一种填充床振荡流反应器内件的制作方法

1.本实用新型属于反应器内构件领域，具体涉及一种填充床振荡流反应器内件。


背景技术：

2.填充床振荡流反应器是一种新型高效的连续化化学反应设备和过程强化装置，适用于以液相为主体的工业气液反应、气液液反应或气液固三相反应体系。填充床振荡流反应器的优点是在连续操作条件下，具有比釜式反应器和普通管式反应器更均匀的停留时间分布和优良的传热传质性能。通过在填充床振荡流反应器内部设置填料，可将气相或液相切割成较小的液滴或者气泡，避免聚并的发生，从而增大相界面积，同时，在周期性的振荡的作用下，相界面不断更新，有效强化传递过程。
3.当填充床振荡流反应器应用于以液相为主体且有固相作为反应物参与的气液固三相反应或液固反应时，因不同体系液相与固相的相对密度不同，部分体系反应时固相下沉，部分体系反应时固相上浮。使用现有填料作为填充床振荡流反应器的内件，结构简单的填料不容易发生堵塞，但难以保证固相与其他相之间有足够的接触面积且传质效率低进而导致反应效果差；而传质效率高的填料又无法同时满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞。而对于一些较慢的反应，为减小反应器大小，需要更大程度地提高固相与其他相之间的接触时间和相界面积，即固相需要在反应器中保持均匀的悬浮或近悬浮的状态，才能使反应更充分，而现有填料都无法达到该效果。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中的问题，公开了一种填充床振荡流反应器内件，旨在提供一种适用于填充床振荡流反应器，向上向下两个方向均不会发生堵塞，传质效率高，能够提升反应效果的内件。
5.本实用新型提供了一种填充床振荡流反应器内件，所述反应器内件包括在垂直方向上呈多层排列的型材，每层上的所述型材在该层水平方向上平行排列，在垂直方向上相邻的两层型材平行错位排列。
6.本实用新型的上述设计，可以使固相反应物在填充床振荡流反应器中保持均匀的悬浮或近悬浮状态从而获得良好的反应效果，并且型材的平行错位排布方式使得内件内部没有直通的流道，有效加强了对流体流动的扰动，当两相相向流动时会相互穿流，从而避免流体发生短路，此外，促进相际界面更新，强化传质过程，提高传质效率。
7.进一步，所述型材的截面由两条相等的棱边和两条相等的底边围合形成；所述型材的截面左右对称，所述两条棱边形成顶角α，所述两条底边形成底角β；顶角α的角度为30
°‑
330
°
，底角β的角度为30
°‑
330
°
。
8.更进一步，所述顶角α的角度和底角β的角度选自方案i
‑ⅴ
中的一种：
9.方案i：
10.所述顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，所述底角β的角度范围为30
°
≤底角β
＜180
°
，此时顶角α向上凸起，底角β向下凸起；
11.方案ii：
12.所述顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，所述底角β的角度范围为180
°
＜底角β≤330
°
，且顶角α的角度和底角β的角度之和不等于360
°
，此时顶角α向上凸起，底角β向上凸起；
13.方案iii：
14.所述顶角α的角度范围为180
°
＜顶角α≤330
°
，所述底角β的角度范围为30
°
≤底角β＜180
°
，且顶角α的角度和底角β的角度之和不等于360
°
，此时顶角α向下凸起，底角β向下凸起；
15.方案
ⅳ
：
16.所述顶角α的角度为180
°
且所述底角β的角度不为180
°
，或所述底角β的角度为180
°
且所述顶角α的角度不为180
°
，此时所述棱边或底边组成一条直线，所述型材的截面为等腰三角形；
17.方案
ⅴ
：
18.所述顶角α的角度与底角β的角度之和为360
°
，此时所述底边和棱边重合，所述型材为角型材。
19.通过对型材的顶角α、底角β设置，有利于对反应器中流体的流动进行干扰；且所述型材内部向上和向下两个方向均为斜面，没有水平面和凹面，消除了固相颗粒堆积发生的空间条件，有效避免结垢、堵塞现象的发生，可同时满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞。当顶角α的角度与底角β的角度之和为360
°
时形成的角型材为没有底边的型材。
20.再进一步，所述顶角α的角度为30
°‑
150
°
，底角β的角度为30
°‑
150
°
。使用于一般的反应体系时，具体的角度可以根据固体颗粒的重力、在液相中的浮力以及在内件表面的附着力或摩擦力等综合考虑后确定。如无特殊要求，为加工方便，顶角α或底角β可设置为60
