[发明专利]一种内置扰流结构催化膜式反应器

说明书

本发明公开了一种内置扰流结构催化膜式反应器，包括，一相流道，反应第一相于所述一相流道内穿流；以及，二相流道，反应第二相于所述二相流道内穿流，所述反应第二相的穿流方向与所述反应第一相的穿流方向之间形成夹角；其中，所述二相流道置于所述反应第一相的穿流方向上，所述二相流道与所述一相流道之间由附着催化剂的单相透膜相互隔离。本发明采用内置扰流管来破坏液相反应物流经液体流道时由于反应导致的浓度边界层，从而强化反应物的传递过程，促进反应的后续进行；同时，液体流经扰流管后形成的涡街同样有助于强化反应产物的脱附和传递，抑制逆反应和促进反应的正向进行。

技术领域

本发明属于多相催化反应技术领域，具体涉及到一种内置扰流结构催化膜式反应器。

背景技术

多相催化反应是化学化工领域最为常见的反应类型，在医药/农药及工程塑料等原料的制备、烯烃等碳氢化合物的合成等领域均有涉及。常见的多相催化反应器类型分为间歇型、半间歇型、连续型三类，这些类型中根据其结构又包括釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、连续流微通道反应器、降膜反应器等多种构型。由于多相催化反应涉及相与相之间的物质传递过程，相间物质传递阻力会对催化反应速率产生极大的影响。目前，克服相间传递阻力的方式包括提高反应温度和压力、连续搅拌、缩短传递路径等方式。对于提高反应器温度和压力、加入连续搅拌等方式，这往往是工业应用中最为常见的方法。尽管这些方法在强化传递、提高转化性能方面切实可行，但这在增加加工制造和能耗成本的同时也会提高潜在的爆炸风险；而对于缩短传递路径这一方式，这是新兴的微反应器技术所采用的方式，基于其极大的比表面积，可显著提升其物质传递性能。尽管如此，需要指出的是，这些方式中相间传递阻力仍然存在，且仍会对转化性能带来影响。

为了克服这一问题，研究者们从去除两相相间传递过程的角度出发，提出了催化膜式微反应器。其主要是通过一层透气隔液的催化膜层将气相反应物和液相反应物隔开，从而去除相间物质传递。已有研究也已证明(Liu M,Zhu X,et al.Chemical EngineeringJournal,2016,301:35-41)，相比于上述反应器构型，催化膜式反应器可去除相间传输阻力、避免两相反应物后期的分离再利用等问题，显著提高反应物的催化转化效率和选择性。目前，催化膜式反应器的构型有很多，例如：平板式催化膜反应器—即将两个腔室堆叠在一起，中间用催化膜隔开。其中一个腔室作为气相反应物的流道，另外一个为液相反应物的流道，催化膜层中负载有催化剂的那一层至于液相流道侧；套管式催化膜反应器—即将催化膜层制备于透气管的外侧，并置于另一根管径更大的管道内。气相反应物走透气管的内侧，液相反应物走透气管外侧。催化反应在催化膜层表面进行。使用上述催化膜反应器构型虽然可以规避相间传递阻力的影响，但是，反应过程中物质组分是一直消耗的。通常，膜反应器液相侧腔室内形成的是充分发展的流动模式。而液相反应物的消耗会使催化层边界处的液相反应物浓度急剧降低，进而导致从主相区向催化膜层的物质传递过程会对催化反应的后续进行产生关键影响(Feng H,Zhu X,et al.International Journal of Heat andMass Transfer,2019,135:897-906)。这一方面会导致催化转化效率的降低，也会增加后期反应物、产物的分离成本。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

本发明的目的是提供一种内置扰流结构催化膜式反应器，本发明采用内置扰流管，一方面，来破坏液相反应物流经液体流道时由于反应导致的浓度边界层，从而强化反应物的传递过程，促进反应的后续进行。另一方面，液体流经扰流管后形成的涡街同样有助于强化反应产物的脱附和传递，抑制逆反应和促进反应的正向进行。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种内置扰流结构催化膜式反应器，包括，