CN107998909B - 一种气液喘振混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液喘振混合方法。该方法通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，然后由降液管导流到下层塔板上；气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；使振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。因发生共振时浮阀与汽液振动的振幅很高而且振动均匀一致，从而实现气相与液相的充分混合。

Description

一种气液喘振混合方法

技术领域

本发明涉及一种气液喘振混合方法，属于化学加工工业技术领域。

背景技术

混合装置及技术简介

搅拌作为过程工业的基础单元操作，被广泛用于化工、石油化工、医药、生化、食品、化妆品等工业，在单元操作中搅拌叫做“混合”。混合操作是化工反应过程的重要环节，混合过程就是在流动场中进行动量、热量、质量传递及化学反应的过程等。混合可以分为两类：微观混合和宏观混合。在化学加工工业主要为宏观混合，即湍流涡旋的动力作用引起物质在扩散介质宏观部位的扩散，其量级是宏观尺度的量级。

近年来，化工、石化等各领域对混合操作的要求增高，待混合的物料也呈现出复杂性，除了低黏度的牛顿流体，还有一些高黏度、变黏度的非牛顿流体等，有些搅拌操作最终甚至是固体产物。高黏度流体等的混合机制主要是剪切混合和对流混合，而扩散起到的作用较小，所以合理选择和设计混合装置的形式，研究混合效果，对于强化传热、提高混合质量、改善被混合介质的性能至关重要。而混合器的选用是否合理，将直接影响到化学过程的转化率、收率、能耗等。

在化工生产过程中，通常用到的混合装置为搅拌器，现有的类型主要有机械搅拌、磁力搅拌、鼓泡式搅拌以及脉冲搅拌等。

(一)机械搅拌

机械搅拌是最常用的混合装置之一，结构比较简单，技术比较成熟。但是机械搅拌通常是在容器内安装搅拌轴，所以容器与搅拌轴之间需要有密封。化工加工工业中经常出现易燃、易爆、有毒、强腐蚀性物质，同时较多处于高温高压条件，因材料随温度升高以后的热膨胀系数不同，转动部件和壳体之间缝隙会增大，容易出现物料在热工况下的泄漏。因填料密封的结构泄漏问题突出，通常搅拌器的密封结构均为机械密封。但是由于搅拌轴在工作时不可避免地会随搅拌桨叶的旋转而出现周期性的转动，从而造成支撑搅拌轴的滑动轴承磨损，长期运转后造成机械密封磨损而出现泄漏，而且摩擦阻力损失比较大，会造成能耗的增加。

同时搅拌轴的直径一般都很大，所传递的扭矩较大，搅拌轴在工作时存在摆动和晃动现象，对装置磨损严重，易出现偏移。同时在搅拌高黏度物料时还会出现弯曲变形甚至折断现象，从而影响搅拌效果。因为高黏度物料存在自动爬升现象，所以还要求桨叶的设计能强迫爬升的物料回到容器中去。机械搅拌也会有残渣问题。例如“应用立式机械搅拌的厌氧反应装置(专利号：201620578852.3)”中使用搅拌轴对厌氧反应进行搅拌，厌氧系统池体深度较大，搅拌轴存在摆动和晃动现象。长期运转后，搅拌装置的动平衡会发生很大改变，位置和重心发生移动，严重的甚至威胁生产安全。

