CN108014733A - 超声波催化的连续流板式反应器 - Google Patents

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Abstract

超声波催化的连续流板式反应器，具有反应原料进口和反应产物出口，它的壁板由多块板压合而成，其中部的两块壁板内形成均匀排列、反应物蛇形推进和心形混料组成的反应区，反应区与反应原料进口和反应产物出口连接；它还有热媒或冷媒流体的进口与出口，反应区壁板与其外板压合，形成换热层；换热层上安装孔安装超声波振动振子，超声波振子与反应通道外壁贴合，振子与超声波发生器连接。本发明优点：①反应器布置紧凑，投资小，占地少；②反应物料进入形成湍流，反应物充分混合接触，反应效率高、反应速度快；③固体反应物料在固液悬浮状态下能参加反应；④可将多个反应器串连或并连。适用于气‑液相反应、液‑液相和部分气‑液‑固相等多相反应。

Description

超声波催化的连续流板式反应器
技术领域
本发明涉及化学反应装置，具体来说，涉及板式化学反应器；也涉及超声波振动的发生和传递。
背景技术
反应器 (reactor)是实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。化学反应工程以化学反应器中进行的反应过程为研究对象，建立数学模型，研究反应器传递过程对化学反应的影响，以实现工业反应器的可靠设计和操作控制。
板式反应器是近年来人们研发的新型反应器，板式反应器由于结构简单，换热面积大，生产效率高而引起人们的重视。人们进一步研究发现，利用超声波的辐射能量可以提高板式反应器的催化效果，有利于反应的进行。为此，科技人员设计了一些带有超声波振动的板式反应器，申请中国专利的有：2013105765594号《一种近声场超声波反应器》、ZL2014202359315号《一种平行板式超声波处理焦化废水的反应器》等。
上述两个技术虽然将超声波用于催化化学反应，但前者需要超声振管、超声内反射管、超声外反射管、超声变幅杆，结构相对复杂；后者仅能用于某些特定化学反应，处理焦化废水；同时，这些反应器的效果究竟如何尚不清楚。
发明内容
本发明旨在提供一种超声波催化的连续流板式反应器，以提高化学反应器的生产效率，使反应物充分混合接触，加快反应速度。
发明人提供的超声波催化的连续流板式反应器，具有原有板式化学反应器的反应原料进口和反应产物出口，不同于原有化学反应器的是：首先，它的器壁是由多块壁板压合或铆合而成的，其中部的两块壁板内形成均匀排列、蛇形推进的反应物通道所组成的反应区，反应区与反应原料进口和反应产物出口相连接，反应原料进入反应区在流动时通过超声波震荡形成空化让反应物料充分混合，并在流动过程中发生反应，得到的反应产物从反应产物出口出反应器；第二，它的反应区壁板与外壁板压合或铆合，形成与反应通道对流的热媒或冷媒流道组成的换热层，换热层还设有热媒或冷媒流体的进口与出口，热媒或冷媒流道分别与热媒或冷媒流体的进口与出口相连接，从而能够迅速将流动的化学反应物加热或冷却，使化学反应在相对恒定的温度条件下进行；第三，换热层上开有若干安装孔，其上安装有超声波振动振子，超声波振子与反应通道外壁贴合，振子与超声波发生器相连接，以利用超声波的高频振动将超声波传递给内部流动的反应物料，让反应物料充分乳化混合，加速反应进行，同时防止固体物料和反应产生的结晶体在反应通道内沉淀堵塞反应通道。
上述壁板的数量为2个以上，它的材料是超声波可传导的金属板材、合金材料或玻璃板或陶瓷板中的一种，能够承受的温度范围是-100℃～500℃;能够承受的最大压力为50MPa。
上述反应原料进口根据原料数量而定，分别与反应区前端通道相连接；混料区为多个串联；反应产物出口与反应物通道末端相连接。
上述热媒或冷媒通道在反应通道壁板外两侧，或单独设置并与反应板用螺丝铆合，再设置超声波振动换能器的安装孔；所述热媒或冷媒通道有导管与冷热恒温设备相连接。
上述超声波振动振子根据需要设置1个或多个。
上述器壁板的四周留有4个以上的连接孔，用来与其它单元的板式化学反应器连接并固定在组合架上。
上述反应原料进口和反应产物出口均安装有控制阀。
本发明的超声波催化的连续板式反应器使用方法是：使用时，按照需要用螺栓通过连接孔将多个反应器组合在一起，热媒或冷媒通道通过导管与冷热恒温设备连接；再将各种反应原料加压并从反应原料进口进入反应器，反应物料经反应物通道以湍流状态依次进入混料反应区，同时开启超声波发生器，超声波的高频振动将超声波传递给内部流动的反应物料；恒温下随着物料的前进，物料不断混合并进行反应，最终的反应产物由反应产物出口离开反应器。
本发明具有以下优点：①反应器布置紧凑，投资较小，占地很少；②反应物料喷射进入，在混料反应区通过超声波震荡的空化效应使反应物料充分混合接触，反应效率高、反应速度快，在较大的温度和压力范围连续进行反应；③固体反应物料可以在固液悬浮状态下直接参加反应；④可以根据需要，将多个反应器串连或并连。适用于气-液相反应、液-液相和部分气-液-固相等多相反应。
附图说明
图1为本发明的超声波催化的连续板式反应器外观示意图，图2为壁板内层反应物通道和心形混料反应区示意图，图3为反应物通道与换热层的结构示意图。
图中，1为反应原料进口，2为反应产物出口，3为壁板，4为反应区，5为热媒或冷媒流体进口，6为媒或冷媒流体出口，7为换热层,8为超声波振子，9为连接孔。
具体实施方式
实施例 如附图1-2的超声波催化的连续流板式反应器，具有板式化学反应器的反应原料进口1和反应产物出口2，它的壁板3是由4块板压合而成的，其中部的两块壁板内形成均匀排列、蛇形推进的反应物通道和心形混料所组成的反应区4，反应区4与反应原料进口1和反应产物出口2相连接，反应原料进入反应区在流动时形成湍流，充分混合并在湍流过程中发生反应，得到的反应产物从反应产物出口2出反应器；它的反应区4壁板与外板压合，形成与反应通道对流的热媒或冷媒流道组成的换热层7，换热层7还设有热媒或冷媒流体进口5与热媒或冷媒流体出口6，热媒或冷媒流道分别与热媒或冷媒流体进口5与热媒或冷媒流体出口6相连接，从而能够迅速将流动的化学反应物加热或冷却，使化学反应在相对恒定的温度条件下进行；换热层上开有若干安装孔，其上安装有超声波振动振子8，超声波振子8与反应区4外壁贴合，超声波振子8与超声波发生器相连接。
壁板3的材料是可传导超声波的金属板材，能够承受的温度范围是-100℃～500℃;能够承受的最大压力为50MPa。2个反应原料进口1均安装控制阀；反应产物出口2也安装有控制阀。超声波振动振子8共5个。
本超声波催化的连续流板式反应器的壁板尺寸为长210mm， 宽180mm；壁板3总厚度为12mm。反应原料进口1和反应产物出口2直径均为5mm。连接孔9共有4个，每个的孔径均为13mm。

