[发明专利]一种强化碳化反应传质速率的气液传质设备

说明书

本发明的目的在于利用气泡分形理论，使得大、小气泡以一定比例共存于反应器中，从而提供一种强化碳化反应传质速率的气液传质设备，其主体部分为反应容器，所述反应容器底部设置有NaAlO₂溶液通道和CO₂溶气水通道，所述NaAlO₂溶液通道伸入反应容器内的端部设置有NaAlO₂溶液喷嘴，所述CO₂溶气水通道的出口处设置有丝网装置，所述丝网装置遮盖所述CO₂溶气水通道出口的一部分，所述CO₂溶气水通道的出口处设置有气体再分布装置，所述气体再分布装置通过立柱进行固定。

技术领域

本发明涉及一种强化碳化反应传质速率的气液传质设备，特别是涉及一种具有气泡分形结构的立式气液反应器，并且涉及微气泡发生器、碳化反应方式和大、小气泡的产生方法，可大大提高碳化反应的气液传质效率。

背景技术

在将原料转变为产品的过程中，反应器充当着重要的角色。在连续运行的稳定状态下，所有的反应步骤之间是一个串联的关系，每个步骤的速率必然相等，故任何一个反应器整体反应速率的提升不仅需要催化剂性能提升，还需要气液传质速率提升。碳化反应的传质过程存在于气液两相间，故在碳化反应器中，提升气液传质速率尤为重要。

在强化气泡反应器的传质性能方面，可通过减小气泡尺寸，调节微气泡发生器的流速，提高反应器的气含率，增设折流板，进而增大反应的传质面积，提高传质效率。

气泡分形理论采用先进的气泡诱导液体湍动技术，其中大气泡可导致更剧烈的液体漩涡，大气泡通过诱导周围液体形成涡流，加快其周围的液体更新，从而增大液相一侧的湍动能；较小气泡则可提供较大的界面面积，增大碳化反应的传质面积；基于气泡分形理论，较大气泡可以导致更剧烈的液体漩涡，可依此建立液相一侧传质系数与液相湍动能E(k)的关联模型， K_L＝f(E(k))，其中K_L为液相一侧的传质系数，在气液传质过程中，总传质系数K_La＝K_L·a，其中a为气液相传质面积，由此可见总传质系数与液相传质系数和传质面积有关，而当液体湍动程度大时，液相湍动能大，液相传质系数提高。

发明内容

基于上述理论基础，本发明的目的在于利用气泡分形理论，使得大、小气泡以一定比例共存于反应器中，从而提供一种强化碳化反应传质速率的气液传质设备。

本发明采用的技术方案如下：

本发明采用在CO₂溶气水通道的出口处装设可拆卸式丝网装置来达到产生小气泡的目的，其中，一部分大气泡通过丝网装置被切割为小气泡进入反应器，另一部分大气泡则未通过丝网装置，仍以大气泡的形态进入到反应器中。

进一步地，需要控制丝网装置遮盖溶气水通道出口处的位置，保证进入反应器的气泡中大、小气泡同时存在，以混合的形式与NaAlO₂溶液反应，具体以丝网装置遮盖一半气体通道为宜。

进一步地，大、小气泡的发生应位于同一高度，故应将丝网装置紧贴CO₂溶气水通道出口处，可以根据反应需要更换不同规格的丝网装置，以生成不同粒径的小气泡，其中小气泡粒径在0.04～0.06mm范围内。

进一步地，在CO₂溶气水通道上方装设有气体再分布装置，该再分布装置为三个竖截面为波浪形的装置，其中两段弧采用不同的弧度，靠近NaAlO₂溶液通道一侧的结构弧度较大，避免气泡在中途与NaAlO₂溶液反应，远离NaAlO₂溶液通道一侧的结构弧度较小，在进一步混合两种气泡的同时进行引流，使CO₂气体能够从该侧逸出。

进一步地，三个再分布装置结构相同，在每个再分布装置的顶部弧度处开设两个直径为 6mm的圆孔，可以使部分气泡从圆孔中逸出，有效避免了气泡聚并现象。