液固分离内构件及气液固三相反应器。该气液固分离内构件基于反应器内流场控制，通过内构件设置引导反应器内气液固三相流动，进而实现气液固分离。流体在该构件内的流动阻力小，富集的浆料可利用流场的流动设计直接返回主反应区，不需要通过额外的管线和泵将浆料输送回反应器内。该气液固分离内构件结构简单、气液固分离效率高，能满足气液固三相反应器大型化和连续化生产的要求。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种气液固分离内构件，其特征在于，应用于多相流三相反应器内，包括第一分隔件(1)、第二分隔件(2)和径向导流件(3)；其中，所述第一分隔件底部边缘连接径向导流件，第二分隔件布置于径向导流件上方，第二分隔件下边缘与径向导流件之间形成流动通道(4)；所述第一分隔件和第二分隔件将反应器的横截面分为第一区域(5)、第二区域(6)和第三区域(7)，所述第一区域和第二区域实现气液分离，所述第三区域实现液固分离，所述第一区域和第三区域中的液相流动方向为从下往上，第二区域中的液相流动方向为从上往下。

进一步地，所述第一分隔件和第二分隔件为平板、折板、圆筒、椭圆筒、锥形筒和多边形筒中的一种或组合，所述径向导流件为平板、折板、圆筒、锥形筒和多边形筒中的一种或组合。

进一步地，当所述径向导流件为平板或折板时，所述径向导流件的结构轴线与反应器轴线的轴线夹角为15-75度，优选为30-60度；当所述径向导流件为圆筒或锥形筒或多边形筒时，所述径向导流件与反应器优选为同轴设置。