[發明專利]一種內置擾流結構催化膜式反應器

有效

• 申請號: 202110287184.4
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113041970B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 馮浩;劉丙鑫;劉東;張瑩;李強
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J19/24;B01F5/00
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 康偉

本發明公開了一種內置擾流結構催化膜式反應器，包括，一相流道，反應第一相于所述一相流道內穿流；以及，二相流道，反應第二相于所述二相流道內穿流，所述反應第二相的穿流方向與所述反應第一相的穿流方向之間形成夾角；其中，所述二相流道置于所述反應第一相的穿流方向上，所述二相流道與所述一相流道之間由附著催化劑的單相透膜相互隔離。本發明采用內置擾流管來破壞液相反應物流經液體流道時由于反應導致的濃度邊界層，從而強化反應物的傳遞過程，促進反應的后續進行；同時，液體流經擾流管后形成的渦街同樣有助于強化反應產物的脫附和傳遞，抑制逆反應和促進反應的正向進行。

技術領域

本發明屬于多相催化反應技術領域，具體涉及到一種內置擾流結構催化膜式反應器。

背景技術

多相催化反應是化學化工領域最為常見的反應類型，在醫藥/農藥及工程塑料等原料的制備、烯烴等碳氫化合物的合成等領域均有涉及。常見的多相催化反應器類型分為間歇型、半間歇型、連續型三類，這些類型中根據其結構又包括釜式反應器、塔式反應器、固定床反應器、流化床反應器、連續流微通道反應器、降膜反應器等多種構型。由于多相催化反應涉及相與相之間的物質傳遞過程，相間物質傳遞阻力會對催化反應速率產生極大的影響。目前，克服相間傳遞阻力的方式包括提高反應溫度和壓力、連續攪拌、縮短傳遞路徑等方式。對于提高反應器溫度和壓力、加入連續攪拌等方式，這往往是工業應用中最為常見的方法。盡管這些方法在強化傳遞、提高轉化性能方面切實可行，但這在增加加工制造和能耗成本的同時也會提高潛在的爆炸風險；而對于縮短傳遞路徑這一方式，這是新興的微反應器技術所采用的方式，基于其極大的比表面積，可顯著提升其物質傳遞性能。盡管如此，需要指出的是，這些方式中相間傳遞阻力仍然存在，且仍會對轉化性能帶來影響。

為了克服這一問題，研究者們從去除兩相相間傳遞過程的角度出發，提出了催化膜式微反應器。其主要是通過一層透氣隔液的催化膜層將氣相反應物和液相反應物隔開，從而去除相間物質傳遞。已有研究也已證明(Liu M,Zhu X,et al.Chemical EngineeringJournal,2016,301:35-41)，相比于上述反應器構型，催化膜式反應器可去除相間傳輸阻力、避免兩相反應物后期的分離再利用等問題，顯著提高反應物的催化轉化效率和選擇性。目前，催化膜式反應器的構型有很多，例如：平板式催化膜反應器—即將兩個腔室堆疊在一起，中間用催化膜隔開。其中一個腔室作為氣相反應物的流道，另外一個為液相反應物的流道，催化膜層中負載有催化劑的那一層至于液相流道側；套管式催化膜反應器—即將催化膜層制備于透氣管的外側，并置于另一根管徑更大的管道內。氣相反應物走透氣管的內側，液相反應物走透氣管外側。催化反應在催化膜層表面進行。使用上述催化膜反應器構型雖然可以規避相間傳遞阻力的影響，但是，反應過程中物質組分是一直消耗的。通常，膜反應器液相側腔室內形成的是充分發展的流動模式。而液相反應物的消耗會使催化層邊界處的液相反應物濃度急劇降低，進而導致從主相區向催化膜層的物質傳遞過程會對催化反應的后續進行產生關鍵影響(Feng H,Zhu X,et al.International Journal of Heat andMass Transfer,2019,135:897-906)。這一方面會導致催化轉化效率的降低，也會增加后期反應物、產物的分離成本。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中存在的問題，提出了本發明。

本發明的目的是提供一種內置擾流結構催化膜式反應器，本發明采用內置擾流管，一方面，來破壞液相反應物流經液體流道時由于反應導致的濃度邊界層，從而強化反應物的傳遞過程，促進反應的后續進行。另一方面，液體流經擾流管后形成的渦街同樣有助于強化反應產物的脫附和傳遞，抑制逆反應和促進反應的正向進行。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：一種內置擾流結構催化膜式反應器，包括，