CN109647315B - 能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统，该装置包括：超重力反应器本体以及被动式扰流件，利用液体被甩出旋转腔室后撞击被动式扰流件的碰撞部，使得碰撞部旋转，带动底部被动式扰流部转动，强化了反应体系的气‑液传质；在上腔体中，通过超重力反应器增加液体与气体的接触面积强化传质，在下腔体中，通过旋转提高了气液之间的混合，延长了反应时间，进一步强化了传质和混合，同时实现了能量高效利用，并且防止了高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，进一步的，能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要，为反应差异化控制提供一种新的思路。

Description

能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，更具体的，涉及一种能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统。

背景技术

随着现代生物技术的兴起，生物化工的应用已经涉及了化工原料、医药、食品、环保等诸多领域，绝大多数的生化反应都是氧化反应。氧化反应是生产大宗化学品和中间体的重要反应过程，如乙烯氧化制备乙醛、利用双氧水氧化TMP生成生产维生素E的中间体TMQ等。无论是气-液体系还是液-液体系，溶氧是氧化反应的关键性限制因素，而氧气是一种难溶气体，在标准状态下，氧的平衡浓度为8.5g/m3，仅为葡萄糖溶解度的1/6000，分子氧的不足导致氧化反应速率低，产品质量不高，氧化反应的溶氧受到限制，目前的反应器用于氧化反应体系存在诸多不足。

发明内容

为了解决目前的反应器用于氧化反应体系存在诸多不足的问题，本发明提供一种能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统。

在本发明第一方面的实施例中，一种超重力装置，包括：

具有容纳腔的超重力反应器本体以及设置于所述容纳腔内的被动式扰流件，所述被动式扰流件将所述容纳腔分为连通的上腔体和下腔体；

所述超重力反应器本体包括设置于所述上腔体内的旋转腔室、至少一个插入所述旋转腔室并可向该旋转腔室喷射液体的液体分布器，以及设置于所述下腔体的底部并可喷射气体的气体分布器；

所述被动式扰流件包括置于所述上腔体的碰撞部以及置于所述下腔体并与所述碰撞部连接固定的扰流部；

其中，所述碰撞部可在所述旋转腔室甩出的液滴碰撞下环绕该旋转腔室转动，进而带动所述扰流部旋转，以扰动所述下腔体内的液体和气体。

在某些实施例中，所述被动式扰流件还包括与所述碰撞部和所述扰流部一体连接的中间部，所述中间部包括分隔所述上腔体和所述下腔体的分隔部，所述分隔部为具有镂空的轮毂结构。

