CN108671877B - 一种多相流非均相反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相流非均相反应器，包括上腔体、中腔体、旋流反应器腔体、下腔体与撞击管，所述上腔体底部下板上设有上腔体入水管路、固体反应器、强化反应器入水管路，所述固体反应器以上腔体入水管路为中心固定在所述上腔体底部下板上，所述固体反应器底部覆盖有固体反应物或催化剂，所述固体反应器顶部设有网孔，所述固体反应器侧壁为不锈钢圆筒结构，液体经过所述中腔体内设有的旋流反应器。本发明所述的一种多相流非均相反应器，设有固体反应器、旋流反应器与撞击反应器腔体，解决了多相流非均相传质与催化反应时效性极强的矛盾，提高了能量的利用率和使用效果，适用不同工作状况，带来更好的使用前景。

Description

一种多相流非均相反应器

技术领域

本发明涉及气体、液体、固体等各种流体的传质、催化、反应的技术应用领域，特别涉及一种多相流非均相反应器。

背景技术

非均相反应又称“多相反应”，是指反应物是两相或两相以上的组分(固体和气体、固体和液体、两种互不混溶的液体)，或者一种或多种反应物在界面上(如固体催化剂表面上)进行的化学反应的总称。在化工、制药、环保等领域中，会经常使用非均相反应完成一般均相反应无法实现的化学反应，与一般均相反应相比，非均相反应具有反应速率快、催化效率高、反应强度大的特点，尤其是反应物之间容易分离，例如采用非均相反应对各类难降解污水、废气、固废可实现非常好的降解处理效果。现有的非均相反应技术应用在使用时存在一定的弊端，非均相反应对不同相反应物(催化物)的传质要求很高，同时为了实现低能耗、高效反应，往往利用非均相反应实现快速反应过程，如高级氧化、Fenton，其反应过程均小于10-8秒，这么短的反应时间就要求在非均相反应中各类不同相反应物(催化物)的传质与反应必须同步完成——传质即反应，这一要求就对实施非均相反应的设备和方法提出了较为苛刻的要求，必须同时满足高效传质、同步催化、同步反应，并且实施非均相反应的能耗尽量要低、反应物料消耗尽量要低，现有技术与设备难以满足如此苛刻的要求，这一情况长期以来严重制约了非均相反应技术在工农业、环保等产业内的广泛应用，给非均相反应技术应用的使用带来了一定的影响，为此，我们提出一种多相流非均相反应器。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多相流非均相反应器，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多相流非均相反应器，包括上腔体、中腔体、旋流反应器腔体、下腔体与撞击管，所述上腔体底部下板上设有上腔体入水管路、固体反应器、强化反应器入水管路，所述固体反应器以上腔体入水管路为中心固定在所述上腔体底部下板上，所述固体反应器底部覆盖有固体反应物或催化剂，所述固体反应器顶部设有网孔，所述固体反应器侧壁为不锈钢圆筒结构，液体经过所述中腔体内设有的旋流反应器，经过上腔体入水管路，在固体反应器中心位置高速喷出，并通过固体反应器顶部的网孔流出，所述中腔体内设有旋流反应器及若干个连接上腔体与下腔体的强化反应器，所述中腔体的外侧面至少设有一个流体入口管，所述流体入口管偏心切向插入所述旋流反应器腔体内，所述旋流反应器腔体顶部与中腔体上板固定连接，所述旋流反应器腔体顶部设有顶部溢流管，所述顶部溢流管与中腔体上板固定连接，并通过管路与上腔体入水管路连接，所述流体入口管偏心切向插入所述旋流反应器腔体上部所述旋流反应器腔体底部设有底部法兰，所述强化反应器顶部与中腔体上板固定连接，所述强化反应器底部与中腔体下板固定连接，所述强化反应器底部出水口通过管路连接下腔体内设有的撞击反应器腔体入水管路，所述下腔体设有撞击反应器腔体及连接其上的连接管路、安装在下腔体上的撞击流体泵入端口法兰及连接其上的引流管路，所述撞击反应器腔体顶部与下腔体上板固定连接，所述撞击反应器腔体入水管路通过连接管路与安装在中腔体上的所述强化反应器出水口连接，所述撞击反应器腔体上安装有若干个撞击进水端法兰，所述撞击进水端法兰外侧一端通过引流管路与安装在下腔体上的所述撞击流体泵入端口法兰连接，所述撞击进水端法兰内侧一端与所述撞击管一端连接，所述撞击管另一端指向撞击反应器腔体内部中心点，所述撞击反应器腔体底部设有出水端口，所述出水端口通过管路将流体输出反应器腔体外。

