[發(fā)明專利]一種微填充床仿生反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610077135.7
• 申請(qǐng)日: 2016-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN105727843B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李希;劉未了;曹偉波;王麗軍;成有為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J8/02
• 分類號(hào): B01J8/02
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開一種微填充床仿生反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體，所述反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有進(jìn)氣的動(dòng)脈通道、出氣的靜脈通道及動(dòng)靜脈之間的催化劑填充床層，所述反應(yīng)器主體為具有可滲透壁面的多孔結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)脈通道和靜脈通道間隔交錯(cuò)且分別至少占據(jù)一個(gè)單端封閉的孔道，所述催化劑填充床層內(nèi)的孔道兩端封閉并在封閉的孔內(nèi)填充催化劑顆粒。本發(fā)明所提供的微填充床仿生反應(yīng)器具有壓降小、傳熱性能好、催化劑有效系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于快速的氣?固催化反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體是涉及一種微填充床仿生反應(yīng)器。

背景技術(shù)

固定床反應(yīng)器是一種氣固或液固催化反應(yīng)器，采用將催化劑顆粒填充或整體成型在一個(gè)容器內(nèi)，反應(yīng)物流體從反應(yīng)器一端流入，與床內(nèi)的催化劑顆粒進(jìn)行氣固接觸，產(chǎn)物流體從反應(yīng)器另一端流出。固定床是一類用途很廣的反應(yīng)器，特別在石油化工、煤化工、生物化工、環(huán)境化工等領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。

長(zhǎng)期以來，化工過程中常用的固定床反應(yīng)器都是采用一頭進(jìn)料、一頭出料的單一通道模式。這種固定床的弊端是流程長(zhǎng)，壓降大，負(fù)荷不均勻。特別對(duì)于快速氣固催化反應(yīng)，要求流體流速大、催化劑顆粒小，此時(shí)床層的流動(dòng)阻力就成為一個(gè)突出的問題。

為了克服上述固定床反應(yīng)器存在的技術(shù)問題，工業(yè)上常采用徑向進(jìn)料和徑向出料的反應(yīng)器構(gòu)型，即徑向床與臥式床，有關(guān)徑向床與臥式床的設(shè)計(jì)與應(yīng)用可參見化工手冊(cè)(例如，文獻(xiàn)Perry R H,Green D W.Perry’s chemical engineering handbook–Chemicalreactor.Seventh edition,Chapter 23.2001,McGraw-Hill.)的介紹。但這兩類裝置在降低阻力方面的效果仍然十分有限，難以滿足快速反應(yīng)的要求。

為了從根本上解決傳統(tǒng)固定床的技術(shù)問題，提出了一種仿生反應(yīng)器的設(shè)計(jì)理念，即模擬動(dòng)物體內(nèi)血液循環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)是一種最佳的流動(dòng)分配與熱、質(zhì)交換系統(tǒng)。圖1(a)為典型哺乳動(dòng)物的血液循環(huán)系統(tǒng)，血液由左(右)心室流出，經(jīng)主動(dòng)脈及其各級(jí)分支，到達(dá)全身各部的毛細(xì)血管，再經(jīng)小靜脈、大靜脈最后匯合流回右(左)心房。從化學(xué)工程角度分析，該循環(huán)系統(tǒng)可看作是一種廣義概念的反應(yīng)器，動(dòng)脈101和靜脈102作為反應(yīng)器的進(jìn)料和出料系統(tǒng)，毛細(xì)管103和組織細(xì)胞則為物質(zhì)傳遞和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。按照上述設(shè)計(jì)思路所得到的反應(yīng)器概念模型如圖1(b)所示，物料從主進(jìn)料動(dòng)脈通道104流入，經(jīng)過支動(dòng)脈105分散到動(dòng)脈毛細(xì)管106，通過可滲透的毛細(xì)管壁進(jìn)入催化劑層107，完成反應(yīng)后通過可滲透壁進(jìn)入靜脈毛細(xì)管108，再經(jīng)過支靜脈109匯集到主靜脈110流出反應(yīng)器。

例如：申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210470139.3的專利申請(qǐng)公開了一種帶有分布式進(jìn)料和出料網(wǎng)絡(luò)通道的固定床仿生反應(yīng)器。該發(fā)明提供了一種動(dòng)靜脈通道及催化劑床層的排布結(jié)構(gòu)，用該結(jié)構(gòu)采取分布式的進(jìn)出料網(wǎng)絡(luò)可以有效地降低壓降，但該發(fā)明并未提供催化劑裝填和流動(dòng)通道的具體設(shè)計(jì)與加工方法。

另外，方宇等設(shè)計(jì)了一種具有進(jìn)料、出料仿生微通道網(wǎng)絡(luò)分布的整體式催化劑芯片(方宇，王麗軍，吳瑋，李希：整體式催化劑芯片的仿生設(shè)計(jì)與優(yōu)化，化工學(xué)報(bào)，2012，第63卷第8期，2418-2424)。該整體式催化劑芯片通過將負(fù)載型催化劑整體壓制成薄片并在薄片上雕刻出動(dòng)靜脈通道的方法來實(shí)現(xiàn)分布式的進(jìn)出料，然后采取催化劑芯片與換熱芯片交錯(cuò)放置的裝配方法，這樣在保證了流動(dòng)分布均勻、壓降低的前提下解決了床層中的換熱問題。然而催化劑芯片的制備工藝復(fù)雜且成本較高，機(jī)械強(qiáng)度也難以得到保證，大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用還存在困難。

發(fā)明內(nèi)容