在某些实施例中，所述中间部还包括固定在所述分隔部的周向边缘的上连接部，所述上连接部用于固定所述碰撞部。

在某些实施例中，所述中间部还包括固定在所述分隔部的中心并向下垂直延伸的下连接部，所述下连接部延伸的端部固定所述扰流部。

在某些实施例中，所述上连接部与所述容纳腔对应的表面形成可活动的密封结构。

在某些实施例中，所述碰撞部为多个，并且多个所述碰撞部在所述旋转腔室的外侧呈轴对称分布。

在某些实施例中，所述扰流部呈径向扰流结构、横向扰流结构或者混合向扰流结构的其中一种。

在某些实施例中，所述扰流部包括多个叶片，每个所述叶片水平设置、竖直设置或者倾斜设置。

本发明第二方面实施例提供一种利用如上所述的装置进行氧化反应的方法，包括：

通过气体分布器向所述容纳腔通入含氧气体；

通过液体分布器向所述容纳腔通入反应液体；

启动所述超重力装置，当反应稳定后在所述超重力反应器本体的液体出口取样测试。

本发明第三方面实施例提供一种氧化反应系统，包括如上所述的超重力装置。

本发明第四方面提供一种利用上述实施例中的超重力装置进行反应的方法，具体包括：

通过气体分布器向所述容纳腔通入反应气体；

通过液体分布器向所述容纳腔通入反应液体；

启动所述超重力装置，当反应稳定后在所述超重力反应器本体的液体出口取样测试。

本发明第五方面实施例提供一种反应系统，包括如上所述的超重力装置。

本发明的有益效果如下：

本发明提供能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统，利用液体被甩出旋转腔室后撞击被动式扰流件的碰撞部，使得碰撞部旋转，带动底部被动式扰流部转动，强化了反应体系的气-液传质；在上腔体中，通过超重力反应器增加液体与气体的接触面积强化传质，在下腔体中，通过旋转提高了气液之间的混合，延长了反应时间，进一步强化了传质和混合，同时实现了能量高效利用，将转子的机械能转化为流体动能，流体动能因碰撞转换为碰撞部的转动机械能，进而使得扰流部旋转，并且防止了高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，进一步的，由于气体通过下腔体进入容纳腔中，下腔体的气体浓度高，在下腔体进行混合和传质后气体浓度降低，导致上下腔体具有气体浓度差，并且超重力混合和被动式扰流件的混合强度不同，上下腔体具有传质性能差异，因此本发明的超重力装置能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要，为反应差异化控制提供一种新的思路。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例中一种能量充分利用的超重力装置的结构示意图。

图2示出本发明实施例利用图1中的装置进行氧化反应的方法流程示意图。

图3示出本发明实时例利用图1中的装置进行混合反应的方法流程示意图。

图4示出本发明实施例包括图1中的装置的氧化反应系统的结构示意图。

图5A示出本发明实施例中扰流部22的具体结构示意图之一。

图5B示出本发明实施例中扰流部22的具体结构示意图之二。

图5C示出本发明实施例中扰流部22的具体结构示意图之三。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

目前提高氧传质性能的方法主要有提高搅拌转速，改进搅拌桨结构等；在高径比较大的反应器中，往往设置多层搅拌桨来提高搅拌效率，强化气液传质。为强化氧传质性能，除了对传统的搅拌式反应器的结构进行优化，还开发了多种不同结构反应器，如鼓泡塔，环流反应器等；但这些方法氧气利用率低，氧传质强化效果不明显。在曝气供氧过程中，气泡很快逸散出去，氧气利用不充分；且气液接触面积小，时间短，传质效果差。如何进一步强化气液传质，开发能够更加充分利用氧气的氧化反应装置尚需深入研究。

超重力反应器是一种已经得到广泛应用的强化传质反应装置，其基本原理是利用转子高速转动产生的离心力切割液体，形成小液滴，增大气液接触面积，能够有效地强化气液传质过程，但超重力反应器中的气液传质过程仅在旋转空腔中发生，且液滴在该空腔中的停留时间非常短，这并不能满足实际氧化反应过程中持续性供氧需求。当液滴被甩出转子后，其以10～20m/s的速度撞击罐体内壁，这不仅会对罐体内壁造成损害，还造成了极大的能量损耗，无法充分利用电机电能。

有鉴于此，本发明为了解决目前超重力反应器虽然能够强化气液传质，但气液传质过程时间短，液滴在反应器内的停留时间非常短，不能够满足实际氧化反应过程中持续性供氧需求的问题，更进一步的，为了解决以氧化反应为代表的，反应过程需要持续传质混合的气液反应体系采用超重力反应器时气液传质时间短，液滴在反应器内的停留时间过短的问题，本发明提供一种能量充分利用的超重力装置、氧化方法及系统，通过在超重力反应器本体内设置能够将反应腔分割为两个腔体的被动式扰流件，该被动式扰流件在液滴的冲击下转动，进而提高了在非旋转空腔内提高了气液传质和混合效果，延长了反应时间，同时实现了能量高效利用，并且防止了高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，进一步的，能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，满足特殊反应体系的需要。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

请结合图1所示，本发明第一方面提供一种能量充分利用的超重力装置，包括：具有容纳腔1的超重力反应器本体以及设置于所述容纳腔内的被动式扰流件2，所述被动式扰流件将所述容纳腔1分为连通的上腔体11和下腔体12；所述超重力反应器本体包括设置于所述上腔体11内的旋转腔室13、至少一个插入所述旋转腔室13并可向该旋转腔室13喷射液体的液体分布器14，以及设置于所述下腔体12的底部并可喷射气体的气体分布器15；所述被动式扰流件2包括置于所述上腔体11的碰撞部21以及置于所述下腔体12并与所述碰撞部21连接固定的扰流部22；其中，所述碰撞部21可在所述旋转腔室13甩出的液滴碰撞下环绕该旋转腔室13转动，进而带动所述扰流部22旋转，以扰动所述下腔体12内的液体和气体。