(二)磁力搅拌

磁力搅拌是一种新型的搅拌技术，在装置外设磁场，装置内放置磁力搅拌子。该技术不需要在容器上安装转动轴，可以避免搅拌轴和壳体的磨损，但是也存在以下技术问题。首先为涡流效应，涡流效应一方面会减弱工作磁场，降低传递扭矩；另一方面产生涡流损耗，并以焦尔热的形式释放能量，消耗轴功率，降低传递效率。同时，由涡流耗散引起的热量释放，将使磁体的工作环境温度升高，磁性下降，使传递的扭矩进一步降低。其次则为轴承问题。磁力搅拌器解决了动密封处的泄漏问题，但是密封在釜内的轴承作为关键部件，在运行过程中轴承与介质直接接触，影响了轴承的寿命，且密封在反应釜内部，损坏后不易监测。当釜内有固体物料时，容易沉积在底部，固体颗粒容易进入到磁力搅拌器的轴承之间，引起轴承表面擦伤，严重时会使轴承破坏失效。磁力搅拌器运行时磁场的存在会干扰周围环境。还有，大容积磁力釜的搅拌效率明显降低。例如“一种智能磁力搅拌器(专利号：201620772989.2)”中利用磁力传动装置来进行搅拌，在搅拌过程中搅拌子与介质直接接触，易出现污染问题；同时当被搅拌物质为固体时，沉积在底部，混合不均匀；磁力搅拌器工作过程中会产生热量，消耗轴功率，降低传递效率。再如“制药业药液试验磁力搅拌装置(专利号：201620746693.3)”使用磁力搅拌装置来达到将药液充分搅拌的目的，使用的搅拌棒由输电线的胶线管以及铁丝段构成，可能与药液发生反应，造成生产出的药液失效；同时该装置体积较小，在大型化以及节能方面还需提高。

(三)鼓泡搅拌

鼓泡搅拌釜因搅拌器的形式、数量、尺寸、安装位置和转速都可进行选择和调节，故具有较强的适应能力。但是鼓泡搅拌会大量带走物料，需附加庞大的设备来处理废气。同时研究起步较晚，且涉及鼓泡的影响机制，对混合特性、传质规律以及流动性为等认识有限，搅拌的设计、操作优化以及工程放大体系不完善。如“一种鼓泡搅拌釜(专利号：201520736483.1)”鼓泡搅拌釜容器表面布有103个出气孔，利用出气孔出气产生鼓泡，使含有大量动物外壳的搅拌液翻转、搅拌，但是在出气的过程中容易造成物料的流失，同时产生大量的废气，处理困难。“一种2-羟基-3-萘甲酸鼓泡式搅拌反应釜(专利号：201420694461.9)”使用鼓泡式搅拌反应釜来搅拌2-羟基-3-萘甲酸，该装置的结构较为复杂，将鼓泡段设计为L型，易造成物料的沉积，无法长周期正常运行。

(四)脉冲搅拌

脉冲搅拌效率较高，成本较低，同时比较灵活，但是存在的一个主要局限为连续化问题。脉冲搅拌为间歇工作机制，对于悬浮液和乳浊液来说，在停止搅拌后会出现沉淀和分层，从而影响产品的质量，使得搅拌效率下降，生产成本提高。“液下气体脉冲搅拌装置(专利号：201620188879.1)”气体以脉冲的形式对液体进行扰动，液面下降→浮子掉落→气体喷出→液面上升→浮子堵住开口为循环往复的过程，搅拌为间歇过程，气体脉冲搅拌装置为小流量气流，效率较低，成本较高。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种气液喘振混合方法，该方法通过浮阀塔的塔板上汽、液和浮阀的周期性垂直脉动与浮阀塔的固有频率相同或相近，形成共振来实现气相与液相的充分均匀混合。

为达到上述目的，本发明提供了一种气液喘振混合方法，是通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：

液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，因为塔板末端有堰，所以塔板上会形成一定厚度的液层；

气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；

使所述振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。

在本发明的技术方案中，浮阀在塔板的阀孔中上下浮动，当气速较低时浮阀关闭，开孔面积减小，气体集聚在塔板下方，等到压力达到一定值后才突破液层的压降，让浮阀开启，冲击液层，这样才能够形成周期式气液鼓泡脉动，当脉动频率与浮阀塔的固有频率相近或一致时发生共振。由于浮阀塔板的重心可以随浮阀上下浮动而改变，在高重心下浮阀更容易与气液液体发生共振。如果采用筛孔塔板，开孔面积不变，不易产生气体压缩和鼓泡的周期性变化，所以不易产生共振。其他塔板有的不常用，有的开孔面积不改变。

在本发明的喘振混合方法中，气相从浮阀塔下部进料，在液层阻挡下，气相会在塔板下方集聚。气体为可压缩流体，压力达到一定值才能突破液层，当气速不高而且液层较厚时，气体由塔板下方以间歇性脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的汽、液及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动，即形成外界的激励；

