CN113477205A - 一种气液自动混合系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气液自动混合系统，包括混合罐，所述混合罐侧壁还设置有检测口，所述检测口连接有智能控制系统；所述混合罐内部设置有微界面发生器，所述微界面发生器连接有压缩空气口用以破碎分散气相物料。该反应系统基于微界面反应技术，通过微界面将气相物料破碎成微米级气泡，并分散到溶液中形成微界面体系，进而可以降低反应温度、压力和催化剂使用量，提高反应效率；通过智能控制系统控制反应进程。
Description
技术领域
本发明涉及化学制备工业中的混合，具体而言涉及一种气液自动混合系统及其方法。
背景技术
混合系统是一种应用非常广泛的机械设备，其在化学制备、制药、树脂、食品及建筑等行业皆有广泛应用。混合系统主要功能在于将不同原料混合均匀，以利于发生化学反应时效率更高或者获得更好的物理性能。
目前，搅动叶片式混合系统是一种比较常见的混合系统，如加氢反应中，氢气被搅动叶片剪切破碎成细小气泡，一定程度上增大了气液传质面积，一个或多个搅拌叶片不断地旋转，将反应器中的物料搅拌，使得混合物之间混合均匀。
但是现有气液混合系统中，气体难以被完全破碎分散，气相物料与液相物料之间的相界传质面积较小，气体的利用率低，导致反应需要大量气体、较高的反应温度和较大的反应压力，并且现有技术中不能实时观测出混合罐中的温度、压力等参数，不能实时调整混合罐中的参数，会对反应造成影响，严重时可能会产生危险。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种气液自动混合系统及其方法，该反应系统基于微界面反应技术，通过微界面将气相物料破碎成微米级气泡，并分散到溶液中形成微界面体系，进而可以降低反应温度、压力和催化剂使用量，提高反应效率；通过智能控制系统控制反应进程。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述反应系统的方法，该方法可以降低反应温度和压力，操作简单。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种液自动混合系统，包括混合罐，所述混合罐侧壁还设置有检测口，所述检测口连接有智能控制系统；
所述混合罐内部设置有微界面发生器，所述微界面发生器连接有压缩空气口用以破碎分散气相物料。
现有技术中，气体难以被完全破碎分散，气相物料与液相物料之间的相界传质面积较小，气体的利用率低，导致反应需要大量气体、较高的反应温度和较大的反应压力，并且现有技术中不能实时观测出混合罐中的温度、压力等参数，不能实时调整混合罐中的参数，会对反应造成影响，严重时可能会产生危险。
本发明为了解决上述技术问题，在反应罐内设置了微界面发生器，微界面将气相物料和惰性气体破碎成微米级气泡，并分散到溶液中形成微界面体系，进而可以降低反应温度、压力；微界面发生器设置在搅拌扇叶的正下方，因为气体的密度小，微界面发生器出来的微气泡从下往上升，微气泡被搅拌扇叶搅拌后进一步破碎分散，增大了相界传质面积；本发明还通过设置智能控制系统，智能控制系统连接检测口用以测得反应罐内温度、压力和含氧浓度来检测反应罐内的反应程度。
本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。
另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。
此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。
由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本发明中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本发明的微界面发生器属于现有技术。
优选的，所述微界面发生器设置在所述混合罐的底部。
优选的，所述混合罐的内部设置有搅拌扇叶，所述搅拌扇叶通过搅拌轴与电机相连。
优选的，所述混合罐的外侧设置有循环水箱，所述循环水箱通过循环泵将所述混合罐的外壁中的水循环。
优选的，所述智能控制系统连接有所述电机和所述循环水箱用以控制所述电机转动和所述循环水箱的循环水流通。
优选的，所述压缩空气口和所述混合罐之间设置有空气过滤器。
优选的，所述混合罐的底部设置有阀底隔膜阀，所述阀底隔膜阀连接有蒸汽进气口用以隔断蒸汽，控制蒸汽的进入量。
优选的，所述检测口分为温度检测、pH检测和含氧浓度检测，所述智能控制系统分别设置有温度检测模块、pH检测模块和含氧浓度检测模块对这三项数据进行检测分析。
另外，本发明还提供了一种应用上述气液自动混合系统的方法，包括如下步骤：
自动控制液相物料与微界面分散破碎的气相物料混合；
自动控制循环水在所述混合罐的外壁循环；
排出废气，收集混合物。
具体来说，所述物料进料、循环水循环时由智能控制系统控制，控制物料进料量和循环水量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)通过在反应罐内设置了微界面发生器，微界面将气相物料和惰性气体破碎成微米级气泡，并分散到溶液中形成微界面体系，进而可以降低反应温度、压力。
(2)通过设置智能控制系统，智能控制系统连接检测口用以测得反应罐内温度、压力和含氧浓度来检测反应罐内的反应程度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的气液自动混合系统的结构示意图；
