[實(shí)用新型]一種微納尺度多相流過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921445807.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN211133870U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李陸;劉國(guó)海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州烴能科技研究有限公司
• 主分類號(hào): B01J19/00
• 分類號(hào): B01J19/00
• 代理公司: 西安眾和至成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國(guó)

一種微納尺度多相流過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)裝置，包括壓縮機(jī)、給料泵、微納多相流發(fā)生裝置、多相流過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)器。根據(jù)微納多相流發(fā)生裝置內(nèi)的流體通量或者水力負(fù)荷，多相流過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)器可由2個(gè)以上微納多相流微元發(fā)生器并聯(lián)構(gòu)成。多相流過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有彌散介質(zhì)發(fā)生器和基座。與常規(guī)的鼓泡塔、填充床、攪拌釜式氣?液反應(yīng)器相比，本實(shí)用新型所產(chǎn)生的多相流體可將氣?液兩相比表面積提高1?2個(gè)數(shù)量級(jí)，可將受液膜控制的氣?液兩相反應(yīng)中液側(cè)總體積傳質(zhì)系數(shù)值顯著提高至0.5?10s^?1的區(qū)間，在相間微觀傳遞效率、分子擴(kuò)散傳遞速率、氣?液比相界面積、比能量輸入密度、綜合能效、裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性保障等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于多相流反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微納尺度多相流過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)

化工反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)是指在生產(chǎn)和加工過(guò)程中，應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備，減小設(shè)備體積，或增加設(shè)備生產(chǎn)能力的一種高效、節(jié)能、清潔的新技術(shù)。該技術(shù)強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)能力不變的情況下，在生產(chǎn)和加工過(guò)程中運(yùn)用新技術(shù)和設(shè)備，減小設(shè)備體積或者提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，提升能量效率，減少?gòu)U物排放。該技術(shù)是解決現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的“發(fā)展-污染”的矛盾的有效手段，也是未來(lái)化工技術(shù)進(jìn)步的重要方向之一。化工過(guò)程強(qiáng)化的基本原理就是綜合運(yùn)用物系內(nèi)部和物系(多相流)之間的傳遞原理和反應(yīng)原理及相關(guān)平衡特性，通過(guò)新設(shè)備和新工藝，提高過(guò)程速率。實(shí)現(xiàn)傳遞速率與反應(yīng)速率匹配、傳熱性能與產(chǎn)熱速率匹配、停留時(shí)間與反應(yīng)速率匹配、反應(yīng)器形式與反應(yīng)類型匹配，最大限度地發(fā)揮化學(xué)系統(tǒng)或催化劑全部潛能，實(shí)現(xiàn)化工過(guò)程的“更小、更快速、更安全、更持續(xù)、更便宜”實(shí)際上，化工過(guò)程主要涉及多相流之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和傳遞過(guò)程，包括動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞以及相互間的作用，即“三傳一反”。而化工過(guò)程強(qiáng)化關(guān)鍵核心設(shè)備及高效率、低能耗化工工藝開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)就是化學(xué)反應(yīng)速率和微觀界面間的傳遞速率的協(xié)同匹配性提升。化工過(guò)程所涉及的主化學(xué)反應(yīng)不僅受到反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制，往往動(dòng)量傳遞(流體力學(xué)及混合)、傳熱和傳質(zhì)過(guò)程決定著整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)傳遞速率與反應(yīng)速率的匹配，或者將傳遞過(guò)程速率提高到遠(yuǎn)比反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率快得多的程度，這將使得反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化接近或達(dá)到了化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)極限，這時(shí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)完全可以控制反應(yīng)過(guò)程目標(biāo)。

如前所述，化工過(guò)程強(qiáng)化主要是基于新設(shè)備和新工藝兩個(gè)方面，即化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)包括過(guò)程強(qiáng)化設(shè)備(硬件)和過(guò)程強(qiáng)化方法(軟件)兩個(gè)方面。設(shè)備強(qiáng)化的方法與分類，可以依據(jù)是否涉及化學(xué)反應(yīng)分為反應(yīng)器和單元操作設(shè)備；也可依據(jù)設(shè)備從事的具體化工操作進(jìn)一步分類，如混合器、萃取器、吸收裝置、蒸發(fā)設(shè)備；也可以依據(jù)外場(chǎng)作用(離心場(chǎng)、超聲波、微波、電場(chǎng)等)分類，如超重力反應(yīng)器、超重力精餾裝置、超聲波設(shè)備、微波反應(yīng)器等；也可以依據(jù)流體的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類，如靜態(tài)混合器、靜態(tài)反應(yīng)器、動(dòng)態(tài)混合器、撞擊流混合器等；也可以依據(jù)設(shè)備的體積分類，如微混合器、微(化工)反應(yīng)器等。工藝方法強(qiáng)化方法與分類，可以依據(jù)反應(yīng)與分離耦合方法分類，如膜反應(yīng)器、反應(yīng)精餾、反應(yīng)萃取等；可依據(jù)分離方法耦合進(jìn)行分類，如膜蒸餾、吸附蒸餾、膜萃取等；可依據(jù)外場(chǎng)作用(離心場(chǎng)、超聲波、微波、電場(chǎng)等)分類，如超重力技術(shù)、超聲波技術(shù)、等離子技術(shù)等，依據(jù)流體狀態(tài)(介質(zhì)變化)分類，如超臨界流體技術(shù)、離子液體等。

雖然上述化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)中部分設(shè)備、工藝已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，也取得了一定的應(yīng)用效果，但仍不同程度地存在過(guò)程效率提升幅度不明顯、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備投資較高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力較低、能耗降低幅度有限、應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域較窄、放大效應(yīng)明顯、與現(xiàn)有化工過(guò)程改造幅度較大等不足之處，因此亟需開(kāi)發(fā)一種新型高效化工過(guò)程強(qiáng)化設(shè)備及工藝方法集成系統(tǒng)，可從根本上解決現(xiàn)有化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)設(shè)備、工藝存在的問(wèn)題，并從過(guò)程強(qiáng)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與微觀層面分子級(jí)混合、傳遞過(guò)程強(qiáng)化與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)之間的構(gòu)效關(guān)系入手，開(kāi)發(fā)出一種新型的化工傳遞過(guò)程強(qiáng)化與強(qiáng)化過(guò)程工藝體系，為大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)保障。

實(shí)用新型內(nèi)容