结构系统在受到外界机理产生运动时，将按待定频率发生自然振动，这个特定的频率被成为结构的固有频率，通常一个结构有很多个固有频率。固有频率与外界机理没有关系，是结构的一种固有属性，影响因素是质量和刚度。当外界有激励时，结构按固有频率产生振动响应的。

因此，当气液振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生共振现象，实现气相与液相的混合。

共振是一物理系统在特定频率下，相比其他频率以更大的振幅做振动的情形，这些特定的频率称之为共振频率。一个物理系统在其固有的振动频率(即共振频率)下趋于从周围环境中吸收更多能量的趋势。系统受到外界的激励作受迫振动时，如果外界激励的频率接近于系统频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值。共振的过程类似于一个强烈的正反馈过程，可以使系统在短时间内剧烈膨胀，在需要利用共振的时候，应该使驱动力的频率接近于振动物体的固有频率。共振的根本原因在于共振使外界力量直接作用于分子、原子层次，并不断吸收能量，使其发生小范围的剧烈位移。

喘振塔混合器正是利用共振时振幅较大这一固有现象使气液混合，这种有规律的振动使塔板上的鼓泡和清液层高度分布较为均匀，同时可处理反应体系的范围广，具有处理能力或操作弹性好等优点，优势明显，前景广阔。

塔设备因为能使气液相进行充分的接触，所以可作为混合器使用。其中，浮阀塔在塔板上设置能上下浮动的浮阀。当气速较低时浮阀关闭，开孔面积减小，气体积聚在塔板下方，等到压力达到一定值后才突破液层的压降，让浮阀开启，冲击液层，这样才能够形成周期式气液鼓泡脉动，当脉动频率与浮阀塔的固有频率相近或一致时发生共振。由于浮阀塔板的重心可以随浮阀上下浮动而改变，在高重心下浮阀更容易与气液液体发生共振。如果采用筛孔塔板，开孔面积不变，不易产生气体压缩和鼓泡的周期性变化，所以不易产生共振。此外，由于浮阀塔板的气体流通面积能随气体负荷变动自动调节，因而能在较宽的气体负荷下保持稳定操作；同时气体以水平方向吹出，气液接触时间长，具有良好的操作弹性和较高的塔板效率。

浮阀塔可以采用多层塔板结构，相邻塔板逐层放置，与塔壁连接，采用多层塔板结构，使混合更加充分。

在本发明提供的方法中，喘振塔混合器选用板式塔中的浮阀塔，容易发生喘振的塔径范围为1.5m到8m之间。

气液床层的喘振操作是指由塔板泄漏诱发的一类特殊共振操作现象，当操作气速低于液噻点，即板式塔操作于倾漏区时，出现的气液振动现象。此时塔板上的液体接近于全部泄漏，可压缩的气体以等幅度波动的方式间歇通过液层，当波动频率和塔板上液层的波动频率相当时，会引起气液床层出现等频率的上、下波动。此时气液接触床层非常均匀，多出现在蒸馏塔的开车、停车阶段以及低负荷生产情况下，波动频率在2.5Hz到5Hz之间，并且随着塔板的结构参数(开孔率、堰高以及阀重)和流动参数(液相负荷和气相负荷)发生变化。

这种情况是由塔板上阀孔同步低频鼓泡而诱发的一种波动，因此塔板上气相分布比较均匀，有序性程度较高；同时由于喘振是由鼓泡振动，因而气液振动的方向可归为垂直上下。操作过程中振幅由比较低的振动幅度向高振幅的压力波动变化的。

在发生喘振时，塔板下方的气相会发生间歇性的鼓泡，因此塔板上方的液相会形成与鼓泡频率相等或相近的周期性的垂直方向上的波动。板上的液相波动是由气泡在形成以及上升过程中对液相的作用以及气泡破碎等的激励作用产生的，所以在形成和上升过程中液相收到的作用力是垂直向上的，这会促使与气泡接触的液相向上运动，气泡破碎后，液相在重力的作用下回落，从而形成垂直的上下振动。所以气泡的推动和重力的存在使得喘振可以形成和维持。

在两相流动过程中，由于体系的能量必然要向最低点移动，这时塔板上鼓泡区分率不断发生变化，类似于泄气面积随时间不断发生变化，而整个体系中气相流动速率是不变的，这就导致了体系内的气相压力在鼓泡面积减小时增加，而在变大时降低，产生了压力波动。塔板上气液压力波动整体信号见图1。