其中：
10-压缩空气口； 11-冷水口；
12-自来水口； 13-蒸汽进气口；
20-空气过滤器； 30-循环水箱；
301-循环泵； 40-混合罐；
401-带镜视灯； 402-搅拌扇叶；
403-微界面发生器； 404-罐底隔膜阀；
405-电机； 50-进料口；
60-出料口； 70-排污口；
80-检测口； 90-智能控制系统。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例
参阅图1所示，为本发明实施例提供的气液自动混合系统的结构示意图，包括混合罐40、混合罐40侧壁上设置有检测口80，检测口80连接有智能控制系统90用以检测混合罐40内温度、pH值和含氧浓度。智能控制系统90根据检测到的温度、pH值和含氧浓度连计算混合罐40内的混合情况并适当通过控制进料口50进行补料，通过控制循环水箱30和循环泵301进行降温处理。
进料口50设置在混合罐40的顶端，物料从顶部往下倾倒。进料口50的旁边设置有电机405，电机405带动搅拌轴旋转，搅拌轴的一端设置有搅拌扇叶402。当开启电机405时，搅拌扇叶402旋转使得物料充分混合。
在混合罐40的顶端，与进料口50相对应的位置还设置有排污口70，排污口70将未反应完全的气体排出混合罐40，保证混合罐40内的压力正常。
在混合罐40的侧壁，检测口80的上方还设置有带镜视灯401，从带镜视灯401出可以用肉眼观测混合罐40内的混合情况，也便于工作人员进行下一步的操作。
混合罐40的内部设置有微界面发生器403，微界面发生器403设置在混合罐40内的底部，微界面发生器403分别通过管道连接有蒸汽进气口13和压缩空气口10。其中压缩空气口10的空气经过空气过滤器20之后穿过混合罐40的侧壁进入到微界面发生器403里，微界面发生器403将空气破碎分散为微气泡，增大相界传质面积，降低混合时的温度和压力。另外一条的蒸汽进气口13里蒸汽通过罐底隔膜阀404进入到微界面发生器403里，这里的蒸汽主要作用是调节混合罐40内的温度。
智能控制系统90通过控制循环水箱30和循环泵301也可以进行降温处理。混合罐40上没有检测口80的另一侧侧壁上设置有夹套，夹套包括上下两个夹套口和外壁中间的空隙。循环水箱30将自来水和冷水从自来水口12和冷水口11抽出后储存在循环水箱30里，智能控制系统90会根据所需水温来自行调节需要冷水或自来水的量。需要降温时，循环水箱30里的水通过循环泵301从夹套的上口流入，充满整个外壁的空隙后又从夹套的下口流出，水流与混合罐40进行换热，带走了部分热量，对混合罐40进行了降温。
本发明中的智能控制系统90分别设置有温度检测模块、pH检测模块和含氧浓度检测模块对这三项数据进行检测分析。并且可以调节电机405的转速、进料口50的进料量以及通过控制循环水箱30来控制混合罐40内的温度、压力，同时保证了混合罐40内的混合更均匀。混合后的物料从混合罐40最底部的出料口60排出用以收集或进行下一步操作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种气液自动混合系统，其特征在于，包括混合罐，所述混合罐侧壁还设置有检测口，所述检测口连接有智能控制系统；
所述混合罐内部设置有微界面发生器，所述微界面发生器连接有压缩空气口用以破碎分散气相物料。
2.根据权利要求1所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述微界面发生器设置在所述混合罐的底部。
3.根据权利要求1所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述混合罐的内部设置有搅拌扇叶，所述搅拌扇叶通过搅拌轴与电机相连。
4.根据权利要求1所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述混合罐的外侧设置有循环水箱，所述循环水箱通过循环泵将所述混合罐的外壁中的水循环。
5.根据权利要求3-4任一项所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述智能控制系统连接有所述电机和所述循环水箱用以控制所述电机转动和所述循环水箱的循环水流通。
6.根据权利要求1所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述压缩空气口和所述混合罐之间设置有空气过滤器。
7.根据权利要求1所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述混合罐的底部设置有阀底隔膜阀，所述阀底隔膜阀连接有蒸汽进气口用以隔断蒸汽，控制蒸汽的进入量。
8.根据权利要求1所述的气液自动混合系统，其特征在于，所述检测口分为温度检测、pH检测和含氧浓度检测，所述智能控制系统分别设置有温度检测模块、pH检测模块和含氧浓度检测模块对这三项数据进行检测分析。
9.根据权利要求1-8任一项所述气液自动混合系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
自动控制液相物料与微界面分散破碎的气相物料混合；
自动控制循环水在所述混合罐的外壁循环；
排出废气，收集混合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述物料进料、循环水循环时由智能控制系统控制，控制物料进料量和循环水量。
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