一种内置扰流结构催化膜式反应器制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。抑制逆反应和促进反应的正向进行。抑制逆反应和促进反应的正向进行。

【技术实现步骤摘要】
一种内置扰流结构催化膜式反应器


[0001]本专利技术属于多相催化反应
，具体涉及到一种内置扰流结构催化膜式反应器。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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 Engineering Journal,2016,301:35
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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 and Mass 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。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术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专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部
分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]本专利技术的目的是提供一种内置扰流结构催化膜式反应器，本专利技术采用内置扰流管，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。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术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，
[0008]一相流道，反应第一相于所述一相流道内穿流；以及，
[0009]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；
[0010]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。
[0011]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述二相流道由管件构成，所述反应第二相从所述管件的一端至另一端穿流，所述管件的侧壁具有透气结构；
[0012]其中，所述单相透膜覆盖所述透气结构。
[0013]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述透气结构为分布于所述管件侧壁上的透气孔，所述单相透膜贴合于所述管件的侧壁表面并覆盖全部透气孔。
[0014]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述管件的截面形状包括圆形、三角形、正方形、菱形、水滴形、椭圆形、腰圆形中的一种。
[0015]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述一相流道由载体的腔室构成，所述反应第一相从所述腔室的入口至出口穿流；
[0016]所述管件置于所述腔室内，所述管件与所述载体的连接处密封设置。
[0017]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述载体包括具有凹腔的基板及覆盖所述凹腔开口的盖板，所述管件连接于所述基板与盖板之间，所述管件的两端分别与所述基板和所述盖板上开设的贯孔连通。
[0018]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述管件垂直所述盖板设置，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的夹角呈90
°
；
[0019]所述管件于所述凹腔内交错阵列分布，相邻两个所述管件之间留有间隙。
[0020]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述凹腔的中部宽度大于所述凹腔的两端宽度，所述入口和所述出口分别与所述凹腔的两端连通。
[0021]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：所述基板和所述盖板的外侧分别设有具有集流腔的集流板，所述集流腔覆盖全部所述贯孔，所述集流板上开设与所述集流腔连通的连接口。
[0022]作为本专利技术内置扰流结构催化膜式反应器的一种优选方案，其中：两侧所述集流板之间紧固相连，所述载体夹持于两侧所述集流板之间。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用内置扰流管，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；与此同时，本专利技术所采用的扰流管、透气隔液膜、催化剂层结合在一起，可直接规避相间物质传递阻力的同时防止气液相的混合，无需在后端添加气液相分离装置，亦可促进气体反应物的高效利用。该反应器结构简单，配置灵活，能大量布置。总的来说，本专利技术可从强化物质传递角度促进多相催化反应的进行，具有结构简单，放大设计容易等特点，在化学化工、能源环境等领域具有很好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内置扰流结构催化膜式反应器，其特征在于：包括，一相流道(S1)，反应第一相于所述一相流道(S1)内穿流；以及，二相流道(S2)，反应第二相于所述二相流道(S2)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(S2)置于所述反应第一相的穿流方向上，所述二相流道(S2)与所述一相流道(S1)之间由附着催化剂(P1
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1)的单相透膜(P1)相互隔离。2.如权利要求1所述的内置扰流结构催化膜式反应器，其特征在于：所述二相流道(S2)由管件(101)构成，所述反应第二相从所述管件(101)的一端至另一端穿流，所述管件(101)的侧壁具有透气结构；其中，所述单相透膜(P1)覆盖所述透气结构。3.如权利要求2所述的内置扰流结构催化膜式反应器，其特征在于：所述透气结构为分布于所述管件(101)侧壁上的透气孔(101a)，所述单相透膜(P1)贴合于所述管件(101)的侧壁表面并覆盖全部透气孔(101a)。4.如权利要求2或3所述的内置扰流结构催化膜式反应器，其特征在于：所述管件(101)的截面形状包括圆形、三角形、正方形、菱形、水滴形、椭圆形、腰圆形中的一种。5.如权利要求2或3所述的内置扰流结构催化膜式反应器，其特征在于：所述一相流道(S1)由载体(102)的腔室构成，所述反应第一相从所述腔室的入口(N1)至出口(N2)穿流；所述管件(101)置于所述腔室内，所述管件(101)与所述载体(102)的连接处密封设置。6.如权利要求5所述的内置扰流结构催化膜式反应器，其特征在于：所述载体(102)包括具有凹腔(S1
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯浩，刘丙鑫，刘东，张莹，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：