本实施例中，超重力反应器一般包括超重力反应器本体，超重力反应器本体具有供反应物反应的容纳腔1，容纳腔中设置有旋转腔室13，在一些实施例中，超重力反应器为旋转填充床，此时旋转空腔由转子和固定在转子上的填料形成，液体通过插入旋转空腔13中的液体分布器14喷射而出，冲击在填料上，进而在通过高速旋转产生超重力环境下被填料切割形成液滴和液膜。在另一些实施例中，超重力反应器为定转子超重力机，此时旋转空腔通过定子柱和转子柱配合形成，液体在定子柱和转子柱的相对旋转切割下形成液滴或液膜。

在一些具体实施例中，旋转腔室13通过超重力反应器本体中的电机16实现旋转，例如旋转腔室固定在转子上，转子通过连接转轴，进而可以通过电机驱动转子旋转。

在一些具体实施例中，液体分布器14为一个分散器，其具有空腔以及若干孔道，液体分布器14与超重力反应器本体的其中一个进液口通过管路连接，将反应溶液通过该进液口泵入，进而通过液体分布器14分散为若干股细小的液体流喷至旋转腔室内。

在一些具体实施例中，气体分布器15同样为一个分散器，其原理与上述液体分布器14类似，但不同的是，气体分布器15的孔径相较于液体分布器14小。

本实施例中，气体分布器15为一个，液体分布器14为两个，但是气体分布器15和液体分布器14的数量可以根据反应体系确定，例如，对于仅需要输入一种反应液的反应体系时，可以仅仅设置一个液体分布器14，本发明不限于此，但必须的是，为了满足本发明最基本的需要，本发明中的装置至少包括一个气体分布器15和一个液体分布器14。

此外，在一些实施例中，进液管路在容纳腔1内呈90°弯曲，所述进液管路一端与液体分布器14相连，在一些实施例中，液体分布器14也可以由进液管路的一端形成，液体分布器上14上设置若干小孔，用于喷射出液体一端穿过容纳腔并设有阀门。

超重力反应器本体的底部设置液体出口18，液体出口18与出液管路相连，出液管路的支路上设置取样口。

进一步的，超重力反应器本体的上腔体的上端设置气体出气口120，用于排放容纳腔中的气体。

在本实施例中，将旋转腔室设置在上腔体中，将气体分布器设置在下腔体的底部，这样通过气体分布器进入超重力反应器本体内的气体首先与下腔体内的液体在被动式扰流件的扰流部扰动下混合和传质，进而发生反应，反应后的气体通过下腔体进入上腔体的旋转腔室内，进而在超重力环境下与反应液发生气液传质和混合。因此本发明中的装置在非旋转腔室内也能够发生传质和混合，延长了反应时间，进一步强化了传质和混合，同时实现了能量高效利用，将转子的机械能转化为流体动能，流体动能因碰撞转换为碰撞部的转动机械能，进而使得扰流部旋转，并且防止了高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，进一步的，由于气体通过下腔体进入容纳腔中，下腔体的气体浓度高，在下腔体进行混合和传质后气体浓度降低，导致上下腔体具有气体浓度差，并且超重力混合和被动式扰流件的混合强度不同，上下腔体具有传质性能差异，因此本发明的超重力装置能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要。

在一些具体实施例中，请继续结合图1所示，所述被动式扰流件还包括与所述碰撞部21和所述扰流部22一体连接的中间部23，所述中间部23包括分隔所述上腔体11和所述下腔体12的分隔部231，所述分隔部231为具有镂空的轮毂结构。轮毂结构一方面能够使得受力均匀，并且能够将自身重量沿周向平均分布，这样在碰撞部21环绕旋转腔室13转动的过程中不会因自身重量分布不均导致转动失衡的问题。

进一步的，所述中间部23还包括固定在所述分隔部231的周向边缘的上连接部232，所述上连接部232用于固定所述碰撞部21。上连接部232用于固定碰撞部21，因此上连接部232不需要设置过大，进而减小了与甩出的液滴的碰撞几率。

