【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分散和传质领域，涉及一种用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器及方法。
技术介绍
1、大相比的气/液和液/液传质和反应过程广泛存在于石油化工、制药工程以及精细化工等领域。传统的气/液和液/液传质以及反应过程，往往采用塔式或釜式反应器，其分散尺度为毫米级，尤其是对于大相比的体系，普遍存在传质效率低和设备体积庞大等问题。此外，传统的大相比的气/液和液/液传质以及反应过程大多数都是间歇操作，间歇操作会导致产品的批次稳定性较差。随着双碳战略和过程强化战略的不断推进，亟需对气/液和液/液传质以及反应过程强化技术进行创新，发展高效连续化的气/液和液/液传质设备，以此来减小设备体积、提高生产效率和保证产品质量的稳定性。
2、近年来兴起的微化工技术具有微米级的特征尺度，其传质速率较传统塔式反应器可提高1~3个数量级，同时设备体积和持液量也相应减小，已经被广泛应用于气/液或液/液等体系的反应和传质过程的强化。然而，现有微反应器主要是被动式的，依靠连续相的流动提供剪切力来实现对分散相的分散，但对于气/液和液/液大相比的体系，连续相的剪切力不足以实现分散相的高效分散，导致相间传质接触面积小和湍动强度弱，传质速率大大降低。因此，针对大相比的气/液和液/液反应体系，需要发展更有效的微反应器来强化上述分散和传质过程。
技术实现思路
1、针对现有微反应器在多相流的大相比条件下存在的分散和传质效率低下的不足，本专利技术提供了一种用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，包括驱动装置、传动轴、反应筒、变径转轴、固定轴承以及支撑架；
4、所述反应筒由支撑架支撑处于轴线垂直于水平面的状态，反应筒为两端封闭的圆筒，反应筒内部的空间从上至下依次分为上澄清段、混合段、分散段和下澄清段，上澄清段的壁面上设有分散相出口，分散段的壁面上设有分散相入口，分散相入口为多个，各分散相入口环绕分散段的壁面设置，混合段的壁面上设有连续相入口，下澄清段的壁面上设有连续相出口；
5、所述变径转轴位于反应筒内，变径转轴的轴线与反应筒的轴线重合，变径转轴的外壁与反应筒的内壁之间形成环隙，处于混合段的环隙宽度与处于分散段的环隙宽度之比为（5~50）: 1，处于上澄清段和下澄清段的环隙宽度大于处于混合段的环隙宽度；变径转轴的一端通过传动轴与驱动装置连接、另一端与设置于反应筒内的固定轴承连接。
6、上述主动式微反应器的技术方案中，所述环隙宽度是指变径转轴的外壁到反应筒内壁的距离。例如，处于混合段的环隙宽度是指，处于混合段的变径转轴的外壁到反应筒内壁的距离，处于分散段的环隙宽度是指处于分散段的变径转轴的外壁到反应筒内壁的距离。
7、上述主动式微反应器的技术方案中，所述混合段与分散段的高度之比优选为（10~30）: 1，所述混合段与上澄清段的高度之比优选为（8~15）: 1，所述混合段与下澄清段的高度之比优选为（8~15）: 1。
8、上述主动式微反应器的技术方案中，在处于混合段的环隙宽度与处于分散段的环隙宽度的比例关系满足前述要求的基础之上，处于混合段的环隙宽度优选为2.5~50 mm，处于分散段的环隙宽度优选为0.05~10 mm。
9、上述主动式微反应器的技术方案中，为了满足处于混合段的环隙宽度大于处于分散段的环隙宽度，以及处于上澄清段和下澄清段的环隙宽度大于处于混合段的环隙宽度，变径转轴在混合段的直径小于变径转轴在分散段的直径，同时，变径转轴在上澄清段和下澄清段的直径小于变径转轴在混合段的直径。通常，可以控制变径转轴在混合段的直径为变径转轴在上澄清段和下澄清段的直径的2.5~5倍。
10、上述主动式微反应器的技术方案中，各分散相入口中嵌设有毛细管进料管，毛细管进料管伸入处于分散段的环隙中，毛细管进料管的内径大小会影响分散相液滴或气泡的尺寸，毛细管进料管的内径越小，分散相液滴或气泡的尺寸越小，优选地，毛细管进料管的内径为0.25~4 mm。
11、进一步地，上述主动式微反应器的技术方案中，毛细管进料管处于反应筒内的端部与处于分散段的变径转轴的外壁之间的距离为处于分散段的环隙宽度的0.25~0.75倍。
12、上述主动式微反应器的技术方案中，毛细管进料管的外壁与分散相入口的内壁之间的间隙被密封，以防止连续相或分散相从毛细管进料管的外壁与分散相入口的内壁之间的间隙漏出，例如，可以采用密封材料密封毛细管进料管的外壁与分散相入口的内壁之间的间隙。
13、上述主动式微反应器的技术方案中，为了促进分散相在连续相中的再分布，减小由于运动过程中分散液滴或气泡的聚并导致的分散相尺寸变大，从而更好地调控与保持运动过程中的微液滴和微气泡，在处于混合段的变径转轴上设有若干筛网分布器，筛网分布器呈圆环状，筛网分布器的外边缘与反应筒内壁之间的距离为混合段的环隙宽度的0.25~0.5倍。
14、进一步地，上述主动式微反应器的技术方案中，相邻筛网分布器之间的距离为混合段高度的20%~50%。更进一步地，所述筛网分布器在混合段的变径转轴上均匀分布。
15、上述主动式微反应器的技术方案中，筛网分布器的孔径在亚毫米级，筛网分布器的孔隙率优选为50%~80%，筛网分布器上的孔隙形状可以是圆形，三角形、正方形等多边形，筛网分布器的材质可以为不锈钢或聚四氟乙烯等。
16、上述主动式微反应器的技术方案中，分散相入口设置多组，同一组分散相入口位于反应筒的同一高度处；同一组分散相入口中，各分散相入口的轴线位于同一平面且与反应筒的轴线相交，相邻分散相入口的轴线相交于反应筒的轴线后形成的角的角度为5°~180°。
