通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置及应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置及其应用方法，超重力装置包括电机、主轴、转子、壳体和液体分布器；所述电机输出端的主轴穿过壳体底部伸入到壳体内，所述转子固定在主轴上部；所述超重力装置还包括次轴、增速器、增速器输出轴和进料腔；所述进料腔设置在壳体的上部，进料腔的下部连接液体分布器；所述主轴通过次轴与增速器固定连接，所述增速器输出轴穿过进料腔底部伸入到进料腔内；所述增速器输出轴的进料腔内部分上设有搅拌翼；本发明专利技术装置使得气体以纳微尺寸分散在液相中，气体停留时间长且气液传质效率高，有效提高宏观反应速率。

The supergravity device and its application method by high efficiency premixing of gas and liquid to strengthen the reaction

The invention discloses a high gravity device through the gas-liquid efficient pre mixing so as to strengthen the reaction and its application method, the high gravity device comprises a motor shaft, a rotor and a casing and liquid distributor; the output end of the motor shaft through the bottom of the shell into the shell, wherein the rotor is fixed on the upper part of the main shaft; the super gravity device also comprises a time axis, accelerator, accelerator output shaft and the feed chamber; the feed chamber is arranged at the upper and lower feeding cavity is connected with the liquid distributor; the spindle shaft is fixedly connected with the growth of time through the accelerator output shaft into the bottom of the material into the cavity through the inlet the material feeding cavity; cavity portion of the accelerator output shaft is arranged on the stirring wing; the device of the invention causes the gas to nano size dispersion in the liquid phase, the gas residence time is long and the efficiency of gas-liquid mass transfer High, effectively improve the macro reaction rate.

【技术实现步骤摘要】
通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置及应用方法
本专利技术属于超重力装置领域，尤其是涉及一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置及应用方法。
技术介绍
超重力装置为典型的化工强化设备。在超重力环境下，巨大的剪切力将液体撕裂成微米甚至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使得相间传质速率比传统塔式反应器中提高1-3个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。同时，由于逆流旋转床的液泛速度要比填料塔中的液泛速度高40％左右，气速可以适当地提高，使得处理量变大。对于一些难溶性气体参与的氧化或加氢反应，由于气体溶解度很低，导致反应受到传质控制，严重限制了表观反应速率的提升。传统超重力装置用于上述氧化或加氢反应时，由于停留时间较短，在反应的同时难以实现气相饱和溶解在液相中，对于较快反应而言，传统超重力装置内气相向液相传质的速率仍慢于反应速率。以加氢反应为例，氢气需要从气相进入液相，然后与反应物共同吸附在超重力装置内催化剂的表面，从而在催化剂活性中心的作用下进行反应。采用高氢气压力和高氢油比时，其中实际提供的氢气量远远超过化学反应所需的氢气量，造成循环氢压缩机能耗过高。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置(简称：RPB)；该装置具有优异的传质和微观混合性能；通过调控旋转床转速即可实现对纳微米气泡的尺寸、在液相中的上升速度、有效气液混合比的调控；同时，由于液膜在旋转床反应器中具有快速的更新频率，十分有利于溶解的气相反应物快速到达催化剂表面，以及产物迅速离开催化剂表面，实现高效催化和产物分离。