在一些优选的实施例中，碰撞部21与旋转腔室13齐平设置，或者碰撞部21略微比旋转腔室13低，这样甩出的液滴可以尽可能地冲击到碰撞部21上。

此外，所述中间部23还包括固定在所述分隔部231的中心并向下垂直延伸的下连接部233，所述下连接部233延伸的端部固定所述扰流部22。本实施例中，所述扰流部22设置在分隔部231的中心位置，即相当于扰流部22设置在整个旋转腔室13的旋转轴上，经过所述碰撞部21阻挡的液滴，由于反作用力的原因，导致液滴流入下腔体时，中心位置的分布最多，中心位置的液滴更新速度越快，因此在中心位置设置扰流部时，能够最大化提高传质的效率。

此外，为了保证被动式扰流件2的转动稳定性，所述上连接部232与所述容纳腔1对应的表面形成可活动的密封结构(即动密封)，例如，将上连接部232与所述容纳腔1对应的表面设置为光滑表面，并且减小上连接部与所述容纳腔对应表面之间的距离，即可形成可以活动的密封结构。

在一些优选实施例中，由于液滴是通过旋转腔室13呈中心对称式发散冲击至所述碰撞部21，因此，为了保证转动的对称性，碰撞部21可以设置为多个，并且相互之间呈中心对称设置，即多个所述碰撞部21在所述旋转腔室13的外侧呈轴对称分布。

进一步的，碰撞部21的形状可以设置为迎合液滴冲击的形状，例如可以通过计算获得液滴冲击至碰撞部表面时与碰撞部表面的角度，进而通过合理设置，可以使得液滴冲击至碰撞部表面时，冲击的方向与碰撞部表面垂直(即冲击角度为90°)，这样冲击力没有分量的损失，减小了冲击力的损失，进而提高了能量利用率。

更进一步的，所述扰流部22呈径向扰流结构、横向扰流结构或者混合向扰流结构的其中一种。

在一个具体实施例中，扰流部包括至少多个叶片，可以通过叶片的设置，使得扰流部呈径向扰流结构、横向扰流结构或者混合向扰流结构的其中一种，例如图5A至图5C所示出的，图5A至图5C是以图1中从上向下的视图。如图5A，将叶片水平设置，这样旋转时液体由中间向四周流动，形成横向扰流，如图5B，将叶片竖直设置即可实现径向扰流结构，如图5C，将叶片倾斜设置，既可实现混合向扰流结构。

通过上述实施例可以知晓，本发明第一方面提供的能量充分利用超重力装置，利用液体被甩出旋转腔室后撞击被动式扰流件的碰撞部，使得碰撞部旋转，带动底部被动式扰流部转动，强化了反应体系的气-液传质；在上腔体中，通过超重力反应器增加液体与气体的接触面积强化传质，在下腔体中，通过旋转提高了气液之间的混合，延长了反应时间，进一步强化了传质和混合，同时实现了能量高效利用，将转子的机械能转化为流体动能，流体动能因碰撞转换为碰撞部的转动机械能，进而使得扰流部旋转，并且防止了高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，进一步的，由于气体通过下腔体进入容纳腔中，下腔体的气体浓度高，在下腔体进行混合和传质后气体浓度降低，导致上下腔体具有气体浓度差，并且超重力混合和被动式扰流件的混合强度不同，上下腔体具有传质性能差异，因此本发明的超重力装置能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要。

基于本发明第一方面提供的超重力装置在氧化反应体系中的应用，本发明第二方面提供一种利用上述实施例中的超重力装置进行氧化反应的方法，如图2所示，具体包括：

S11:通过气体分布器向所述容纳腔通入含氧气体；

S12:通过液体分布器向所述容纳腔通入反应液体；

S13:启动所述超重力装置，当反应稳定后在所述超重力反应器本体的液体出口取样测试。

本发明第二方面提供的利用上述实施例中的超重力装置进行氧化反应的方法,能够延长反应时间，强化传质和混合效果，并且能够实现能量的高效充分利用，含氧气体与反应液体相互之间接触面积大，时间长，传质效果好，并且能够防止高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，同时能够形成两级差异化的反应环境，为反应差异化控制提供一种新的思路。