°
、90
°
、120
°
、150
°
等常规角度。使用于固相易发生堆积的体系时，所述顶角α的角度或底角β的角度设置为30
°
，从而可消除堵塞现象，并且可以满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞。为了加工方便和安全，所述型材截面各个角均可加工为圆角。
21.进一步，所述型材的结构包括中空结构、实心结构中的一种。
22.更进一步，所述型材的结构为中空结构时，中空结构的内部还可设置支撑结构。支撑结构用以提高型材的强度。
23.进一步，在水平方向，同层相邻型材的中心线之间的水平间距d相等，进一步优选，同层相邻型材的中心线之间的最大水平间距，为上层相邻型材棱边可遮挡下层型材时上层相邻型材的中心线之间的水平间距，即同层相邻型材的中心线之间的水平间距d不大于2倍型材的两棱边底部的水平间距d(d≤2d)。上层相邻型材遮挡下层型材，可使内件内部没有直通的流道，有利于对反应器中流体的流动进行干扰，避免反应器内流体发生短路；而同层相邻型材的中心线之间的水平间距相等有利于使反应器的流体更均匀的分布于整个内件中，有利于反应的充分性和均匀性。
24.进一步，在垂直方向，上层型材的顶角到相邻下层型材的顶角的垂直间距h相等，进一步优选，上层型材的顶角到相邻下层型材的顶角的最大垂直间距，为下层型材的顶角不低于上层型材的两棱边底部的水平面，即上层型材的顶角到相邻下层型材的顶角的垂直
间距h小于型材的顶角到两棱边底部的水平面的垂直距离h(h《h)。填充床振荡流反应器中，在振荡和所述内件的综合作用下，下层型材的顶角高于上层型材的两棱边底部的水平面，有利于流体在上层型材的棱边底部靠近下层型材的顶角区域和上层型材的棱边底部偏下区域产生周期性生成和消亡的漩涡，从而促进固液的混合，同时由于漩涡的存在使得流体的轴向速度分量和径向速度分量处于同一数量级，产生了很好的径向混合效果，使流体的停留时间趋向更均匀的分布。当向上振荡时，流体流经上层型材的棱边底部靠近下层型材的顶角的区域时，由于流道的收缩在上层型材的棱边底部偏上的区域产生漩涡；当向下振荡时，原来形成的漩涡消亡，又在上层型材的棱边底部偏下的区域形成漩涡，漩涡运动引起的强烈湍动还能强化反应器内部的传质传热过程，提高传质效率。
25.进一步，奇数层与奇数层、偶数层与偶数层的型材的中心线在垂直方向上对齐。型材在水平和竖直方向上排布均匀，保证了液固接触的均匀性。
26.进一步，所述型材的材料包括金属、塑料、聚四氟乙烯、陶瓷中的一种或多种。可根据不同体系物料的腐蚀性，选择可长期使用的型材材质。
27.进一步，本实用新型提供的一种填充床振荡流反应器内件，还包括环侧板和支撑板。
28.进一步，本实用新型提供的一种填充床振荡流反应器内件，所述环侧板内侧连接支撑板和型材，支撑板上设置有根据型材排列顺序和大小适配的型材孔，支撑板两侧边沿设置有由于有序排列的型材孔被自然切割形成的不规则孔，支撑板上型材孔用于固定型材，支撑板上不规则孔用于固定与不规则孔大小适配的被切割的型材。
29.进一步，所述支撑板数量≥1；进一步优选，支撑板数量≥2时，支撑板之间相互平行。
30.进一步，本实用新型还提供了一种填充床振荡流反应器内件的制作方法，所述制作方法将型材垂直穿过支撑板上的型材孔，被切割的型材垂直穿过支撑板边沿上的不规则孔，将支撑板左右两端、型材和被切割的型材的端部分别与环侧板内侧区域采用焊接的方式固定，型材、被切割的型材与支撑板的接触处采用点焊固定。
31.本实用新型的有益效果在于：
32.1、填充床振荡流反应器内的流体在振荡和填充床振荡流反应器内件的综合作用下产生周期性生成和消亡的漩涡，引起强烈湍动，能够产生很好的混合效果，还能强化反应器内部的传质传热过程，提高传质效率，有效提高反应效率，提升反应效果。
33.2、型材的平行错位排布方式使得内件内部没有直通的流道，有效加强了对流体流动的扰动，两相相向流动时相互穿流，避免流体发生短路，促进相际界面更新，强化传质过程，提高传质效率。
34.3、填充床振荡流反应器内件内部向上和向下两个方向均为斜面，没有水平面和凹面，消除了发生固相颗粒堆积的空间条件，有效避免结垢、堵塞现象的发生，可同时满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞。
35.4、可以通过调节振荡强度，使固相颗粒均匀地悬浮于反应流体中，也可以让固相颗粒形成由上到下数密度逐渐加大的稳定分布，从而保证固相反应物与其他相之间有足够的接触时间和相界面积，保证反应效果。
36.5、填充床振荡流反应器内件压降小，通量大，处理能力大、结构简单、易于加工且