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置的应用方法。为解决上述第一个技术问题，专利技术采用如下的技术方案：本专利技术一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置，包括电机、主轴、转子、壳体、和液体分布器；所述电机输出端的主轴穿过壳体底部伸入到壳体内，所述转子固定在主轴上部；所述超重力装置还包括次轴、增速器、增速器输出轴和进料腔；所述进料腔设置在壳体的上部，进料腔的下部连接液体分布器；所述主轴通过次轴与增速器固定连接，所述增速器输出轴穿过进料腔底部伸入到进料腔内；所述增速器输出轴的进料腔内部分上设有搅拌翼；所述进料腔上设有气体入口、液体入口和催化剂入口，所述壳体下部设有气液出口。作为技术方案的进一步改进，所述壳体上部还设有气体出入口。作为技术方案的进一步改进，所述壳体侧面还设有气体入口。作为技术方案的进一步改进，所述增速器的增速比为1：10-1:10000。作为技术方案的进一步改进，所述搅拌翼的材质包括钛合金、铬基合金、双相钢、或陶瓷等。作为技术方案的进一步改进，所述转子内装载的固体可以为散装的球形、三叶草、圆柱、马鞍形催化剂，或整体结构式泡沫金属，或整体结构式堇青石，或整体结构式丝网催化剂。为解决上述第二个技术问题，专利技术采用如下的技术方案：一种如上所述通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置的应用方法，包括如下步骤：S1、开动超重力装置电机，带动增速器旋转，从而带动进料腔中的搅拌翼超高速旋转；S2、超高速旋转的搅拌翼把进入进料腔内的气液两相高效混合，使难溶性气体在液相中分散成大量的纳微米气泡，气相在液相中的溶解度达到过饱和，形成气液混合物；S3、将气液混合物通过液体分布器输送进入超重力装置，在高速旋转的转子填料内发生非催化反应；或与装载在转子内部的固体催化剂接触，发生气液固三相催化反应；或者从超重力装置催化剂入口补充纳微米催化剂，发生气液拟均相催化反应。作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，液相与气相在标准状态下的体积比为1:1-1:1000。作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，液相料液的粘度为0-500mPa.s。作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，所述纳微米气泡尺寸控制在30nm-300μm，有效气液混合比为5-90％。作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述转子内催化剂床层的润湿效率在0.4-1.0之间；可由转速的变化来调节。作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述转子的转速为10-2800rpm。作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述转子内发生的反应温度为常温-650℃，压力控制在常压-25MPa；优选地，反应温度和压力的范围分别为常温-500℃，压力为常压-10Mpa。作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，液相体积空速控制在0.2-100h-1；优选地，液相空速范围为1-50h-1；作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述纳米催化剂包括贵金属催化剂、碳材料催化剂或生物酶催化剂；优选地，所述纳米催化剂选自贵金属催化剂或碳材料催化剂。作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述反应包括氧化反应和加氢反应；其中的氧化反应包括催化氧化降解废水或VOC的催化氧化脱除，加氢反应包括加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢裂化、临氢异构、芳烃加氢饱和或炔烃选择性加氢。本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。如无特殊说明，本专利技术中的各原料均可通过市售购买获得，本专利技术中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。与现有技术相比较，本专利技术具有如下有益效果：1)气泡在液相中存在时间长：普通气液简单混合装置中气泡在液相中产生后，会迅速上升到液相表面并破裂消失，存在时间很短；而通过气液高效预混合装置产生的微纳米气泡一经产生，在水中的上升速度较慢，从产生到破裂的历程通常达到几十秒甚至几分钟，而且在上升过程中体积不断收缩并于水中最终溶解消失，且体积越小的气泡在水中的上升速度越慢；2)气液传质效率高，当气泡直径较小时，微气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现的较为显著，这时的表面张力对内部气体产生压缩作用，使得微米气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压。随着气泡直径的无限缩小，气泡界面的比表面积也随之无限增大，最终由于自身增压效应导致内部气压增大到无限大。因此，会有使得更多的气体穿过气液界面溶解到液相中，可使得气液界面处传质效率持续增强，并且这种特性使的微气泡即使在液相中的气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率。