下面结合具体实施场景对本发明第二方面的氧化方法进行详细说明。需要说明的是，下述具体实施场景以实验阶段的具体实施为例，在工业上，需要对其进行放大处理，但总体构思与下述实施例相同。

还需要注意的是，下述的场景仅仅用于方便理解本发明，但需要理解，本发明的应用场景不应当局限于下述示例。

葡萄糖催化氧化制备葡萄糖酸盐

首先将葡萄糖和水按一定比例搅拌至溶解，记录反应开始时间、初始溶解氧及初始葡萄糖酸含量等指标，空气由空气压缩机或空气钢瓶提供，经转子流量计进入进气管路并通过底部的气体分布器进入容纳腔，气体流量计控制气体流量，反应液均匀混合后通过蠕动泵加入装置内部。实验开始前，打开电机带动旋转轴和超重力反应器运转，待进气和旋转稳定后开始进液，进入容纳腔中的液体经过液体分散器进入转子内部，液滴被甩出后撞击扰流件的碰撞部再流至下腔体底部中，再一次与液相中分子态氧反应；其中，扰流件的碰撞部被撞击带动反应器底部的扰流部运转，底部溶液混合与传质得到强化；剩余废气由气体出口排出容纳腔；反应后溶液经出料口排出，或返回至泵前再一次进入泵中反应，如此循环，待反应体系稳定后利用蠕动泵按一定流量进液，并在排液口取样测试；反应开始前需加入酸或碱中和剂调节反应液pH，反应所需的贵金属催化剂加入反应液中；在液体出口处取样，测定葡萄糖酸含量。

其中，该场景中使用的贵金属催化剂为以活性炭、硅酸盐、二氧化硅或分子筛等吸附性较强的固体颗粒为载体，通过高温煅烧负载钯、铂、金等贵金属的催化剂；所述催化剂为纳米级，与反应液呈拟均相参与反应。

本场景中，使用的酸碱中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钙等；调节pH为6-7。

本场景中，利用溶解氧电极监测液体溶解氧浓度，液体中葡萄糖酸含量用HPLC测定。

在某次具体实施场景中，在烧杯中将按10％的比例配置葡萄糖溶液，总液量为4.0L，搅拌溶解后通入高纯氮气至溶氧降为0.3mg/L以下；打开电机启动旋转床，调节旋转床转速为800rpm，以0.2m³/h的流速向容纳腔内通入空气；通过蠕动泵向容纳腔中进液，排出液体再次回流至泵前，如此循环。利用装置连接的溶氧电极测定溶液中的溶氧含量，发现在通空气5min后取样口处溶液的溶氧浓度达最大值，根据该装置内溶氧随时间变化趋势可以计算得出所述条件下该装置的氧传质系数为0.02327s^-1。

在某次具体实施场景中，在烧杯中将按10％的比例配置葡萄糖溶液，总液量为4.0L，搅拌溶解后通入高纯氮气至溶氧降为0.3mg/L以下；打开电机启动旋转床，调节旋转床转速为1200rpm，以0.2m³/h的流速向容纳腔内通入空气；通过蠕动泵向容纳腔中进液，排出液体再次回流至泵前，如此循环。利用装置连接的溶氧电极测定溶液中的溶氧含量，发现在通空气3min后取样口处溶液的溶氧浓度达最大值，根据该装置内溶氧随时间变化趋势可以计算得出所述条件下该装置的氧传质系数为0.03227s^-1。

在某次具体实施场景中，在配制好的4.0L 100g/L的葡萄糖溶液(pH＝6.0)中通入氮气使得溶氧降低至0.3mg/L以下，加热至35℃；打开空气压缩机，调节空气流速为0.2m³/h；打开电机，调节转速为800rpm；待体系稳定后，将一定量的Pd/C催化剂加入反应溶液中，用蠕动泵进液，反应后排出设备的溶液继续回流至泵前，循环反应；在反应过程中添加2MNaOH溶液保持pH始终为6，记录反应时间，定时取样，采用HPLC测定葡萄糖和葡萄糖酸含量，根据残糖量计算反应速率，前2h葡萄糖酸的生成速率为15g/L/h。