制造成本低。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的填充床振荡流反应器内件结构，下面将对实施例中所需要的技术，使用附图作简单地介绍，其中：
38.图1为本实用新型填充床振荡流反应器内件俯视图示意图。
39.图2为本实用新型型材排列的正视图示意图。
40.图3为本实用新型支撑板结构示意图。
41.图4为本实用新型环侧板结构的俯视图示意图。
42.图5为本实用新型环侧板结构的正视图示意图。
43.图6为本实用新型在向上振荡时流体在填充床振荡流反应器内件中产生旋涡的示意图。
44.图7为本实用新型在向下振荡时流体在填充床振荡流反应器内件中产生旋涡的示意图。
45.图8为不同结构的型材截面举例示意图，其中a、b、c、d表示中空结构的不同型材的横截面；e、f、g、h表示实心结构的不同型材的横截面。
46.其中，上述附图包括以下附图标记：
47.1-支撑板；2-环侧板；3-型材；4-被切割的型材；5-型材孔；6-不规则孔；d-同层相邻型材的中心线之间的水平间距；d-型材的两棱边底部的水平间距；h-上层型材的顶角到相邻下层型材的顶角的垂直间距；h-型材的顶角到两棱边底部的水平面的垂直距离；α-型材两条棱边形成的顶角；β-型材两条底边形成的底角。
具体实施方式
48.为了便于理解本实用新型填充床振荡流反应器内件结构，下面将对本实用新型填充床振荡流反应器内件结构进行更全面的描述，给出了本实用新型的实施例，但并不因此而限制本实用新型的范围。
49.我们根据型材的顶角α和底角β设计了不同结构的型材，如图8所示，图8为不同结构的型材截面举例示意图，型材3的截面由两条棱边和两条底边组成，型材3截面左右对称，两条棱边形成顶角α，两条底边形成底角β。其中，顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，底角β的角度范围为30
°
≤底角β＜180
°
时，顶角α向上凸起，底角β向下凸起，如图8中(a)和(e)所示；顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，底角β的角度范围为180
°
＜底角β≤330
°
，且顶角α和底角β的角度之和不等于360
°
时，顶角α向上凸起，底角β向上凸起，如图8中(c)和(g)所示；顶角α的角度范围为180
°
＜顶角α≤330
°
，底角β的角度范围为30
°
≤底角β＜180
°
，且顶角α和底角β的角度之和不等于360
°
时，顶角α向下凸起，底角β向下凸起，如图8中(d)和(h)所示；当顶角α的角度为180
°
且底角β的角度不为180
°
，或底角β的角度为180
°
且顶角α的角度不为180
°
时，棱边或底边组成一条直线，型材的截面为等腰三角形，如图8中的(b)和(f)；当顶角α的角度与底角β的角度之和为360
°
时，底边和棱边重合，型材为角型材。通过对型材的顶角α、底角β设置，有利于对反应器中流体的流动进行干扰；且型材内部向上和向下两个方向均为斜面，没有水平面和凹面，消除了固相颗粒堆积发生的空间条件，有效避免结
垢、堵塞现象的发生，可同时满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞。在一般固液反应体系中，顶角α和底角β的角度可独立选自30
°‑
150
°
，当固液反应体系中，固相易发生堆积时，可选择顶角α或底角β的角度为30
°
，从而减少固相发生堆积的情况，并且可以满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞。此外顶角α、底角β的具体角度可根据固体颗粒的重力、在液相中的浮力以及在内件表面的附着力或摩擦力等综合考虑后确定。如无特殊要求，为加工方便，顶角α或底角β可设置为60
°
、90
°
、120
°
、150
°
等常规角度。型材3可根据不同体系物料的腐蚀性，选择可长期使用的材质，如金属、塑料、聚四氟乙烯、陶瓷等。型材3可以是中空结构，如图8(a)、图8(b)、图8(c)、图8(d)所示，也可以是实心结构，如图8(e)、图8(f)、图8(g)、图8(h)所示。
50.如图1、图2、图4和图5所示，填充床振荡流反应器内件的环侧板2在结构的最外层，且环侧板2是俯视图为圆形、正视图为矩形的空心圆柱体。
51.图1和图2共同所示型材的排列方式，环侧板2内侧连着支撑板1、型材3和被切割的型材4，环侧板2内侧设置有2块相互平行的支撑板1，且支撑板1垂直于型材3和被切割的型材4，其中型材3的顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，底角β的角度范围为30
°
≤底角β＜180
°