Claims (7)

1.超声波催化的连续流板式反应器，具有原有板式化学反应器的反应原料进口和反应产物出口，其特征在于：⑴它的器壁是由多块壁板压合或铆合而成的，其中部的两块壁板内形成均匀排列、蛇形推进的反应物通道所组成的反应区，反应区与反应原料进口和反应产物出口相连接，反应原料进入反应区在流动时通过超声波震荡形成空化让反应物料充分混合，并在流动过程中发生反应，得到的反应产物从反应产物出口出反应器；⑵它的反应区壁板与外壁板压合或铆合，形成与反应通道对流的热媒或冷媒流道组成的换热层，换热层还设有热媒或冷媒流体的进口与出口，热媒或冷媒流道分别与热媒或冷媒流体的进口与出口相连接，从而能够迅速将流动的化学反应物加热或冷却，使化学反应在相对恒定的温度条件下进行；⑶换热层上开有若干安装孔，其上安装有超声波振动振子，超声波振子与反应通道外壁贴合，振子与超声波发生器相连接，以利用超声波的高频振动将超声波传递给内部流动的反应物料，让反应物料充分乳化混合，加速反应进行，同时防止固体物料和反应产生的结晶体在反应通道内沉淀堵塞反应通道。
2.如权利要求1所述的连续流板式反应器，其特征在于所述壁板的数量为2个以上，它的材料是超声波可传导的金属板材、合金材料或玻璃板或陶瓷板中的一种，能够承受的温度范围是-100℃～500℃;能够承受的最大压力为50MPa。
3.如权利要求1所述的连续流板式反应器，其特征在于所述反应原料进口根据原料数量而定，分别与反应区前端通道相连接；混料区为多个串联；反应产物出口与反应物通道末端相连接。
4.如权利要求1所述的连续流板式反应器，其特征在于所述热媒或冷媒通道在反应通道壁板外两侧，或单独设置并与反应板用螺丝铆合，再设置超声波振动换能器的安装孔；所述热媒或冷媒通道有导管与冷热恒温设备相连接。
5.如权利要求1所述的连续流板式反应器，其特征在于所述超声波振动振子根据需要设置一个或多个。
6.如权利要求1所述的连续流板式反应器，其特征在于所述器壁板的四周有4个以上的连接孔，用来与其它单元的板式化学反应器连接并固定在组合架上。
7.如权利要求1所述的连续流板式反应器，其特征在于所述反应原料进口和反应产物出口均安装有控制阀。
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