一種新型多相流板式塔反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種新型多相流板式塔反應器，包括塔體，其特點為塔體的底部設計一個漿液沉淀池或攪拌池，池底采用錐形設計，在最低端開一個固體出料口;塔體的底部側(cè)面位于漿液沉淀池或攪拌池上方設有進氣通道，進氣通道與氣體分布裝置連接，塔體的中間段采用多層塔板結構，每層塔板之間留有層間距供氣體通過，并避免兩層漿液之間形成連續(xù)流動通路；在塔體的多層塔板上方設置一個漿液噴淋裝置，漿液噴淋裝置與漿液進料口連接；在漿液噴淋裝置上方設置一個除霧器。本發(fā)明能實現(xiàn)漿液在宏觀上的均勻分散；通過控制塔板上固液通道的孔徑大小、形狀（或控制塔板上三角形板片坡度），可以設計成適用于不同流變學性質(zhì)的漿液；有效提高塔的利用效率。
【專利說明】
一種新型多相流板式塔反應器
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于化工或生物化工或濕法冶金領域。
【背景技術】
[0002]多相流反應中不同相態(tài)之間均勻分散一直是一個難點。對于快速和中速反應，為了使得不同相態(tài)均勻分散，一般采用流化床、固定床、滴流床、淤漿床、攪拌釜等傳統(tǒng)反應器。這種方式不得不消耗大量的機械能來保證不同相態(tài)之間的持續(xù)均勻混合接觸，但是對于慢速反應而言，大量的機械能消耗無形中增加了巨大的運行成本。對于氣液固多相流生物反應過程而言，除了運行成本的增加，劇烈混合產(chǎn)生的強剪應力也會破壞微生物細胞壁，導致微生物的死亡，反而降低反應速率。
[0003]在濕法冶金領域中，如含硫化物的精金礦的生物氧化預處理工藝，硫化鋅礦、硫化銅礦等硫化礦的生物氧化提取金屬工藝等，若采用傳統(tǒng)的堆浸工藝，存在占地面積廣、堆浸耗時長等導致生產(chǎn)效率低下的弊端;若采用攪拌釜反應器，為了使得氣液固混合均勻、反應熱及時移除，則需要加大攪拌速率、增加曝氣量，由此劇烈混合產(chǎn)生的強剪應力會破壞細菌的細胞壁，不利于細菌的生長，同時不斷攪拌和曝氣需要消耗大量的能量，運行成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種利用幾何構造實現(xiàn)的靜態(tài)氣液固分散系統(tǒng)，減少在低速反應過程中能量消耗、降低系統(tǒng)中混合剪應力的新型反應器。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，所述的一種新型多相流板式塔反應器，即滯流反應器(Fluid holdup reactor)，其特征在于包括:
適用于氣液固多相流體反應操作的板式塔反應器；
塔內(nèi)部采用特制的新型塔板(持流板Fluid holdup plate)，利用塔板設計和板間空隙的調(diào)整，使得液固兩相可以借助塔板的支撐作用均勻分散在塔板中的引流通道和塔板上方，在宏觀上顯示出氣體和液固相混合物交錯分布，所述引流通道包括固液通道和氣體通道，或者所述引流通道采用氣液固通道；
塔板主要起到抵消固液兩相混合物所受的重力作用，而不是像傳統(tǒng)塔板那樣主要起到強化傳質(zhì)、傳熱的作用；
在重力作用下，下層塔板上的漿液無法回到上層塔板，因此塔板間的液固兩相基本不存在返混；
氣相停留時間與液固兩相不存在關聯(lián);但液固兩相因形成較穩(wěn)定的混合漿液，停留時間具有一定的相互關聯(lián)，通過控制漿液的濃度、表面張力、粘度等參數(shù)可實現(xiàn)液、固停留時間相同或不同。