在气相下限操作的条件下易出现喘振现象，稳定的喘振状态会出现持续的、有规律的气液床层的振动，此时浮阀开启状况为不同比例数量的浮阀交替开启，从板下方观察到浮阀或为此起彼伏状，或整体同时起落。这种稳定状态的频率在某一特定时刻是确定的，但是随着设备及操作条件的变化而变化，影响塔板气液喘振的主要因素有阀孔气速、液相负荷、堰高和开孔率。

阀孔气速及液相负荷对喘振频率的影响。当液相负荷较低时，阀孔动能因数的增加会使喘振频率的缓慢降低；当液相负荷较大时，随着阀孔气速的增加，喘振频率缓慢增加。喘振频率与气泡体积密切相关。变化规律见图2。在相同阀孔气速下，液层越深则形成的气泡体积越大，喘振频率越低；与之相反，液层越浅，喘振频率越高。液层高度的变化会引起气泡体积的变化，从而影响喘振频率。当液相负荷很低时，塔板上的液层高度随着气速的变化急剧增加，此时会形成体积更大的气泡，最终综合的结果是喘振频率随着阀孔气速的增加而降低。当液相负荷较大，塔板上已发生溢流时，由于板上液层高度随气速的增加变化很小，此时液层高度对气泡体积的影响很小，而在气速很低范围内，气泡的体积大小几乎为定值，这时随着气速的增加，形成相同气泡体积所需的时间降低，因而鼓泡频率增加。在本发明提供的方法中，喘振塔混合器中的浮阀的阀重可以控制为26-58g，优选为45-58g。浮阀可以采用圆形阀片(如图9所示)。浮阀的阀片可以为水平阀片或锥形阀片(如图10所示)。在结构上，浮阀可以包括阀腿限位式浮阀(如图11所示)或框架限位式浮阀(如图12所示)。

堰高对喘振频率的影响。在发生越堰溢流时，出口堰的高度直接影响着板上持液量的大小，因而在相同开孔率以及阀孔气速的条件下，堰高越大，喘振频率越低。图3为相同液相负荷、阀孔动能因数、不同堰高条件下喘振频率的变化曲线。由图3可见，板上喘振振动频率随着堰高的增加而减小。在本发明提供的方法中，喘振塔混合器中的溢流堰的高度可以为30-65mm，优选为40-65mm。当堰高≥40mm时，喘振塔混合器均可以产生喘振，气液相负荷以及开孔率、阀重等因素对喘振的形成没有影响。堰高越高，发生喘振的概率越大。

开孔率对喘振频率的影响。液相负荷较大时，出口堰有液体颠出现象，泄漏百分数是低于100％的，随着开孔率的增大，泄漏量也增大，则板上持液量减小，清液层高度越低形成的气泡体积也就越小，故而喘振频率也就越大，因此出现了如图4所示的变化趋势。而在小液相负荷下，出口堰处基本无液体颠出现象，液体基本随液层振动而全部泄漏，随着开孔率的增加，相同阀孔动能因数下，振动频率增加。在本发明提供的方法中，喘振塔混合器中的塔板的开孔率可以为5-14％，优选10％-14％。开孔率的选择主要是根据工艺条件(气相负荷)确定的，塔板上液相的气含率在0.052≤ε≤0.193之间，即塔板开孔率范围为5％-14％，最佳范围为10％以上；且塔板上清液层(即塔板上的液相层)高度超过16mm时，大型塔板上易于发生喘振。

阀重对喘振频率的影响。随着浮阀重量的增加，喘振频率降低。阀重增加可以抵御泄漏进而使板上的液层高度增加，浮阀重量对喘振的影响仅仅表现为对塔板上液层高度的影响从而间接的影响了喘振频率。影响规律见图5。本发明采用的浮阀可以包括轻阀和/或重阀。塔板上可只安装轻阀或重阀(如图8中的a所示)，也可混排轻、重浮阀(如图8中的b所示，轻阀8和重阀9间隔设置)，可以达到不同的气液振动频率对应着塔板上不同区域浮阀出现喘振的目的，从而使喘振更加均匀，适应不同的操作条件。浮阀可采用在浮阀片上配重的方法来调节阀片厚度，使用不同的补重阀片并修正其重量，将补重阀片直接焊接在阀片上端，通过对厚度的调节来调节浮阀重量以及重心高度。