由上述具体实施场景可以知晓，提高旋转床的转速，能量高效利用的超重力氧化装置的氧传质系数增大。转速提高，液体被甩出时的速度越大，动能提高，转化的机械能增加，气液传质性能增强。

下面提供目前常规的内循环旋转床容纳腔和搅拌釜式反应装置作为对照，说明本发明提供的装置的实际效果。

在一个对比实施场景中，将葡萄糖和水搅拌溶解后加入内循环旋转床容纳腔罐体内，其中葡萄糖质量分数与实施例1中保持一致；总液量达到最佳提升效果即可；打开电机启动旋转床，调节旋转床转速为800rpm；从进气管路通入高纯氮气至溶氧降为0.3mg/L以下，将高纯氮气切换为空气，以一定流速通入空气，保持气液比与上述具体实施场景中一致；利用装置连接的溶氧电极测定溶液中的溶氧含量，8min后溶氧浓度达最大值，根据该装置内溶氧随时间变化趋势可以计算得出此时氧传质系数为0.01756s^-1。

在另一个对比实施场景中，搅拌，设定搅拌转速为800rpm；从液相进气，进气管路气泡出口直径与上述实施场景中所用装置设计尺寸保持一致，根据气液比相同调节搅拌釜中通气量的气速；首先通入高纯氮气至溶氧降为0.3mg/L以下，再将高纯氮气切换为空气，利用装置连接的溶氧电极测定溶液中的溶氧含量，30min后溶氧浓度达最大值，根据该装置内溶氧随时间变化趋势可以计算得出此时氧传质系数为0.00217s^-1。

由对比实施场景可以知晓的是，本申请提供的能量充分利用超重力装置，在用于以氧化反应为示例的气液混合反应中，能够进一步强化了气液传质与混合，达到高的氧传质系数，使得氧传质速率大幅提高，从而解决了氧化反应过程的氧传质限制。

当然，鉴于篇幅限制不再赘述其他场景，例如酸碱中和混合反应场景，应当理解，上述场景中可以理解的是提高了氧的传质系数，因此，在其他非氧化反应中，本领域技术人员可以知晓，同样能够对应地提高气体的传质系数，氧在本申请中作为示例，可以引申为一切难溶气体，或者说，可以引申为能够通过下腔体的溶液溶解后，仍然能够到达上腔体进行混合反应的气体，此处不限制于是否是难溶或易溶气体。

例如，在某次连续反应中，下腔体中的溶液中的反应气体接近饱和状态(但还未到达饱和状态)，此时反应气体虽然是易溶气体，但由于下腔体的溶液趋于饱和，持续通入易溶的反应气体时，下腔体的溶液不能完全吸收该反应气体，反应气体仍然可以进入上腔体中参与进一步反应，本发明中的仍然可以通过下腔体并且进入旋转腔室中参与混合反应，此时本申请中的装置同样能够进一步提高传质效率。

基于与本发明第二方面相同的发明构思，本发明第三方面还提供一种氧化系统，请参见图4所示，以上述实施例为例，该系统包括上述的超重力装置100、含氧气源200、还原液体罐300(包括第一还原液体罐301和第二还原液体罐302)、出液罐400、与含氧气源200连通的含氧气体输入管路201、与还原液体罐300连通的还原液体输入管路303，气体管路201通过阀门202控制，液体管路303上设置有蠕动泵304，通过蠕动泵304使液体泵入超重力反应器本体内，液体分布器设置在旋转腔室内，液体分布器上设置的若干孔道朝向旋转腔室的外侧，进而可以将液体喷向旋转腔室被剪切、切割为小液滴和液膜，气体分布器设置在反应器的底部，在底部通过被动式扰流件与液体发生传质和混合，然后进行一次混合后的气体再次在超重力环境下雨液体进一步传质和混合，同时延长了氧化时间，进一步的，由于气体通过下腔体进入容纳腔中，下腔体的气体浓度高，在下腔体进行混合和传质后气体浓度降低，导致上下腔体具有气体浓度差，并且超重力混合和被动式扰流件的混合强度不同，上下腔体具有传质性能差异，因此本发明的超重力装置能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要，为反应差异化控制提供一种新的思路。