优选的，所述旋流反应器腔体的外侧安装有一号电磁线缆，所述中腔体的内部靠近一侧的强化反应器腔体外侧安装有二号电磁线缆。

优选的，所述中腔体的内部靠近另一侧的强化反应器腔体外侧安装有永磁磁铁，且多组永磁磁铁相互平行放置。

优选的，所述旋流反应器腔体上部为圆形筒状结构，所述旋流反应器腔体下部为圆锥体结构，所述旋流反应器腔体上部圆形筒状结构直径与所述旋流反应器腔体下部圆锥体结构高度比值为1：5-1：12。

优选的，所述强化反应器包括但不限于金属水管、非金属水管、内部螺旋水管、水管外侧安装电磁线圈的水管、水管外侧安装电磁铁的水管、水管外侧安装永磁磁铁的水管、静态混合器、安装有撞击流反应器的管路。

优选的，所述流体入口管内的流体包括液体、气体、固体中的任意一种或由多种流体组成的多相流流体。

优选的，所述旋流反应器底部法兰包括但不限于安装有超声波振动器的法兰、安装有电磁铁的法兰、安装有紫外线灯管的法兰、安装有激光发射器的法兰。

优选的，所述固体反应器底部覆盖有固体，该固体包括但不限于固体反应物、固体催化剂。

优选的，所述旋流反应器包括旋流反应器腔体外侧无附加物的旋流反应器带有电磁线圈的旋流反应器、带有电磁铁的旋流反应器、带有永磁磁铁的旋流反应器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该多相流非均相反应器，通过设有的固体反应器、旋流反应器与撞击反应器腔体，实现在了非均相传质过程中通过多次催化反应降低了传质物质相互饱和程度，使得在多相流流体中存在的大量非溶性物质，可以通过传质过程不断补充进入多相流流体的主流体中，并不断为后期催化反应提供反应物质，实现了非均相传质与催化反应之间的良性促进，最大限度的提高了效率，节约了成本与能耗，整个装置简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明所述多相流非均相反应器的主视结构示意图；

图2为图1中固体反应器俯视结构示意图；

图3为图1的旋流撞击器主视结构示意图；

图4为图3的旋流撞击器俯视结构示意图；

图5为图4中的另一种情况示意图；

图6为图1中撞击反应器俯视结构示意。

图中：1、上腔体；2、中腔体；3、下腔体；101、上腔体入水管路；102、强化反应器入水管路；103、固体反应器侧壁；104、网孔；105、固体反应物或催化剂；201、旋流反应器；202、旋流反应器腔体；203、顶部溢流管；204、流体入口管；205、底部法兰；206、强化反应器；207、一号电磁线缆；208、二号电磁线缆；209、永磁磁铁；301、撞击反应器腔体；302、撞击进水端法兰；303、撞击管；304、出水端口；305、撞击流体泵入端口法兰；306、连接管路；307、引流管路；308、撞击反应器腔体入水管路。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-6所示，一种多相流非均相反应器，包括上腔体1、中腔体2、旋流反应器腔体202、下腔体3与撞击管303，上腔体1底部下板上设有上腔体入水管路101、固体反应器103/104、强化反应器入水管路102，固体反应器103/104以上腔体入水管路101为中心固定在上腔体1底部下板上，固体反应器103/104底部覆盖有固体反应物或催化剂105，固体反应器103/104顶部设有网孔104，固体反应器侧壁103为不锈钢圆筒结构，液体经过中腔体2内设有的旋流反应器201，经过上腔体入水管路101，在固体反应器103/104中心位置高速喷出，并通过固体反应器103/104顶部的网孔104流出，中腔体2内设有旋流反应器201及若干个连接上腔体1与下腔体3的强化反应器206，中腔体2的外侧面至少设有一个流体入口管204，流体入口管204偏心切向插入旋流反应器腔体202内，旋流反应器腔体202顶部与中腔体2上板固定连接，旋流反应器腔体202顶部设有顶部溢流管203，顶部溢流管203与中腔体2上板固定连接，并通过管路与上腔体入水管路101连接，流体入口管204偏心切向插入旋流反应器腔体202上部旋流反应器腔体202底部设有底部法兰205，强化反应器206顶部与中腔体2上板固定连接，强化反应器206底部与中腔体2下板固定连接，强化反应器206底部出水口通过管路连接下腔体3内设有的撞击反应器腔体入水管路308，下腔体3设有撞击反应器腔体301及连接其上的连接管路306、安装在下腔体3上的撞击流体泵入端口法兰305及连接其上的引流管路307，撞击反应器腔体301顶部与下腔体3上板固定连接，撞击反应器腔体入水管路308通过连接管路306与安装在中腔体2上的强化反应器206出水口连接，撞击反应器腔体301上安装有若干个撞击进水端法兰302，撞击进水端法兰302外侧一端通过引流管路307与安装在下腔体3上的撞击流体泵入端口法兰305连接，撞击进水端法兰302内侧一端与撞击管303一端连接，撞击管303另一端指向撞击反应器腔体301内部中心点，撞击反应器腔体301底部设有出水端口304，出水端口304通过管路将流体输出反应器腔体外；