反应和气体的溶解是同时发生的，气相反应物被消耗的同时，纳微米气泡破碎溶解和宏观气相向液相中传质溶解同时进行，气体能在第一时间内得到补充；3)释放自由基，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上聚集的高浓度离子将积蓄的化学能瞬间释放出来，此时可以激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物，实现对水质的净化；4)降低反应压力方面：如现阶段的加氢装置中大多采用提高压力的方法来提高氢气在溶液中的溶解，如采用本专利技术的气液高效混合装置，液相在进入反应器之前已经达到了过饱和，且由于高效气液混合装置能使液相中的气含量高达90％，微米甚至纳米气泡在液相中破碎进行气相的再溶解，因此实际反应器中氢气的分压可以适当降低，减少投资成本；5)设备投资方面：本专利技术的反应器为旋转床，旋转床自身就能实现高效气液混合，与气液预混合装置联用，能使混合效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置，包括电机(1)、主轴(2)、转子(3)、壳体(4)、和液体分布器(14)；所述电机(1)输出端的主轴(2)穿过壳体(4)底部伸入到壳体(4)内，所述转子(3)固定在主轴(2)上部；其特征在于：所述超重力装置还包括次轴(17)、增速器(15)、增速器输出轴(6)和进料腔(7)；所述进料腔(7)设置在壳体(4)的上部，进料腔(7)的下部连接液体分布器(14)；所述主轴(2)通过次轴(17)与增速器(15)固定连接，所述增速器输出轴(6)穿过进料腔(7)底部伸入到进料腔(7)内；所述增速器输出轴(6)的进料腔(7)内部分上设有搅拌翼(11)；所述进料腔(7)上设有气体入口(10)、液体入口(8)和催化剂入口(9)，所述壳体(4)下部设有气液出口(16)。

【技术特征摘要】
1.一种通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置，包括电机(1)、主轴(2)、转子(3)、壳体(4)、和液体分布器(14)；所述电机(1)输出端的主轴(2)穿过壳体(4)底部伸入到壳体(4)内，所述转子(3)固定在主轴(2)上部；其特征在于：所述超重力装置还包括次轴(17)、增速器(15)、增速器输出轴(6)和进料腔(7)；所述进料腔(7)设置在壳体(4)的上部，进料腔(7)的下部连接液体分布器(14)；所述主轴(2)通过次轴(17)与增速器(15)固定连接，所述增速器输出轴(6)穿过进料腔(7)底部伸入到进料腔(7)内；所述增速器输出轴(6)的进料腔(7)内部分上设有搅拌翼(11)；所述进料腔(7)上设有气体入口(10)、液体入口(8)和催化剂入口(9)，所述壳体(4)下部设有气液出口(16)。2.根据权利要求1所述超重力装置，其特征在于：所述壳体(4)上部还设有气体出入口(12)。3.根据权利要求1所述超重力装置，其特征在于：所述壳体(4)侧面还设有气体入口(13)。4.根据权利要求1所述超重力装置，其特征在于：所述增速器(15)的增速比为1：10-1:10000，也可以为1：10-1:9500，或1：10-1:9000，或1：10-1:8500，或1：10-1:8000，或1：10-1:7500，或1：10-1:7000，或1：10-1:6500，或1：10-1:6000，或1：10-1:5500，或1：10-1:5000，或1：10-1:4500，或1：10-1:4000，或1：10-1:3500，或1：10-1:3000，或1：10-1:2500，或1：10-1:2000，或1：10-1:1500，或1：10-1:1000，或1：10-1:500，1：100-1:10000，或1：100-1:9500，或1：100-1:9000，或1：100-1:8500，或1：100-1:8000，或1：100-1:7500，或1：100-1:7000，或1：100-1:6500，或1：100-1:6000，或1：100-1:5500，或1：100-1:5000，或1：100-1:4500，或1：100-1:4000，或1：100-1:3500，或1：100-1:3000，或1：100-1:2500，或1：100-1:2000，或1：100-1:1500，或1：100-1:1000。5.根据权利要求1所述超重力装置，其特征在于：优选地，所述搅拌翼(11)的材质采用钛合金、铬基合金、双相钢或陶瓷；优选地，所述转子(3)内装载的固体可以为散装的球形、三叶草、圆柱、马鞍形催化剂，或整体结构式泡沫金属，或整体结构式堇青石，或整体结构式丝网催化剂。6.一种如权利要求1-5中任一所述通过气液高效预混合从而强化反应的超重力装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、开动超重力装置电机，带动增速器旋转，从而带动进料腔中的搅拌翼超高速旋转；S2、超高速旋转的搅拌翼把进入进料腔内的气液两相高效混合，使难溶性气体在液相中分散成大量的纳微米气泡，气相在液相中的溶解度达到过饱和，形成气液混合物；S3、将气液混合物通过液体分布器输送进入转子内，在高速旋转的转子填料内发生非催化反应；或与装载在转子内部的固体催化剂接触，发生气液固三相催化反应；或者从超重力装置催化剂入口补充纳微米催化剂，发生气液拟均相催化反应。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建峰，罗勇，刘亚朝，初广文，邹海魁，孙宝昌，张亮亮，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11