[0006]所述板式塔反應器液固兩相是分散相，氣相是連續(xù)相，液固兩相借助塔板的支撐作用分散在引流通道和塔板上方，并與塔板間的氣相接觸進行化學反應，適用于慢速反應(如生物反應)。
[0007]所述塔板減緩了固液兩相的流動，但不會阻止固液兩相向下流動，固液兩相停留時間分布由濃度、粘度、表面張力、堆積特征、外力干擾和塔板幾何特征決定。
[0008]所述的板式塔反應器，液固兩相借助塔板的支撐作用均勻分散在塔板中的引流通道和塔板上方，塔板的實現(xiàn)方式有兩種:一、設計成多孔平板結構，借助孔徑0.1-1Omm的微孔的毛細管效應，及漿液的粘性和表面張力作用，使得漿液可以在塔板下方一定高度內(nèi)懸掛一定量的漿液滴，從而漿液可以連續(xù)分布在塔板上方、微孔及塔板下方一定高度內(nèi)；二、設計成多片三角形板結構，借助塔板上表面0.5-30°的傾斜角度及漿液的粘性和表面張力作用，實現(xiàn)漿液分布在塔板上表面和通道處的塔板下緣位置。氣體則可以均勻分散在沒有漿液的塔板間隙和氣體通道中，在宏觀尺度上顯示出氣液固均勻分散的效果。
[0009]所述的板式塔反應器，為了保證塔板持流性能，避免上層塔板漿液與下層塔板漿液之間形成塊狀或絲狀流動，塔板間隙高度應不低于10_。
[0010]包括塔體，塔體的底部設計一個漿液沉淀池或攪拌池，池底采用錐形設計，在最低端開一個固體出料口；塔體的底部側(cè)面位于漿液沉淀池或攪拌池上方設有進氣通道，進氣通道與氣體分布裝置連接，塔體的中間段采用多層塔板結構，每層塔板之間留有層間距供氣體通過，并避免兩層漿液之間形成連續(xù)流動通路;在塔體的多層塔板上方設置一個漿液噴淋裝置，漿液噴淋裝置與漿液進料口連接;在漿液噴淋裝置上方設置一個除霧器。
[0011]所述的塔板以單位面積支撐的固體、液體質(zhì)量總和計算具有較大的持槳性能，第一種塔板單片塔板厚度控制在l-50mm之間，第二種塔板單片板寬度不小于4_。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點為:所采用的塔板可以實現(xiàn)漿液在宏觀上的均勻分散，而無需像攪拌釜那樣采用攪拌輸入機械能實現(xiàn);塔板上的固液通道采用豎直孔設計，可以減少因結垢導致固體堆積阻塞漿液向下移動;通過控制塔板上固液通道的孔徑大小、形狀(或控制塔板上三角形板片坡度)，可以設計成適用于不同流變學性質(zhì)的漿液;通過控制漿液濃度很容易改變漿液的流變學性質(zhì)，并根據(jù)反應速率調(diào)節(jié)漿液的停留時間，有效提高塔的利用效率;通過控制氣體通入量和溫度，很容易強化傳質(zhì)和傳熱，調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應溫度，提高反應速率，增加氣體的利用效率，避免資源浪費；與傳統(tǒng)的大高徑比的攪拌釜反應器(或淤漿床反應器)相比，設備底部的溶液壓力低，可以采用非壓力容器設計，減少設備設計和制造難度;在濕法冶金中與傳統(tǒng)的堆浸過程先比，具有反應速度快(反應時間可控制在15日以內(nèi))，占地面積小的特點;在微生物反應器中，通過控制循環(huán)漿液量還可以增加微生物反混量，提高自催化反應速率;不同塔設備還可以采取串聯(lián)或并聯(lián)方式提高生產(chǎn)能力。
[0013]因此，該類型反應器具有廣闊的市場應用前景和良好的經(jīng)濟效益。表現(xiàn)為:
(I)應用領域廣。對所有多相流體系低速反應體系均適用，特別是微生物反應過程，還可以降低因混合剪應力造成的微生物細胞壁破壞，因此具有特別重要的意義，可以產(chǎn)生廣泛市場應用前景。
[0014](2)能源消耗低。與傳統(tǒng)的流化床、固定床、滴流床、淤漿床、攪拌釜等傳統(tǒng)反應器相比，無需持續(xù)大量輸入的機械能保證固體均勻懸浮和氣體均勻分散。
[0015](3)設備制造難度低。系統(tǒng)壓力低，無需壓力容器，采用塔體和塔板分別制造，現(xiàn)場組裝，制造容易。
[0016](4)運行成本低。生產(chǎn)過程中由于無需大量輸入能力確保氣液固多相保持均勻混合，因而具有可觀的效益回報。
[0017](5)生產(chǎn)效率高。針對濕法冶金，反應速度快，反應時間短，可控制在15日以內(nèi)。
[0018](6)占地面積小。針對濕法冶金，與傳統(tǒng)堆浸工藝相比，占地面積小。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的塔式反應器結構設計示意圖。
[0020]圖2是塔板為多孔平板的塔式反應器減緩漿液流動的塔板微結構示意圖。
[0021 ]圖2-1是塔板為單片三角形板的塔式反應器減緩漿液流動的塔板微結構示意圖。
[0022]圖3是塔板為多孔平板的塔式反應器氣液固通路及設計尺寸示意圖。
[0023]圖3-1是塔板為單片三角形板的塔式反應器氣液固通路及設計尺寸示意圖。
[0024]圖4是塔板為多孔平板的塔板結構俯視圖。
[0025]圖4-1是塔板為單片三角形板的塔板結構俯視圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細說明:
參見附圖，本發(fā)明提供一種新型多相流板式塔反應器，(I)塔式反應器的設計包括塔體，塔體的底部側(cè)面位于漿液沉淀池(或攪拌池)I上方設有進氣通道，進氣通道與氣體分布裝置連接，塔體的底部設計一個漿液沉淀池(或攪拌池)1作為固液分離池，池底采用錐形設計，在最低端開一個固體出料口 2。塔體的中間段采用多層塔板結構，每層塔板3之間留下一個適當?shù)膶娱g距供氣體通過，并避免兩層漿液之間形成連續(xù)流動通路。在塔體的塔板層上方設置一個漿液噴淋裝置4，漿液噴淋裝置4與漿液進料口 5連接，用于調(diào)節(jié)漿液濃度和流變學性質(zhì)，控制漿液停留時間。在漿液噴淋裝置4上方設置一個除霧器6，除去廢氣中的液滴，減少物料損失。
[0027](2)塔板間隙的設計:塔板間隙高度C不低于10mm。
[0028](3)塔板的設計:塔板的實現(xiàn)方式有兩種:一、設計成多孔平板結構，單片塔板厚度h控制在1-50_之間，圖2是塔板為多孔平板的塔式反應器減緩漿液流動的塔板微結構示意圖，每層塔板之間留下一個適當?shù)膶娱g距(即塔板間隙高度C)供氣體通過，固液通道7為豎直圓形或六邊形孔且孔徑dl為0.l-10mm，作為漿液流動通道，塔板上氣體通道8為圓形豎直孔且孔徑d3為lO-lOOmm，孔間距d2為l-3mm，供氣體流動通道;二、設計成多片三角形板結構，單片三角形板的塔板厚度h控制在l_50mm之間，圖3是塔板為多孔平板的塔式反應器氣液固通路及設計尺寸示意圖，單片三角形板上表面設計成0.5-45°的傾斜角度A，單片三角形板上表面以及相鄰間的氣液固通道9作為漿液流動通道，單片板寬度d4不小于4mm，板片間d5距離4-100mm，上下兩單片三角形板之間以及相鄰間的氣液固通道作為氣體流動通道。