旋流反应器腔体202的外侧安装有一号电磁线缆207，中腔体2的内部靠近一侧的强化反应器206腔体外侧安装有二号电磁线缆208；中腔体2的内部靠近另一侧的强化反应器206腔体外侧安装有永磁磁铁209，且多组永磁磁铁209相互平行放置；旋流反应器腔体202上部为圆形筒状结构，旋流反应器腔体202下部为圆锥体结构，旋流反应器腔体202上部圆形筒状结构直径与旋流反应器腔体202下部圆锥体结构高度比值为1：5-1：12；强化反应器206包括但不限于金属水管、非金属水管、内部螺旋水管、水管外侧安装电磁线圈的水管、水管外侧安装电磁铁的水管、水管外侧安装永磁磁铁209的水管、静态混合器、安装有撞击流反应器的管路；流体入口管204内的流体包括液体、气体、固体中的任意本实施例的或由多种流体组成的多相流流体；旋流反应器201底部法兰205包括但不限于安装有超声波振动器的法兰、安装有电磁铁的法兰、安装有紫外线灯管的法兰、安装有激光发射器的法兰；固体反应器(103/104)底部覆盖有固体，该固体包括但不限于固体反应物、固体催化剂；旋流反应器201包括旋流反应器腔体202外侧无附加物的旋流反应器带有电磁线圈的旋流反应器、带有电磁铁的旋流反应器、带有永磁磁铁209的旋流反应器。