根据本发明的具体实施方案，优选地，该方法包括通过调节气体流速、浮阀塔内塔板上方的液层高度、塔板开孔率、阀重、塔板堰高来引发喘振现象的步骤。

在本发明提供的气液喘振混合方法中，操作设计主要由气相负荷和液相负荷来确定。气、液相负荷分别指的是气、液相的体积流量，也就是气、液相处理能力。通过改变气、液相负荷可改变喘振频率及振幅的大小，而频率以及振幅的大小可由模型计算得到。

本发明设计的喘振频率模型由液层高度、浮阀重心高度、处理能力因子以及气、液流率决定，即喘振频率(即振动频率)通过以下公式确定：

其中：

h_D＝h/d_eh (3)

Nw＝Fr^0.5＝(u_H ²/dg)^0.5 (5)

公式(1)中f_D为无因次频率数，h_D为无因次液层高度数，N_c为无因次处理能力因子，N_w无因次流率数，h_v为阀的无因次重心高度数，a,b,e分别为方程系数，由塔设备的第一固有频率或第二固有频率值拟和获得；

公式(2)中f为喘振频率，单位为Hz；H_c为塔板下的腔体高度，单位为m；u_H为浮阀的阀孔气速，单位为m/s；η为开孔率；

公式(3)中h为塔板上的平均清液层高度，单位为m；d_eh为浮阀的阀孔当量直径，单位为m；

公式(4)中c为方程系数；g为重力加速度，单位为m/s²；ρ₁、ρ_g分别为液相密度和气相密度，单位为kg/m³；V_c为塔板下的空腔体积，单位为m³；n为塔板上的浮阀数；d为浮阀的阀孔直径，单位为m；

公式(6)中h₀为浮阀的阀腿高度，m₁为浮阀的阀片质量，单位为g；m₂为浮阀的阀腿总质量，单位为g；

公式(7)中P_m是喘振振幅，单位为m；i是方程系数，由塔设备的共振频率和振幅值拟和获得；u_s是空塔气速，单位为m/s。

降液管是上下塔板间的液体通道。由于越过溢流堰进入降液管的是气含量较高的泡沫液，降液管要肩负气液分离的任务。因此，降液管必须具有足够的截面积和容积。降液管可为弓形、圆形，也可为矩形。

公式(8)中A_d为降液管横截面积，单位为m²；τ为液体在降液管内的停留时间，单位为s；L_s为液体流量，单位为m³/h；H_T为板间距，单位为m。

根据喘振频率模型和振幅模型，可设计出相应的堰高、开孔率、阀重、气相负荷以及液相负荷等参数，得到所需的最优操作条件。参照塔板操作负荷性能图的构成，得到发生喘振的高概率区域(见图6)。

本发明的优点在于：

(1)本发明可有效解决普通搅拌出现的机械密封和填料密封引起的热工况下的物料泄漏问题。搅拌部件处于密封状态，同时由于喘振塔混合器无机械传动设备，各部分材质相同，热膨胀系数相同，因此可避免易燃、易爆、有毒、强腐蚀性物质在高温高压条件下出现转动部件和壳体之间热泄漏的问题，保证化工加工工业的生产安全。

(2)由于喘振塔混合器的无转动部件、无连杆以及轴结构，使操作过程更加节能，而且对于高黏度物料，还可以克服物料的自动爬升现象，以及搅拌高黏度物料时出现搅拌轴弯曲变形甚至折断现象，可以解决因设备在工作状态下摆动引起的动平衡问题，避免装置出现偏移及磨损。

(3)喘振塔混合器的混合过程为垂直方向，液床层出现等频率的上、下波动，此时气液相分布均匀，有序性程度高，使得混合充分、均匀；与非共振式比较，在频率相同时可以获得极大振幅，所以设备工作效率高，混合效果好。

