[發明專利]一種確定微界面反應體系中氣泡大小的方法

有效

• 申請號: 202110208252.3
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113066535B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 張志炳;周政;李磊;張鋒;孟為民;王寶榮;楊高東;羅華勛;田洪舟;楊國強;曹宇;劉甲
• 申請（專利權）人: 南京延長反應技術研究院有限公司
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C10/00;B01J19/00;B01J10/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 苑晨碩

本發明提供了一種確定微界面反應體系中氣泡大小的方法，包括如下步驟：(A)構建宏觀動力學方程；(B)依據穩態工況下氣體A傳質速率和反應消耗速率相等的關系，可得傳質平衡方程式；(C)E_A數學表達式的建立；將方程(15)和(19)代入方程(14)即得到一個關于E_A與C_A和C_B關系的方程；將此方程進一步代入方程(5)，即得到一個關于C_A和C_B的方程；由該方程確定C_A和C_B仍需一個附加方程；此附加方程與前文所述的附加方程相同，與反應器型式和操作模式有關。本發明確定微界面反應體系中氣泡大小的方法，通過探討微界面反應體系下最適宜的氣泡大小的方法，以優化微界面強化反應器的設計和操作。

技術領域

本發明涉及微界面強化領域，具體而言，涉及一種確定微界面反應體系中氣泡大小的方法。

背景技術

微界面強化反應器氣液相界面積構效調控數學模型建模方法(公開號：CN107563051A)量化了反應器氣泡氣液相界面積與反應器的結構參數、操作參數以及物性參數之間的關系。當通氣量一定時，氣泡越小，氣液相界面積越大，傳質性能更好。

但是，為在最經濟的條件下實現生產目標，體系氣泡并非越小越好。因此，當生產工況一定時，體系存在一個最優氣泡大小，此時能量的利用效率最高。當生產產能一定時，如何優化反應器內氣泡尺度以最大程度實現微界面強化技術的經濟性是一個重要的現實問題。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種確定微界面反應體系中氣泡大小的方法，通過以實現最經濟的生產為目標，探討微界面反應體系下最適宜的氣泡大小的方法，以優化微界面強化反應器的設計和操作。

決定微界面反應體系宏觀反應速率的因素包括兩類，一類是傳質推動力，一般為氣泡內反應氣體的分壓；另一類是包括傳質阻力和本征反應阻力在內的兩類反應阻力。對于多相反應體系，傳質阻力一般是決定體系宏觀反應速率大小的主因。微界面強化技術的優勢在于，通過微界面機組在體系中形成大量的微氣泡，使體系中氣液相界面積大幅提升，從而極大減小傳質阻力，最終實現反應的充分強化。

一般情況下，當體系中氣泡較大時，傳質阻力大于本征反應阻力，氣泡尺度減小有利于傳質阻力的減小；但與此同時，本征反應阻力隨之增大。因此，在微界面反應體系氣泡尺度逐漸減小的過程中，勢必會出現一種情況，即：傳質阻力＝本征反應阻力。在此之后，氣泡尺度減小將導致體系傳質阻力小于本征反應阻力，此時傳質阻力對體系宏觀反應速率的影響已居于次要地位。故繼續減小氣泡尺度不僅增加了能耗，同時對提高宏觀反應速率的實際意義不大。

本發明探討了當微界面反應體系傳質阻力等于本征反應阻力時氣泡大小的計算方法。

當然對于微界面強化反應器氣泡尺度的相關建模方法，之前的專利也多有涉及，比如專利公開號CN109684769A、CN107346378A、CN107335390A、CN107561938A等等，通過采用本發明的方法所建立的平衡方程式中以及其他諸多計算公式所涉及到的宏觀反應速率r_A、轉化率X_A等參數均與d₃₂有一定的關聯性，只不過相關公式屬于現有技術已經在之前專利涉及到，正如本發明所列的公式(6)-(12)，本發明是在之前諸多專利的基礎之上進行再創新，以探討實際工況條件下微界面反應體系中對氣泡大小的影響，比如X_A、r_A、C_A、C_B的計算方法，這些參數可以很好的反應出實際工況條件下這些參數對氣泡大小的影響，并且這些計算方法均是之前專利所沒有涉及過的。

本發明提供的確定微界面反應體系中氣泡大小的方法，具體包括如下步驟：

(A)當均相或擬均相反應體系中僅發生如下單一、不可逆的氣液反應：