，顶角α向上凸起，底角β向下凸起，如图8中(a)所示。从图2中可知型材3和被切割的型材4的在内件中的排列，型材3有规律的分布于环侧板2内侧，且型材3在垂直方向上呈多层规则排列，每层上的所述型材3在该层水平方向上平行排列，在垂直方向上相邻的两层型材3平行错位排列，此外，奇数层与奇数层、偶数层与偶数层的型材3的中心线在垂直方向上对齐；在水平方向，被切割的型材4分布在型材3的最外两侧，且呈有序排列。填充床振荡流反应器内件结构中型材3的排列顺序也能在图1中表现出来，相互靠近且垂直于支撑板1的三条线，是上层相邻的两个型材3的相邻的棱边与相邻下层型材3的顶角形成的俯视图，而在这三条线两旁的线，则是上层相邻的两个型材3的顶角的俯视图。
52.图3为支撑板结构示意图，支撑板1上设置有根据型材3排列顺序和大小适配的型材孔5，型材孔5的形状可以设置为与型材3的横截面形状一致，也可以设置为正好能放置型材3的三角形；支撑板1两侧边沿设置有由于有序排列的型材孔5被自然切割形成的不规则孔6，支撑板1上型材孔5用于固定型材3，支撑板1上不规则孔6用于固定与不规则孔6大小适配的被切割的型材4。
53.图6-图7可以同时体现型材错位排列方式的特点，在填充床振荡流反应器内件中，水平方向，同层相邻型材3的中心线之间的水平间距d相等，且上层相邻型材3的棱边可遮挡下层型材3，即同层相邻型材3的中心线之间的水平间距d不大于2倍型材3的两棱边底部的水平间距d(d≤2d)；垂直方向，上层型材3的顶角到相邻下层型材3的顶角的垂直间距h相等，且下层型材3的顶角不低于上层型材3的两棱边底部的水平面，即上层型材3的顶角到相邻下层型材3的顶角的垂直间距h小于型材3的顶角到两棱边底部的水平面的垂直距离h(h《h)。填充床振荡流反应器中，在振荡和内件的综合作用下，下层型材3的顶角高于上层型材3的两棱边底部的水平面，有利于流体在上层型材3的棱边底部靠近下层型材3的顶角区域和上层型材3的棱边底部偏下区域产生周期性生成和消亡的漩涡，当流体向上振荡时，流体流经上层型材3的棱边底部靠近下层型材3的顶角的区域时，由于流道的收缩在上层型材3的棱边底部偏上的区域产生漩涡；当流体向下振荡时，原来形成的漩涡消亡，又在上层型材3的棱边底部偏下的区域形成漩涡。
54.为进一步明确本实用新型填充床振荡流反应器内件的详细结构，本实用新型还提供了一个具体实例如下。
55.实施例1
56.制作内径为300mm的填充床振荡流反应器，内部装填本实用新型提供的填充床振荡流反应器内件。该反应器既可用于稀土浸取工艺中的硫酸铵淋洗-碳酸氢铵沉淀过程，又可用于锂电池行业碳酸钴母液中废钴的回收过程。前者体系中固相为稀土，比重大于液相，在反应过程中固相下沉；后者体系中固相为离子交换树脂，比重小于液相，在反应过程中固相上浮。本实用新型提供的填充床振荡流反应器内件内部向上和向下两个方向均为斜面，没有水平面和凹面，消除了固相颗粒堆积发生的空间条件，有效避免结垢、堵塞现象的发生，可同时满足固相上浮和下沉时均不发生堵塞，因此可同时用于前述两个处理过程。
57.本实用新型提供的填充床振荡流反应器内件，包括型材3，其截面由两条棱边和两条底边组成，型材3的顶角为60
°
，底角为150
°
，单条棱边长25mm，单条底边长12mm，厚度均为1mm，材质为不锈钢。支撑板1上根据型材3的排列方式和大小设置与型材3适配的型材孔5，型材孔5的形状设置为正好能放置型材3的三角形，支撑板1两侧边沿设置有由于有序排列的型材孔5被自然切割形成的不规则孔6，支撑板1上不规则孔6用于固定与不规则孔6大小适配的被切割的型材4，支撑板1具有2块，材质为不锈钢。环侧板2直径为300mm，材质为不锈钢。
58.具体的制作方法：
59.将型材3和被分割的型材4垂直穿过2块平行的支撑板1，型材3之间按照图2的排列方式排列为15层，同层相邻型材3的中心线之间的水平距为40mm，上下两层型材3之间的垂直中心距为19mm。将型材3穿过支撑板1上的型材孔5，将被切割的型材4穿过支撑板1上的不规则孔6，将支撑板1左右两端、型材3和被切割的型材4的端部分别与环侧板2内侧区域采用焊接的方式固定，型材3、被切割的型材4与支撑板1的接触处采用点焊固定。其中一块内件由15层型材3构成，同一内件内部的相邻层型材3平行排列，装填时上下两块内件的型材3水平方向互为直角。本实用新型的填充床振荡流反应器内件也可应用于吸收(解吸)、精馏、萃取等多种化工单元操作。
60.以上所述仅为本实用新型实施例，并不能用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述反应器内件包括在垂直方向上呈多层排列的型材，每层上的所述型材在该层水平方向上平行排列，在垂直方向上相邻的两层型材平行错位排列；所述型材的截面由两条相等的棱边和两条相等的底边围合形成；所述型材的截面左右对称，所述两条棱边形成顶角α，所述两条底边形成底角β；顶角α的角度为30
