[发明专利]一种纳微界面强化反应系统

说明书

本发明提供了一种纳微界面强化反应系统，包括：反应器主体,其用以作为气‑液、液‑液、液‑液‑固、液‑固或气‑液‑固多相反应介质进行反应的反应腔室，以确保所述多相反应介质能够充分反应；纳微界面发生器，其与所述反应器主体相连，用于在所述多相反应介质进入所述反应器主体之前将所述多相反应介质中的气相和/或液相在所述纳微界面发生器中预设方式破碎成直径为纳米级别的纳微气泡和/或纳微液滴，以增大反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积。本发明有效地解决了现有的反应强化系统在使用过程中由于反应相的相界接触面积较小，影响传质速率的问题。

技术领域

本发明属于反应强化技术领域，具体涉及一种纳微界面强化反应系统。

背景技术

界面是指物质相与相之间交界的区域，存在于两相之间，厚度约为几个分子层到几十分子层，它不同于几何中说“面”的概念，这里的面是有厚度的，是具体物质相之间的交界区域。界面现象伴随传质而发生，它又对传质过程有着显著的影响。萃取、精馏、吸收、气-液反应、液-液反应、气-液-固三相反应等均为典型的界面传质过程。而现有的多相反应系统虽然对原料的适应性强、操作简单，但由于反应介质中气体和/或液体的尺度较大，气相和/或液相的相界面积相对较小，其受传质面积和传质速率受到严重制约，进而影响了反应的整体效率。其根本原因是反应器内的气泡尺度较大（一般为3-30mm），故气液相界传质面积小（一般在50-200m2/m3），因而限制了传质效率。因此，工程上不得不采用高温（470°C以上）和高压（30MPa以上）操作，通过增加气相和/或液相的溶解度以提高传质速率，从而强化反应过程。但高温高压产生一系列副作用：能耗和生产成本高、投资强度大、设备操作周期短、故障多、本质安全性差等，从而给工业化大规模生产带来挑战。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种纳微界面强化反应系统，旨在解决现有的反应强化系统在进行反应强化的过程中通过高温高压的方式增大各反应相的相界面积，进而在提高传质速率的同时易造成能耗和生产成本高、投资强度大、设备操作周期短、故障多、本质安全性差等给工业化大规模生产带来挑战的问题。

本发明提出了一种纳微界面强化反应系统，包括：

反应器主体,其用以作为气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固多相反应介质进行反应的反应腔室，以确保所述多相反应介质能够充分反应；

纳微界面发生器（Nano Micro Interfacial Generator，简称NMIG），其与所述反应器主体相连，用于在所述多相反应介质进入所述反应器主体之前将所述多相反应介质中的气相和/或液相在所述纳微界面发生器中通过机械微结构和/或湍流微结构以预设作用方式破碎成直径为纳米级别的纳微气泡和/或纳微液滴，以增大反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积，提高各反应相之间的传质效率，在预设温度和/或预设压强范围内强化所述多相反应。

进一步地，上述纳微界面强化反应系统中，所述预设作用方式选自微通道作用方式、场力作用方式以及机械能作用方式中的一种或几种；其中，

所述微通道作用方式通过构造流道的微结构，使通过微流道的气相和/或液相破碎成纳微气泡和/或纳微液滴；

所述场力作用方式是利用外场力作用以非接触的方式为流体输入能量，使所述气相和/或液相破碎成所述纳微气泡和/或纳微液滴；

所述机械能作用方式是利用流体的机械能，将其转换成气泡或液滴的表面能，使气泡和/或液滴破碎成所述纳微气泡和/或纳微液滴。

进一步地，上述纳微界面强化反应系统中，所述微通道作用方式选自微孔通气法、膜法、微流道法以及微流控法中的一种或几种。

进一步地，上述纳微界面强化反应系统中，所述场力作用方式包括：压力场作用、超重力场作用、超声波场作用或电磁波场作用。