17、进一步地，上述主动式微反应器的技术方案中，分散相入口的组数，可以根据实际应用需求进行确定，例如，可以设置1~10组分散相入口。
18、上述主动式微反应器的技术方案中，支撑架的结构以能够将所述反应筒稳定支撑使反应筒处于轴线垂直于水平面的状态即可，例如，一种可行的支撑架结构可以是，支撑架由上支撑板、下支撑板以及处于上支撑板和下支撑板之间的若干支撑杆组成。
19、上述主动式微反应器的技术方案中，所述驱动装置可以是驱动电机。
20、上述主动式微反应器的技术方案中，大相比气/液体系或大相比液/液体系是指，分散相与连续相的体积相比大于10的气/液体系或液/液体系，例如，分散相与连续相的体积相比在（10~400）: 1范围内的气/液体系或液/液体系。
21、相对于小相比的气/液体系以及液/液体系，大相比的气/液体系及液/液体系的分散和传质更加困难，对设备的要求也更加苛刻，因而小相比的气/液体系及液/液体系的分散和传质实际上会更容易一些，因此，上述主动式微反应器其实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，包括驱动装置（1）、传动轴（3）、反应筒（9），其特征在于，还包括变径转轴（5）、固定轴承（14）以及支撑架；
2.根据权利要求1所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，所述混合段（9-2）与分散段（9-3）的高度之比为（10~30）: 1，所述混合段（9-2）与上澄清段（9-1）的高度之比为（8~15）: 1，所述混合段（9-2）与下澄清段（9-4）的高度之比为（8~15）: 1。
3.根据权利要求1所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，处于混合段（9-2）的环隙宽度为2.5~50 mm，处于分散段（9-3）的环隙宽度为0.05~10 mm。
4.根据权利要求1所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，各分散相入口（10）中嵌设有毛细管进料管（11），毛细管进料管（11）伸入处于分散段（9-3）的环隙中，毛细管进料管（11）的内径为0.25~4 mm。
5.根据权利要求4所述用
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，所述处于混合段（9-2）的变径转轴（5）上设有若干筛网分布器（6），筛网分布器（6）呈圆环状，筛网分布器（6）的外边缘与反应筒（9）内壁之间的距离为混合段（9-2）的环隙宽度的0.25~0.5倍。
7.根据权利要求6所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，相邻筛网分布器（6）之间的距离为混合段（9-2）高度的20%~50%。
8.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，分散相入口（10）设置多组，同一组分散相入口（10）位于反应筒（9）的同一高度处；同一组分散相入口（10）中，各分散相入口（10）的轴线位于同一平面且与反应筒（9）的轴线相交，相邻分散相入口（10）的轴线相交于反应筒（9）的轴线后形成的角的角度为5°~180°。
9.用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的方法，其特征在于，使用权利要求1至8中任一权利要求所述主动式微反应器，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的方法，其特征在于，控制分散相与连续相的体积流量之比为（10~400）: 1。
...【技术特征摘要】
1.用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，包括驱动装置（1）、传动轴（3）、反应筒（9），其特征在于，还包括变径转轴（5）、固定轴承（14）以及支撑架；
2.根据权利要求1所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，所述混合段（9-2）与分散段（9-3）的高度之比为（10~30）: 1，所述混合段（9-2）与上澄清段（9-1）的高度之比为（8~15）: 1，所述混合段（9-2）与下澄清段（9-4）的高度之比为（8~15）: 1。
3.根据权利要求1所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，处于混合段（9-2）的环隙宽度为2.5~50 mm，处于分散段（9-3）的环隙宽度为0.05~10 mm。
4.根据权利要求1所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，各分散相入口（10）中嵌设有毛细管进料管（11），毛细管进料管（11）伸入处于分散段（9-3）的环隙中，毛细管进料管（11）的内径为0.25~4 mm。
5.根据权利要求4所述用于大相比气/液或液/液高效分散和传质的主动式微反应器，其特征在于，毛细管进料管（11）处于反应筒（9）内的端部与处于分散段（9-3）的变径转轴（5）的外壁之间的距离为处于分散段（9-3）的环隙宽度的0....
【专利技术属性】
技术研发人员：王玉滨，李军，陈奕帆，许涛，白昌云，金央，陈建钧，陈明，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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