当然，上述实施例虽然仅仅给出了氧化反应的具体实施例，但实质上，本发明中的超重力装置并不限制于氧化反应，即本发明虽然以氧化反应作为示例进行说明，但可以知晓，本发明中的超重力装置本身与氧化反应并无直接关联，本发明的超重力装置还可以进一步用于非氧化反应体系中，例如还原反应、吸收反应等气液混合反应体系。

因此，基于与本发明上述实施例相同的发明构思，本发明第四方面提供一种利用上述实施例中的超重力装置进行反应的方法，如图3所示，具体包括：

S21:通过气体分布器向所述容纳腔通入反应气体；

S22:通过液体分布器向所述容纳腔通入反应液体；

S23:启动所述超重力装置，当反应稳定后在所述超重力反应器本体的液体出口取样测试。

本发明第四方面提供的利用上述实施例中的超重力装置进行反应的方法，能够延长反应时间，强化传质和混合效果，并且能够实现能量的高效充分利用，并且能够防止高速转动的流体对反应腔体碰撞导致反应腔体泄露的问题，同时能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要，为反应差异化控制提供一种新的思路。。

同理，本发明第五方面提供一种反应系统，该系统包括上述的超重力装置、反应气源、反应液体罐、与反应气源连通的反应气体输入管路、与反应液体罐连通的反应液体输入管路，气体管路通过阀门控制，液体管路上设置有蠕动泵，通过蠕动泵使液体泵入超重力反应器本体内，液体分布器设置在旋转腔室内，液体分布器上设置的若干孔道朝向旋转腔室的外侧，进而可以将液体喷向旋转腔室被剪切、切割为小液滴和液膜，气体分布器设置在反应器的底部，在底部通过被动式扰流件与液体发生传质和混合，然后进行一次混合后的气体再次在超重力环境下雨液体进一步传质和混合，同时延长了氧化时间，进一步的，由于气体通过下腔体进入容纳腔中，下腔体的气体浓度高，在下腔体进行混合和传质后气体浓度降低，导致上下腔体具有气体浓度差，并且超重力混合和被动式扰流件的混合强度不同，上下腔体具有传质性能差异，因此本发明的超重力装置能够形成两级强化传质和反应的差异化环境，能够满足特殊反应体系的需要，为反应差异化控制提供一种新的思路。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (11)

1.一种能量充分利用的超重力装置，其特征在于，包括：

具有容纳腔的超重力反应器本体以及设置于所述容纳腔内的被动式扰流件，所述被动式扰流件将所述容纳腔分为连通的上腔体和下腔体；

所述超重力反应器本体包括设置于所述上腔体内的旋转腔室、至少一个插入所述旋转腔室并可向该旋转腔室喷射液体的液体分布器，以及设置于所述下腔体的底部并可喷射气体的气体分布器；

所述被动式扰流件包括置于所述上腔体的碰撞部以及置于所述下腔体并与所述碰撞部连接固定的扰流部；

其中，所述碰撞部可在所述旋转腔室甩出的液滴碰撞下环绕该旋转腔室转动，进而带动所述扰流部旋转，以扰动所述下腔体内的液体和气体。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述被动式扰流件还包括与所述碰撞部和所述扰流部一体连接的中间部，所述中间部包括分隔所述上腔体和所述下腔体的分隔部，所述分隔部为具有镂空的轮毂结构。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述中间部还包括固定在所述分隔部的周向边缘的上连接部，所述上连接部用于固定所述碰撞部。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述中间部还包括固定在所述分隔部的中心并向下垂直延伸的下连接部，所述下连接部延伸的端部固定所述扰流部。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上连接部与所述容纳腔对应的表面形成可活动的密封结构。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述碰撞部为多个，并且多个所述碰撞部在所述旋转腔室的外侧呈轴对称分布。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扰流部呈径向扰流结构、横向扰流结构或者混合向扰流结构。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扰流部包括多个叶片，每个所述叶片水平设置、竖直设置或者倾斜设置。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的超重力装置进行氧化的方法，其特征在于，包括：

通过气体分布器向所述容纳腔通入含氧气体；

通过液体分布器向所述容纳腔通入反应液体；

启动所述超重力装置，当反应稳定后在所述超重力反应器本体的液体出口取样测试。

10.一种氧化系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项的超重力装置。

11.一种反应系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项的超重力装置。

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