【主權項】
1.一種新型多相流板式塔反應器，其特征在于包括: 適用于氣液固多相流體反應操作的板式塔反應器； 塔內(nèi)部采用特制的新型塔板，利用塔板設計和板間空隙的調(diào)整，使得液固兩相能借助塔板的支撐作用均勻分散在塔板中的引流通道和塔板上方，在宏觀上顯示出氣體和液固相混合物交錯分布，所述引流通道包括固液通道和氣體通道，或者所述引流通道采用氣液固通道； 塔板主要起到抵消固液兩相混合物所受的重力作用，而不是像傳統(tǒng)塔板那樣主要起到強化傳質(zhì)、傳熱的作用； 在重力作用下，下層塔板上的漿液無法回到上層塔板，因此塔板間的液固兩相基本不存在返混； 氣相停留時間與液固兩相不存在關聯(lián);但液固兩相因形成較穩(wěn)定的混合漿液，停留時間具有一定的相互關聯(lián)，通過控制漿液的濃度、表面張力、粘度等參數(shù)可實現(xiàn)液、固停留時間相同或不同。2.根據(jù)權利要求1所述的新型多相流板式塔反應器，其特征在于所述板式塔反應器液固兩相是分散相，氣相是連續(xù)相，液固兩相借助塔板的支撐作用分散在引流通道和塔板上方，并與塔板間的氣相接觸進行化學反應，適用于慢速反應。3.根據(jù)權利要求1所述的新型多相流板式塔反應器，其特征在于所述塔板減緩了固液兩相的流動，但不會阻止固液兩相向下流動，固液兩相停留時間分布由濃度、粘度、表面張力、堆積特征、外力干擾和塔板幾何特征決定。4.根據(jù)權利要求1所述的新型多相流板式塔反應器，其特征在于所述的板式塔反應器，液固兩相借助塔板的支撐作用均勻分散在塔板中的引流通道和塔板上方，塔板的實現(xiàn)方式有兩種:一、設計成多孔平板結構，借助孔徑0.1-1Omm的微孔的毛細管效應，及漿液的粘性和表面張力作用，使得漿液可以在塔板下方一定高度內(nèi)懸掛一定量的漿液滴，從而漿液可以連續(xù)分布在塔板上方、微孔及塔板下方一定高度內(nèi)；二、設計成多片三角形板結構，借助塔板上表面0.5-30°的傾斜角度及漿液的粘性和表面張力作用，實現(xiàn)漿液分布在塔板上表面和通道處的塔板下緣位置。5.氣體則可以均勻分散在沒有漿液的塔板間隙和氣體通道中，在宏觀尺度上顯示出氣液固均勻分散的效果。6.根據(jù)權利要求1所述的新型多相流板式塔反應器，其特征在于所述的板式塔反應器，為了保證塔板持流性能，避免上層塔板漿液與下層塔板漿液之間形成塊狀或絲狀流動，塔板間隙高度應不低于I Omm。7.根據(jù)權利要求1或2或3或4或5所述的新型多相流板式塔反應器，其特征在于:包括塔體，塔體的底部設計一個漿液沉淀池或攪拌池，池底采用錐形設計，在最低端開一個固體出料口；塔體的底部側(cè)面位于漿液沉淀池或攪拌池上方設有進氣通道，進氣通道與氣體分布裝置連接，塔體的中間段采用多層塔板結構，每層塔板之間留有層間距供氣體通過，并避免兩層漿液之間形成連續(xù)流動通路;在塔體的多層塔板上方設置一個漿液噴淋裝置，漿液噴淋裝置與漿液進料口連接;在漿液噴淋裝置上方設置一個除霧器。8.根據(jù)權利要求4的新型多相流板式塔反應器，其特征在于所述的塔板以單位面積支撐的固體、液體質(zhì)量總和計算具有較大的持槳性能，第一種塔板單片塔板厚度控制在1- 50mm之間，第二種塔板單片板寬度不小于4mm。
【文檔編號】B01J19/32GK105964214SQ201610511721
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】鄭成輝, 林誠, 蔡如鈺
【申請人】鄭成輝