CN111203142A - 微米气泡发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液相加氢领域，提供了一种微米气泡发生器，该微米气泡发生器包括筒体、设置在筒体上并与筒体周向相切的进液口和设置在筒体端口并与筒体连通的至少一个超声波管道，超声波管道壁上设置有超声波振子。本发明提供的微米气泡发生器产生的微米气泡经过气液间的物理切割和超声波的二次作用后尺寸更小，数量更多，使得气液相能够充分混合；该微米气泡发生器应用于碳三馏分液相加氢反应中能够大大提高液相与氢气间的传质效率。此外，本发明微米气泡发生器结构简单，易于操作，能够应用于工业生中。

Description

微米气泡发生器
技术领域
本发明涉及液相加氢领域，具体涉及一种微米气泡发生器。
背景技术
石油烃类蒸汽裂解是制备丙烯等聚烯烃单体最重要的方法，为了除去丙烯生产过程中产生的炔烃和二烯烃(碳三)，提高丙烯聚合物产品的性质，工业上通常采用催化选择加氢的方法。催化选择加氢是一个气、液、固三相并存的反应体系，反应效率的高低取决于相间的传质速率，而体系中形成的气泡尺寸对相间的传质速率起着重要的作用，气泡尺寸的减小有利于增大相间的接触面积，同时延长体系内气泡的停留时间，可以在提高相间传质效率的同时，提高气体的利用率。
CN106205730A公开了一种微米气泡发生器，包括本体和二次破碎件，微气泡的产生主要是依靠超高速旋回和机械剪切的方式，进入气泡发生器本体空腔内的液体沿空腔径向和轴向不断运动，被吸入空腔内的气体会受到周围液体的剪切作用，从而破碎形成直径较小的气泡。在空腔出口位置设置有二次破碎件，二次破碎件的外周面上设有环形凹槽，当气液混合物运动至二次破碎件位置时，一方面高速回旋，另一方面沿着二次破碎件的外表面产生湍流，气泡发生二次破裂。但是二次破碎件的结构较复杂，加工难度较大，并且其产生的气泡尺寸难以控制。
CN205850620U公开了一种微气泡发生器，包括主流管和进气管，主流管包括依次连通的收缩段、喉部和扩散段，喉部内设置有微孔管段，与微孔管段相对应的外侧设置有扩大段，扩大段与微孔管段形成一独立的环形进气空间，进气管与扩大段连接并与环形进气空间相连通。所述微气泡发生器借助射流法和微孔分散法的基本理论，并利用空化效应来加速微孔表面的气泡脱离，通过调节水流冲刷微孔管的速度以避免气泡在介质表面长大，从而减小了气泡尺寸。但对于微孔分散技术，所产生气泡尺寸大小依赖于所用微孔介质的孔径大小，介质孔径越小，相应装置的生产制造难度越大，并且极易出现堵塞现象。
CN207287158U公开了一种微气泡发生器，主要包括进水管、电动机、第二进气管、挡板、气泡产生室、微气泡出管和出水管组成，在使用该微气泡发生器时，水流通过进水管进入气液混合室内，电动机通过第一传动齿轮带动第二传动齿轮转动，从而带动搅拌器转动，使得气液混合室内的水流形成一个真空区，外界空气进入气液混合室内，充分混合后的气液混合物进入到气泡产生室，通过螺旋轴的高速旋转，同时配合螺旋壁的挤压和循环搅拌使得气泡尺寸不断减小。但该微气泡发生器仍然存在装置结构复杂、制造难度大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术气泡发生器存在结构复杂，产生的气泡尺寸仍需进一步减小缺陷，提供一种微米气泡发生器。
根据本发明，所述微米气泡发生器包括筒体、设置在所述筒体上并与所述筒体周向相切的进液口和设置在筒体端口并与所述筒体连通的至少一个超声波管道，所述超声波管道壁上设置有超声波振子。
本发明提供的微米气泡发生器，气泡的产生主要是依靠气液间的物理切割和超声波的二次作用，不仅结构简单，而且产生的气泡尺寸更小，能够大大提高相间的传质效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的实施方式部分给予详细说明。
