[发明专利]一种利用微纳米气泡提高鼓泡塔反应效率的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气-液相反应过程，涉及微纳米发生装置和鼓泡塔反应器，尤其涉及一种利用微纳米气泡提高鼓泡塔反应效率的装置及方法，可广泛用于炼油、化工、环保等领域的蒸馏、吸收、洗涤、气提等工艺工程。

背景技术

鼓泡反应器液体为连续相，气体为分散相，它具有无运动部件、结构简单、热容量大、传热性能好、温度容易控制及安全性高等优点。然而在表观气速5cm/s以上时，随着小气泡不断合并成大气泡和大气泡不断破裂，反应器流型由均匀鼓泡流进入湍流区，气体向塔中心聚集，因此塔中心出现低密度区，塔内液体出现抛物线型速度分布，即塔中心液体向上流动，近壁区向下流动，造成塔内液体的循环。鼓泡塔的液相轴向返混系数正比于表观气速的0.3～0.5次方以及塔径的1.25～1.5次方，对于一个直径6米的鼓泡塔，可达到完全返混的程度。然而，返混对于具有串联步骤的反应来说是不利的。例如，为减少反应混合物的返混，工业环己烷催化氧化反应采用多级串联方式，以限制氧化产物的停留时间，避免反应产物的深度氧化，从而提高目的产物的选择性和收率。具有串联反应特点的不仅有烃类氧化，还有选择性加氢、费一托合成等体系。

为了改善鼓泡反应器的流动状态，通常采用的解决办法是在塔内径向安装多块挡板或筛板。挡板的作用是迫使流体沿折流路线流动，避免短路。筛板可以有效地对塔内的液体流动起到再分布的作用，消除速度分布。但在高温高压或有固体催化剂存在时，则会出现烧结、堵塞、受热弯曲变形、清洗困难等不少问题，严重影响反应的进行。

为了降低鼓泡塔的返混，人们对鼓泡塔结构进行了各种改进，但基本都采用在塔内设置内构件的方法。例如，中国发明专利CN104587943A公开了一种由多对枕式传热板对呈圆柱形排布组成的新型内换热元件，枕式传热板对将整个反应系统空间均匀分隔成若干个通道，起到了有效的导流作用，一定程度上减少了液体物料的返混，提高了反应结果的选择性。中国发明专利CN102580630A提出了一种强化乙炔二聚的鼓泡塔反应器，在鼓泡塔内壁上连接2～8块挡板，挡板可为圆形、矩形或多边形，来减少乙炔气体的返混，使整个乙炔气体的平均浓度提高，加快乙炔二聚反应速率。但液体速度分布测定表明，安装内构件后尽管可使中心处速度下降，但壁处的液体仍然向下流动，且速度大小与无内构件时完全相同。因此，这种结构只能一定程度上减少塔内的液相返混，且见效甚微。

与以上方法不同的是，中国发明专利CN103819380A提出了一种多台鼓泡塔反应器串联的过氧化氢对孟烷生成新方法，多台鼓泡塔反应器串联，形成了长径比非常大的平推流反应器，有利于消除返混对反应带来的影响，提高气液相反应的接触时间，提高反应的转化率。但这种方法只是简单的将多台鼓泡塔反应器串联，减弱返混带来的影响，而没有从根本上解决液相返混问题。同时，多台鼓泡塔串联，增加了投资成本，很难在大规模产业化过程中应用。可见，尽管人们在鼓泡塔方面做了大量的研究工作，但仍未发现有效的方法来防止塔内液相返混。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前鼓泡塔反应器存在的气泡聚并、液相返混严重等问题，而提供一种利用微纳米气泡提高鼓泡塔反应效率的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用微纳米气泡强化鼓泡塔反应效率的装置，其特征在于：装置包括微纳米气泡发生系统A和鼓泡塔反应器B；微纳米气泡发生系统A由气体压缩机1、压力溶气罐2、增压水泵3和释放器4组成；气体压缩机1的出口与压力溶气罐2的进气口相连，增压水泵3的出口与压力溶气罐2的进水口相连，压力溶气罐2的出水口通过鼓泡塔反应器B塔体侧面下端设有的溶气水入口5与位于鼓泡塔反应器B的内部底端的释放器4相连；鼓泡塔反应器B底部设有原液入口6，上端设有液体出口7，顶部设有气体出口8。

本发明还提供了一种利用上述的装置提高鼓泡塔反应效率的方法，其具体步骤如下：

1)打开气体压缩机1和增压水泵3，分别将反应气体和水送入压力溶气罐2中；

2)将压力溶气罐2的压力维持在0.3～0.6MPa，使反应气体与水混合均匀，形成过饱和溶气水；

3)过饱和溶气水由压力溶气罐2的出水口通过管路，经过溶气水入口5达到释放器4处，在鼓泡塔反应器B的底端产生大量的微纳米气泡；

4)打开原液入口6，反应液相进入鼓泡塔反应器，与富含反应气体的微纳米气泡充分接触，在鼓泡塔反应器内进行反应；

5)反应后的液体由液体出口7排出，反应后的气体由气体出口8排出。