需要说明的是，本发明为一种多相流非均相反应器，撞击流体泵入端口法兰305安装在撞击反应器腔体301上，撞击流体在压力作用下，经过撞击流体泵入端口法兰305进入下腔体3内，并经过连接撞击流体泵入端口法兰305与撞击反应器撞击进水端法兰302的引流管路307，进入撞击反应器腔体301内，最终撞击流体通过连接在撞击反应器撞击进水端法兰302内侧的撞击管303高速射出，多股撞击流体在撞击反应器腔体301中心位置形成椭圆体撞击区，该撞击区内富集了撞击流体，在完成了撞击流体快速催化、反应的同时流动性的大量液体从撞击反应器腔体入水管路308涌入，完成了同步传质、催化、反应过程，流体经过安装在中腔体2的外侧面上的流体入口管204高速切向进入安装在中腔体2内的旋流反应器201腔体内部，流体在旋流反应器201腔体内部形成高速螺旋向下的离心旋流运动，并在高速离心旋流运动中心形成轴向真空区，气体等低密度物质在离心力的作用下析出，集中在轴向真空区，富集在中心轴区域的气体不断切割围绕其做高速旋转的液体，完成了流体第一次旋流撞击传质过程，将不同密度、不同流速、不同性质的物质形成了具有相同流速、彼此互溶的、具有准饱和溶解特性的非稳定态多相流流体，在流体下降过程中流速增加，达到旋流反应器腔体202底部法兰205处时流体流速达到最大，并在压力作用下改变流体运动方向，流体沿轴向真空区向上做高速冲击，流体流速瞬间从高到零点，产生第一次水力空化效果，此过程中产生的水力空化强度不足以造成分子改变其原有性质，但足以打破流体分子团簇，增强了多相流非均相传质效果，同时空化产生瞬时的高温、高压及超声能量，使多相流体内的不同物质之间开始形成非均相催化与反应的条件，流体经过顶部溢流管203及其联接的管路，从上腔体入水管路101进入上腔体1内部空间，高速流体在流经上腔体入水管路101后，在固体反应器103/104中心位置瞬间得到释放，流速瞬间减小，产生第二次水力空化效果，此次空化过程比第一次空化产生能量强度更大，足以将流体分子间作用力打破，但由于迅速进入较大低压空间，流体进入低速紊流状态，不溶性低密度气体瞬间失去约束，从多相流体中溢出，多相流体中饱和流体的稳定性得到巩固，传质效果得到进一步增强，流体在上腔体1内做不规则运动，保证了溢出气体与多相流体之间的接触时间和接触面积，流体在上腔体1内形成滞留，造成上腔体1内压力增大，在高压下流体通过安装在上腔体1底部的强化反应器入水管路102及其联接的管路进入强化反应器206，在此过程中，多相流体在固体反应器103/104内释放并最终通过固体反应器顶部设有的网孔104溢出的过程中，与覆盖在固体反应器103/104内的固体反应物或催化剂105充分接触，在流动状态下完成多相流中的液体物质-气体反应物-固体反应物(或催化剂)的第一次非均相同步催化、反应过程，结果是减少了难溶物质在多相流中的饱和程度，使多相流流体不同相物质的传质效率增强，为后期催化反应提供了有利条件，溢出气体与多相流体同时进入强化反应器206内，由于强化反应器206采用从上而下的流动方向，流体密度和特性不同造成了多相流体不断冲击流速较低的溢出气体，保证了溢出气体与多相流体之间的接触时间和接触面积，在强化反应器206内气体和液体形成涡状流动进而充分混合和接触，传质效果得到进一步增强，流体经过强化反应器206并通过连接管路306进入撞击反应器腔体入水管路308，流体通过撞击反应器腔体入水管路308进入撞击反应器腔体301内，压力瞬间释放形成湍流，与此同时在外部泵送压力作用下，载有不同反应物或催化剂的流体从安装在撞击反应器腔体301上的撞击流体泵入端口法兰305，进入下腔体3内，经引流管路307高速进入撞击反应器腔体301内，最终撞击流体通过连接在撞击反应器腔体301撞击进水端法兰302内侧的撞击管303高速射出，多股撞击流体在撞击反应器腔体301中心位置形成椭圆体撞击区，该撞击区内富集了撞击流体载有的不同反应物或催化物，在撞击区内快速完成了传质、催化、反应，其反应产物不断向撞击区外的区域渗透传质，于此同时流动性的大量流体从所述撞击反应器腔体入水管路308涌入，向撞击区不断渗透扩散，在撞击区及其边缘区域于极短时间内完成了撞击传质、撞击催化、非均相反应、液相扩散、均相反应多个过程的同步进行，解决了多相流强化传质催化与反应时效性极短的矛盾，同时能量被高效利用，大幅减少了在非均相传质、催化、反应过程中的无功能耗与损失，非均相催化反应后的多相流流体经过安装在撞击反应器腔体301底部的出水端口304，通过管路输出多相流非均相反应器腔体外，较为实用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种多相流非均相反应器，包括上腔体（1）、中腔体（2）、旋流反应器腔体（202）、下腔体（3）与撞击管（303），其特征在于：所述上腔体（1）底部下板上设有上腔体入水管路（101）、固体反应器（103/104）、强化反应器入水管路（102），所述固体反应器（103/104）以上腔体入水管路（101）为中心固定在所述上腔体（1）底部下板上，所述固体反应器（103/104）底部覆盖有固体反应物或催化剂（105），所述固体反应器（103/104）顶部设有网孔（104），所述固体反应器侧壁（103）为不锈钢圆筒结构，液体经过所述中腔体（2）内设有的旋流反应器（201），经过上腔体入水管路（101），在固体反应器（103/104）中心位置高速喷出，并通过固体反应器（103/104）顶部的网孔（104）流出，所述中腔体（2）内设有旋流反应器（201）及若干个连接上腔体（1）与下腔体（3）的强化反应器（206），所述中腔体（2）的外侧面至少设有一个流体入口管（204），所述流体入口管（204）偏心切向插入所述旋流反应器腔体（202）内，所述旋流反应器腔体（202）顶部与中腔体（2）上板固定连接，所述旋流反应器腔体（202）顶部设有顶部溢流管（203），所述顶部溢流管（203）与中腔体（2）上板固定连接，并通过管路与上腔体入水管路（101）连接，所述流体入口管（204）偏心切向插入所述旋流反应器腔体（202）上部所述旋流反应器腔体（202）底部设有底部法兰（205），所述强化反应器（206）顶部与中腔体（2）上板固定连接，所述强化反应器（206）底部与中腔体（2）下板固定连接，所述强化反应器（206）底部出水口通过管路连接下腔体（3）内设有的撞击反应器腔体入水管路（308），所述下腔体（3）设有撞击反应器腔体（301）及连接其上的连接管路（306）、安装在下腔体（3）上的撞击流体泵入端口法兰（305）及连接其上的引流管路（307），所述撞击反应器腔体（301）顶部与下腔体（3）上板固定连接，所述撞击反应器腔体入水管路（308）通过连接管路（306）与安装在中腔体（2）上的所述强化反应器（206）出水口连接，所述撞击反应器腔体（301）上安装有若干个撞击进水端法兰（302），所述撞击进水端法兰（302）外侧一端通过引流管路（307）与安装在下腔体（3）上的所述撞击流体泵入端口法兰（305）连接，所述撞击进水端法兰（302）内侧一端与所述撞击管（303）一端连接，所述撞击管（303）另一端指向撞击反应器腔体（301）内部中心点，所述撞击反应器腔体（301）底部设有出水端口（304），所述出水端口（304）通过管路将流体输出反应器腔体外；