附图说明
图1为本发明一个实施例微米气泡发生器的示意图；
图2为本发明另一个实施例微米气泡发生器的示意图；
图3为本发明又一个实施例微米气泡发生器的示意图；
图4为图1所示实施例的侧视图。
附图标记说明
1-筒体 2-筒体内部空腔 3-进液口
4-筒体端口 5-超声波管道 6-超声波振子
7-支架 8-进气口 9-收缩管道
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明，如图1所示，一种微米气泡发生器，包括筒体1、设置在筒体1上并与筒体1周向相切的进液口3和设置在筒体端口4并与筒体1连通的至少一个超声波管道5，超声波管道壁上设置有超声波振子6。
在本发明中，进液口3连接外部管道，液体物料从进液口3持续进入到筒体内部空腔，进液口3设置为与筒体1的周向相切(如图1和4所示)，当液体物料从进液口3进入筒体内部空腔2时，液体物料在进液口3内的液体流动方向与筒体1的内壁相切，即，使得从进液口3进入的液体物料从切向进入筒体内部空腔2，这样可以保证液体物料从液体物料进口3进入筒体内部空腔2的流速接近于液体物料在筒体内部空腔2内旋转的流速，从而将液体冲撞摩擦损失降至最低。
进入筒体内部空腔2的液体物料一方面沿着筒体内部空腔2的周向从筒体1内壁向中心区域运动，另一方面沿着筒体1中心轴线向筒体1的两个端口4方向移动。由于液体在筒体空腔内高速回旋，使得筒体内部空腔2中心的轴线区域产生一定的真空度，此时外部气体由筒体端口4或超声波管道口5或筒体端口4与超声波管道口5组成的通道吸入，并在筒体内部空腔2轴线区域形成一条气柱，由于液体物料连续进入并高速旋转，其对气柱进行挤压和切割，将进入筒体内部空腔2的气体分解为若干微米气泡。当气液混合物沿筒体内部空腔2轴线方向运动至超声波管道5时，在超声波振子6的振动下，液体分子受到外拉的作用力，液体分子在外拉作用下所产生的应力又会集中作用到微米气泡上，所述微米气泡又进一步破碎为尺寸更小的微米气泡。经过气液相物理切割和超声波碎裂两次破裂的气泡具有更小的尺寸，在多相传质过程中有利于增大相间接触面积，从而提高相间的传质效率。
在本发明中，超声波管道5可以设置在筒体端口4的任意位置，优选地，超声波管道5与筒体1同轴设置，这样可以保证经气液相物理切割形成的微米气泡与超声波管道5能够最大限度的接触。
在本发明中，可以在其中一个筒体端口4设置超声波管道5，如图2所示，也可以在两个端口同时设置超声波管道如图1所示；较优地，超声波管道5的横截面面积与筒体1的横截面面积之比为0.04-0.64：1，更优选为0.16-0.36：1；较优地，超声波管道5的长度与筒体1的长度之比为0.1-0.9：1，更优选为0.2-0.5：1。
根据本发明，单个超声波管道壁上的超声波振子6的数目优选为4-30个，更优选为12-20个，在本发明的一个具体实施例中选择为16个。超声波振子6可以分布在超声波管道5的外壁上，也可以分布在超声波管道5的内壁上，也可以同时分布在超声波管道5的内外壁上，较优地，超声波振子6设置在超声波管道5的外壁上。本发明对超声波振子在超声波管道内外壁上的分布方式没有限制，较优地，超声波振子在超声波管道内外壁上等距均匀分布。
在本发明中，筒体端口4可以为敞口，筒体端口4为敞口时，本发明对超声波管道5在筒体端口4上的固定方式没有限制，较优地，超声波管道5通过支架7固定在筒体端口4上，此时，气体能够同时从超声波管道以及超声波管道和筒体端口之前的通道吸入筒体内部空腔2。具体地，当筒体端口4一侧设置有超声波管道5时，如图2所示，气液混合物料同时从超声波管道5、超声波管道5和筒体端口4之间的通道以及另外一个筒体端口4流出；当筒体端口4两端均设置有超声波管道5时，气液混合物料同时从两端的超声波管道5以及超声波管道5和筒体端口4之间的通道流出。