(4)喘振塔混合器无需外加搅拌设备、脉冲式振荡设备、磁场、电场等装置，减少设备以及辅助、运行设备的费用，同时可以减少隐患，保证装置的正常安全运行。不使用外加搅拌设备可避免高温高压下转动部件和容器壳体之间的热泄漏和动平衡问题；同时无机械搅拌磨损，节能降耗；混合均匀充分，工作效率高。

(5)喘振塔混合器属于浅床层操作，整块塔板上的液相气含率基本一致，反应效率的提高，特别适用于液相中主体反应较副反应快的并行反应，以抑制液相中副反应。

(6)喘振塔规模较大，可满足放大需求。由于喘振的特点，特别适合反应器的放大，在放大过程中只需研究气液振动的频率与塔板结构参数以及流动参数和塔板上持液量的关系即可，可操作性强。

(7)喘振塔混合器在共振状态下工作，所以功耗小，节约能源，环境友好。同时由于喘振发生时，塔板上剧烈的液层波动，使得塔板上方的液相搅动的非常剧烈，可以处理一些较脏、易聚合、结垢的反应体系。

附图说明

图1为塔板上气液压力波动整体信号图；

图2为阀孔气速及液相负荷对喘振频率影响变化规律实验数据图；

图3为堰高对喘振频率的影响变化规律实验数据图；

图4为开孔率对喘振频率的影响变化规律实验数据图；

图5为阀重对喘振频率的影响变化规律实验数据图；

图6为喘振区域图；

图7为本发明提供的喘振塔混合器的结构主视图；

图8为浮阀排布方式图，其a为单阀重排布图，b为轻阀、重阀混排图；

图9为圆形阀片主视图；

图10为锥形阀片主视图；

图11为阀腿限位式浮阀图；

图12为框架限位式浮阀图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种气液喘振混合方法，是利用浮阀塔1进行的，浮阀塔1的结构如图7所示，浮阀塔1包括多层塔板2，塔板2与塔壁连接，采用圆形单一轻型阀腿限位式浮阀3，溢流堰5的高度决定塔板上液位的高度，塔设备规模、开孔率、溢流堰5的高度、阀重如表1所示。

表1喘振混合器的结构参数和操作参数

式中：F_o是阀孔动能因数，u_s是阀孔气速，ρ_V是气相密度。

喘振主频是实验测得的，由实验中用压力传感器测得压力波的信号，经过傅里叶变换和小波分析，振幅明显增高部分即为共振发生区，由此得到喘振主频。

该方法包括以下步骤：

液相由浮阀塔1上部进料，进料后在浮阀塔板2上沿着水平方向流动，然后液体由降液管4导流到下层塔板2，气相从浮阀塔1下部进料，由塔板2下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀3上下运动，使塔板上方的汽相、液相及浮阀3形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；

当气液振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生共振现象，实现气相与液相的混合。

在本实施例中，塔板的开孔率为8％；当液量为32m³·h^-1，阀孔动能因数(相当于气速)为1.2-2.2Pa^0.5范围内，发生气液喘振混合，喘振主频为3.6-3.9Hz(结果见表1)。

实施例2

本实施例提供了一种气液喘振混合方法，是利用浮阀塔1进行的，浮阀塔结构如图7所示，浮阀塔1包括多层塔板2，塔板2与塔壁连接，采用圆形单一轻型阀腿限位式浮阀3，塔设备规模、开孔率、堰高、阀重如表2所示。

表2喘振混合器的结构参数和操作参数

该方法包括以下步骤：

液相由浮阀塔1上部进料，进料后在浮阀塔板2上沿着水平方向流动，然后液体由降液管4导流到下层塔板2，气相从浮阀塔1下部进料，由塔板2下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀3上下运动，使塔板上方的汽相、液相及浮阀3形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；

当气液振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生共振现象，实现气相与液相的混合。

本实施例的开孔率为14％，当液量为32m³·h^-1，阀孔动能因数(相当于气速)为0.6-1.2Pa^0.5范围内，发生气液喘振混合，喘振主频为3.2-3.6Hz(结果见表2)。

Claims (42)

1.一种气液喘振混合方法，其是通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：

液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，然后由降液管导流到下层塔板上；

气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；

使所述振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。

2.根据权利要求1所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀塔包括多层塔板，且，所述塔板与塔壁连接。