所述旋流反应器腔体（202）包括但不限于，外侧安装有一号电磁线缆（207）的旋流反应器腔体、外侧安装有电磁铁的旋流反应器腔体、外侧安装有永磁磁铁的旋流反应器腔体、外侧未安装任何设备的旋流反应器腔体；

所述中腔体（2）内部设置的强化反应器（206）包括但不限于，腔体外侧安装有二号电磁线缆（208）的强化反应器、腔体外侧安装有永磁磁铁（209）的强化反应器；

所述旋流反应器腔体（202）上部为圆形筒状结构，所述旋流反应器腔体（202）下部为圆锥体结构，所述旋流反应器腔体（202）上部圆形筒状结构直径与所述旋流反应器腔体（202）下部圆锥体结构高度比值为1:5-1:12。

2.根据权利要求1所述的一种多相流非均相反应器，其特征在于：所述强化反应器（206）包括但不限于金属水管、非金属水管、内部螺旋水管、水管外侧安装电磁线圈的水管、水管外侧安装电磁铁的水管、水管外侧安装永磁磁铁（209）的水管、静态混合器、安装有撞击流反应器的管路。

3.根据权利要求1所述的一种多相流非均相反应器，其特征在于：所述流体入口管（204）内的流体包括液体、气体、固体中的任意一种或由多种流体组成的多相流流体。

4.根据权利要求1所述的一种多相流非均相反应器，其特征在于：所述旋流反应器（201）底部法兰（205）包括但不限于安装有超声波振动器的法兰、安装有电磁铁的法兰、安装有紫外线灯管的法兰、安装有激光发射器的法兰。

5.根据权利要求1所述的一种多相流非均相反应器，其特征在于：所述固体反应器（103/104）底部覆盖有固体，该固体包括但不限于固体反应物、固体催化剂。

6.根据权利要求1所述的一种多相流非均相反应器，其特征在于：所述旋流反应器（201）包括旋流反应器腔体（202）外侧无附加物的旋流反应器带有电磁线圈的旋流反应器、带有电磁铁的旋流反应器、带有永磁磁铁（209）的旋流反应器。