在本发明中，筒体端口4可以与超声波管道5密闭连接，二者密封连接时，本发明对连接方式没有限制，较优地，超声波管道5与筒体端口4通过由筒体端口4至超声波管道5逐渐收缩的收缩管道9连接，连接方式如图3所示，这样可以使得气液混合物流动至超声管道时阻力较小。具体地，当筒体端口4一侧设置有超声波管道5时，气体从超声波管道5和另一筒体端口4吸入，气液混合物同时从超声波管道5和另一个筒体端口4流出；当筒体端口4两端均设置有超声波管道6时，如图1所示，气体仅从两端的超声波管道5吸入，气液混合物料从两端的超声波管道5流出。
在本发明中，作为另一种实施方式，如图3所示，筒体其中一个端口4与超声波管道5闭连接，另一端口设置气体入口8，气体入口8与外部气体管道连接，从气体入口8进入的气体与从进液口3进入的液体在筒体内部空腔2初步混合后通过超声波管道进行二次混合，然后气液混合物从超声波管道中流出，进入下一个工序。
在本发明中，本发明对进液口的横截面形状没有限制，较优地，进液口3的横截面为矩形(如图2所示)，横截面的长宽比大于等于1.5；在本发明中，较优地，进液口3横截面面积与筒体1横截面面积之比为0.1-0.3：1。
由此可见，相较于现有技术来说，本发明微米气泡发生器产生的微米气泡经过气液间的物理切割和超声波的二次作用后尺寸更小，数量更多，使得气液相能够充分混合；该微米气泡发生器应用于碳三馏分液相加氢反应中能够大大提高液相与氢气间的传质效率。此外，本发明微米气泡发生器结构简单，易于操作，能够应用于工业生中。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微米气泡发生器，其特征在于，包括筒体、设置在所述筒体上并与所述筒体周向相切的进液口和设置在筒体端口并与所述筒体连通的至少一个超声波管道，所述超声波管道壁上设置有超声波振子。
2.根据权利要求1所述的微米气泡发生器，其中，所述超声波管道与所述筒体同轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的微米气泡发生器，其中，所述超声波管道的横截面面积与所述筒体的横截面面积之比为0.04-0.64：1，优选为0.16-0.36：1；所述超声波管道的长度与所述筒体的长度之比为0.1-0.9：1，优选为0.2-0.5：1。
4.根据权利要求1或2所述的微米气泡发生器，其中，单个所述超声波管道壁上的所述超声波振子的数目为4-30个，优选为12-20个。
5.根据权利要求4所述的微米气泡发生器，其中，所述超声波振子设置在所述超声波管道的外壁上并在所述超声波管道的外壁上等距均匀分布。
6.根据权利要求1-5所述的微米气泡发生器，其中，所述筒体端口为敞口，所述超声波管道通过支架固定在所述筒体端口，使得从所述进液口进入的液体物料同时从所述筒体端口和所述超声波管道流出。
7.根据权利要求1-5所述的微米气泡发生器，其中，所述筒体端口与所述超声波管道密闭连接，使得从所述进液口进入的液体物料仅从所述超声波管道流出。
8.根据权利要求1或7所述的微米气泡发生器，其中，所述超声波管道为两个，所述超声波管道分别与所述筒体端口同轴密闭连接。
9.根据权利要求1或7所述的微米气泡发生器，其中，所述超声波管道为一个，所述超声波管道与所述筒体其中一个端口同轴密闭连接，所述筒体另一端口设置有进气口。
10.根据权利要求1所述的微米气泡发生器，其中，所述进液口横截面为矩形，所述横截面的长宽比大于等于1.5，所述进液口横截面面积与所述筒体横截面面积之比为0.1-0.3：1。
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