°‑
330
°
，底角β的角度为30
°‑
330
°
；所述反应器内件还包括环侧板和支撑板。2.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述顶角α的角度和底角β的角度选自方案i
‑ⅴ
中的一种：方案i：所述顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，所述底角β的角度范围为30
°
≤底角β＜180
°
，此时顶角α向上凸起，底角β向下凸起；方案ii：所述顶角α的角度范围为30
°
≤顶角α＜180
°
，所述底角β的角度范围为180
°
＜底角β≤330
°
，且顶角α的角度和底角β的角度之和不等于360
°
，此时顶角α向上凸起，底角β向上凸起；方案iii：所述顶角α的角度范围为180
°
＜顶角α≤330
°
，所述底角β的角度范围为30
°
≤底角β＜180
°
，且顶角α的角度和底角β的角度之和不等于360
°
，此时顶角α向下凸起，底角β向下凸起；方案
ⅳ
：所述顶角α的角度为180
°
且所述底角β的角度不为180
°
，或所述底角β的角度为180
°
且所述顶角α的角度不为180
°
，此时所述棱边或底边组成一条直线，所述型材的截面为等腰三角形；方案
ⅴ
：所述顶角α的角度与底角β的角度之和为360
°
，此时所述底边和棱边重合，所述型材为角型材。3.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述顶角α的角度为30
°‑
150
°
，底角β的角度为30
°‑
150
°
。4.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，在水平方向，同层相邻型材的中心线之间的水平间距d相等。5.根据权利要求4所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述同层相邻型材的中心线之间的水平间距d不大于2倍型材的两棱边底部的水平间距d，即d≤2d。6.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，在垂直方向，上层型材的顶角到相邻下层型材的顶角的垂直间距h相等。7.根据权利要求6所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述上层型材的顶角到相邻下层型材的顶角的垂直间距h小于型材的顶角到两棱边底部的水平面的垂直距离h，即h<h。8.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，奇数层与奇数
层、偶数层与偶数层的型材的中心线在垂直方向上对齐。9.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述型材的结构包括中空结构、实心结构中的一种。10.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述环侧板内侧连接支撑板和型材，支撑板上设置有根据型材排列顺序和大小适配的型材孔，支撑板两侧边沿设置有由于有序排列的型材孔被自然切割形成的不规则孔，支撑板上型材孔用于固定型材，支撑板上不规则孔用于固定与不规则孔大小适配的被切割的型材。11.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，所述支撑板数量≥1。12.根据权利要求1所述的一种填充床振荡流反应器内件，其特征在于，支撑板数量≥2时，支撑板之间相互平行。

技术总结
本实用新型涉及一种填充床振荡流反应器内件，包括在垂直方向上呈多层排列的型材，每层上的所述型材在该层水平方向上平行排列，在垂直方向上相邻的两层型材平行错位排列。本实用新型可以使流体在反应器内产生周期性生成和消亡的漩涡，引起强烈湍动，强化传质过程，提高传质效率，还可保证反应器内向上、向下两个方向均不会发生堵塞，并且型材的平行错位排布方式使得内件内部没有直通的流道，有效加强了对流体流动的扰动，当两相相向流动时会相互穿流，从而避免流体发生短路，此外，还能使固相反应物在填充床振荡流反应器中保持均匀的悬浮或近悬浮状态从而获得良好的反应效果。或近悬浮状态从而获得良好的反应效果。或近悬浮状态从而获得良好的反应效果。


技术研发人员：吴嘉
受保护的技术使用者：吴嘉
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/9/20