[发明专利]一种用于气泡发生装置的波瓣混射芯管及气泡发生方法

说明书

本发明提供了一种用于气泡发生装置的波瓣混射芯管，所述气泡发生装置包括气体预分布管、液体预分布管和波瓣混射芯管；所述波瓣混射芯管包括混射芯管液体进口、混射芯管气体进口和第二混射口；所述第二混射口由数个波瓣互相连接而成，所述第二混射口出口的截面形状为围绕一个中心圆形的互相连接的数个瓣形；所述第二混射口出口的瓣形区域用于产生微细尺度气泡，中心圆形区域用于产生中尺度气泡。本发明的具有波瓣混射芯管结构的气泡发生装置可用于气液反应器，使得气液反应中的气相以分形气泡形态存在，既提供充足的传质面积，又对周围液体提供适当湍动，提供较大的液相一侧传质系数；提高气液反应性能，提升反应速率和转化率。

技术领域

本发明属于化工环保的气液反应领域，具体涉及一种用于气泡发生装置的波瓣混射芯管及气泡发生方法。

背景技术

化工反应中的加氢、氧化、羰化等反应过程中，H₂、O₂、CO气体在大多数液相中的溶解度较低，这些气体需要一定速率的传质以满足反应速率要求。气液反应器通常包括适当的分布器将气体分布于反应器底部的液体中，气体以气泡的形态向上运动，形成气液接触，并发生传质和反应。

在工程应用领域，采用更小尺寸的气泡来强化传质过程成为化学和生物反应中优先选择的方法。F.Hernandez-Alvarado等(Chemical Engineering Science 168(2017)403-413)研究发现反应器表观气速低于0.0007m/s时，采用100～1000微米的气泡大大提高下行式气液并流反应器的含气率；M.K.H.Al-Mashhadani等(Chemical EngineeringScience 137(2015)243-253)研究发现采用50～1000微米的气泡可以优化气升环流鼓泡反应器的流动，提高含气率和液相循环；Z.Yang等(Chemical Engineering and Processing-Process Intensification 124(2018)269-281)研究发现采用50～1000微米的气泡可以大大提高光催化反应器性能。微细气泡的低升速、高电位、高比表面积、高内压、高传质系数特征使得微细气泡在生物和化学反应领域具有广阔的应用前景。

反应器内件可以有效调控气泡尺度，是优化反应传质的有效手段，但是反应器内都是单纯的微细气泡时，只适用于耗气量不大的反应领域。因此，在气液反应器内如何进一步提高气液反应的有效传质面积和传质系数，提升反应速率，是当前研究的关注点和热点。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于气泡发生装置的波瓣混射芯管及气泡发生方法，波瓣混射芯管可用于发生分形气泡，有效提高气液反应的有效传质面积和传质系数，提升反应速率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于气泡发生装置的波瓣混射芯管，所述气泡发生装置包括用于预分布气液相进料的气体预分布管、液体预分布管和与所述气体预分布管、液体预分布管连通的用于产生分形气泡的数个波瓣混射芯管；所述波瓣混射芯管包括位于所述波瓣混射芯管底部，轴向向上的混射芯管液体进口、位于所述波瓣混射芯管底部侧壁，径向向内的混射芯管气体进口和位于所述波瓣混射芯管顶部，为波瓣形状的波瓣混射口；其中所述混射芯管液体进口、混射芯管气体进口分别与所述液体预分布管、气体预分布管连通。

根据本发明的优选实施例，所述波瓣混射口由数个波瓣互相连接而成，所述波瓣混射口出口的截面形状为围绕一个中心圆形的互相连接的数个瓣形；所述波瓣混射口出口的瓣形区域用于产生微细尺度气泡，中心圆形区域用于产生中尺度气泡。

根据本发明的优选实施例，所述波瓣的数量为4-10个。