3.根据权利要求1所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀塔的塔径为1.5m-8m。

4.根据权利要求2所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀塔的塔径为1.5m-8m。

5.根据权利要求1-4任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板的开孔率为5-14％。

6.根据权利要求5所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板的开孔率为10％-14％。

7.根据权利要求1-4、6任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀重为26-58g。

8.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀重为45-58g。

9.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀采用圆形阀片。

10.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀片为水平阀片或锥形阀片。

11.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀包括轻阀和/或重阀。

12.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀包括阀腿限位式浮阀或框架限位式浮阀。

13.根据权利要求5所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀重为26-58g。

14.根据权利要求13所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀重为45-58g。

15.根据权利要求13所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀采用圆形阀片。

16.根据权利要求13所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀片为水平阀片或锥形阀片。

17.根据权利要求13所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀包括轻阀和/或重阀。

18.根据权利要求13所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀包括阀腿限位式浮阀或框架限位式浮阀。

19.根据权利要求1-4、6、8-18任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为30-65mm。

20.根据权利要求19所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为40-65mm。

21.根据权利要求5所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为30-65mm。

22.根据权利要求21所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为40-65mm。

23.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为30-65mm。

24.根据权利要求23所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为40-65mm。

25.根据权利要求1-4、6、8-18、20-24任一项所述的气液喘振混合方法，其中，该方法包括通过调节气体流速、浮阀塔内塔板上方的液层高度、塔板开孔率、阀重、塔板堰高来引发喘振现象的步骤。

26.根据权利要求5所述的气液喘振混合方法，其中，该方法包括通过调节气体流速、浮阀塔内塔板上方的液层高度、塔板开孔率、阀重、塔板堰高来引发喘振现象的步骤。

27.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，该方法包括通过调节气体流速、浮阀塔内塔板上方的液层高度、塔板开孔率、阀重、塔板堰高来引发喘振现象的步骤。

28.根据权利要求19所述的气液喘振混合方法，其中，该方法包括通过调节气体流速、浮阀塔内塔板上方的液层高度、塔板开孔率、阀重、塔板堰高来引发喘振现象的步骤。

29.根据权利要求1-4、6、8-18、20-24、26-28任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管的截面积由液体流量、液体在降液管内的停留时间和板间距决定，具体满足公式(8)所示的关系；

公式(8)中A_d为降液管截面积，单位为m²；τ为液体在降液管内的停留时间，单位为s；L_s为液体流量，单位为m³/h；H_T为板间距，单位为m。

30.根据权利要求29所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管为弓形、圆形或矩形。

31.根据权利要求5所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管的截面积由液体流量、液体在降液管内的停留时间和板间距决定，具体满足公式(8)所示的关系；

公式(8)中A_d为降液管截面积，单位为m²；τ为液体在降液管内的停留时间，单位为s；L_s为液体流量，单位为m³/h；H_T为板间距，单位为m。

32.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管的截面积由液体流量、液体在降液管内的停留时间和板间距决定，具体满足公式(8)所示的关系；

公式(8)中A_d为降液管截面积，单位为m²；τ为液体在降液管内的停留时间，单位为s；L_s为液体流量，单位为m³/h；H_T为板间距，单位为m。

33.根据权利要求19所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管的截面积由液体流量、液体在降液管内的停留时间和板间距决定，具体满足公式(8)所示的关系；

公式(8)中A_d为降液管截面积，单位为m²；τ为液体在降液管内的停留时间，单位为s；L_s为液体流量，单位为m³/h；H_T为板间距，单位为m。

34.根据权利要求25所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管的截面积由液体流量、液体在降液管内的停留时间和板间距决定，具体满足公式(8)所示的关系；

公式(8)中A_d为降液管截面积，单位为m²；τ为液体在降液管内的停留时间，单位为s；L_s为液体流量，单位为m³/h；H_T为板间距，单位为m。

35.根据权利要求31-34任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述降液管为弓形、圆形或矩形。

36.根据权利要求1-4、6、8-18、20-24、26-28、30-34任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

37.根据权利要求5所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

38.根据权利要求7所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

39.根据权利要求19所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

40.根据权利要求25所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

41.根据权利要求29所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

42.根据权利要求35所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板上的液相层的高度为16mm以上。

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