CN115106040A - 一种微泡射流超重力膜间反应釜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微泡射流超重力膜间反应釜，包括外壳体、陶瓷膜微泡发生器、射流孔射流器、液体反应物进料管和气体反应物进料管，外壳体内设置有搅拌器，搅拌器包括呈中空圆柱结构的转子，转子的圆周外壁上设置有多个通孔；本发明所述反应釜中的液体、微泡气体被射流器加速到9.8m/s以上，气体微泡在膨胀时发生爆炸成极小的高动能碎片，同时在第一导流叶轮、填料层和第二导流叶轮分散、破碎形成极大的、不断更新的表面积，曲折的流道加剧了液体极薄和表面的更新，形成了超薄的气液膜，同时极薄气液膜在经过第二导流叶轮后，在凸凹面上均型成了超薄型气液相膜，使之在膜间形成反应，在气液膜外由于是无传质条件，故无物质参加反应，从而使反应在膜间瞬间完成，加快反应效率。

Description

一种微泡射流超重力膜间反应釜

技术领域

本发明涉及超重力工程技术领域，特别是涉及一种微泡射流超重力膜间反应釜。

背景技术

超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场，涉及的多相流体系主要包括气-固体系和气-液体系、爆炸系、冲击波系。离心力场(超重力场)、爆炸冲击波(超重力场) 被用于相间分离，无论在日常生活还是在工业应用上，都已有相当长的历史。

现有技术中的反应釜中填料床易被反应物堵塞，造成不能长时间运行，增加了检修时间，导致反应釜的生产效率降低，也需要额外的人力物力去维持设备正常运行，造成生产成本提高。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种微泡射流超重力膜间反应釜，解决了现有的反应釜中填料床易被反应物堵塞、反应效率低，造成生产效率降低、生产成本提高和气体反应物外排问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微泡射流超重力膜间反应釜，包括外壳体1、陶瓷膜微泡发生器301、射流孔射流器17、液体反应物进料管2和气体反应物进料管3、驱动装置14，所述外壳体1内设置有搅拌器4，所述搅拌器4包括呈中空圆柱结构的转子5和搅拌轴401，所述搅拌轴401一端穿过外壳体1与转子5的内壁固定连接，另一端与驱动装置连接；

所述转子5的圆周外壁上设置有多个通孔；所述气体反应物进料管3设置于转子内部，气体反应物进料管3内设有陶瓷膜微泡发生器301和射流器17，陶瓷膜微泡发生器301固定在气体反应物进料管3的中轴线上，与外壳体1长度相同，射流器17套在陶瓷膜微泡发生器301外；射流器17上设有多个射流孔，气体反应物进料管3的外壁上间隔均匀设置有多个射流出气孔，每个出气孔的方向为射流器17的射流线方向，微泡气体从出射流气孔流出，由于狭管效应，使得气体的初始速度超过9.8m/s；所述陶瓷膜微泡发生器301和射流器17产生≥9.8m/s的超重力微气泡；所述陶瓷膜微泡发生器301的粒径为20纳米~15微米；气体反应物进料管3为微孔射流结构，气体反应物进料管3陶瓷膜微泡发生器301。

液体反应物进料管2为多根，多根液体反应物进料管2环向间隔均匀设置在气体反应物进料管3周围，每根液体反应物进料管2的底部均为密封结构，每根液体反应物进料管2的外壁上均设置有一个液体出口201，所述液体出口201的方向为液体反应物进料管2的切向方向，出口的长度方向与液体反应物进料管2的长度方向同向。

所述液体出口201的方向为液体反应物进料管2的切向方向，使得液体在从液体反应物进料管2流出时，产生狭管效应，增加液体流出的初始速度，气体从微泡发生器301经射流孔产生微泡气体并发生爆炸反应，使得更容易形成超薄的气液膜，加快液体和气体在膜间形成反应，提高反应效率。

作为本发明的进一步优选，所述转子5的外壁边缘向外侧依次设置有第一导流叶轮6和填料层7，所述第一导向叶轮6包括多个横截面呈“C”字形结构且沿转子5圆周外壁环向间隔均匀布置的第一叶片601；每个第一叶片601的一端均与转子5外壁固定连接，第一叶片的长度方向与转子的长度方向同向；所述填料层7为多孔隙的中空圆柱结构，液体反应物进料管2设置在填料层7的内壁与第一导流叶轮6的外壁之间的间隙处。微泡气体经过第一导流叶轮时，对气体进行再次加速并迅速膨胀爆炸，从而在第一叶片的凸面点上快速流动形成极限气膜。

作为本发明的进一步优选，所述填料层7的圆周外壁上设有第二导流叶轮8，第二导流叶轮8包括多个横截面呈“S”字形结构且沿填料层圆周外壁环形间隔均匀布置的第二叶片801，第二叶片的长度方向与转子的长度方向同向；转子5的轴线、第一导流叶轮6的轴线、填料层7的轴线和第二导流叶轮8的轴线均重合。

进一步地，为了使得外壳体内的温度恒定，确保满足生成物的反应温度条件，所述外壳体1外还设置有冷却装置，冷却装置包括呈螺旋结构的冷却管9和分别设置于外壳体两侧的冷却液进口10和冷却液出口11，所述冷却液进口10和冷却液出口11分别与冷却管9的两端连通。

进一步地，为了实现转子、第一导流叶轮顶部、填料层顶部和第二导流叶轮的同步转动，搅拌器还包括安装板12，所述转子5、第一导流叶轮6顶部、填料层7顶部和第二导流叶轮8顶部均与安装板12的下端面固定连接，安装板12上设置有多个用于供所述气体反应物进料管3和液体反应物进料管3穿过的缺口。

进一步地，为了确保外壳体的密封性能，避免生成物从外壳体内泄漏，所述搅拌轴4与所述外壳体1的连接处设置有动密封轴承13。

进一步地，作为驱动装置的一种优选方式，所述驱动装置14为变频电机，所述变频电机的输出轴上设置有一个主动皮带轮或联轴器；位于外壳体1外部的搅拌轴4端部设置有一个从动皮带轮或联轴器，主动皮带轮通过皮带动从动皮带轮或联轴器转动。

优选的，所述外壳体1底部侧壁上设置有与其内部连通的生成物出料口15，外壳体1顶部设置有密封盖16，生成物出料口的设置方便将外壳体内的生产物取出。

本方案的基本原理为：驱动装置实现搅拌器的离心转动，同时气体反应物通过气体反应物进料管3、陶瓷膜微泡发生器、射流器进入转子内部，液体反应物通过液体反应物进料管2进入填料层7的内壁与第一导流叶轮6的外壁之间的间隙内；在高速离心和微泡气体压力的作用下，微泡气体依次从转子内部流向第一导流叶轮6、填料层7和第二导流叶轮8，在经过第一导流叶轮6和第二导流叶轮8时，加速通过，因为两个导流叶轮中叶片形状的设置，在两个导流叶轮的凸面点上快速流动形成极限气膜、同时微泡气体迅速膨胀爆炸产生高温高能冲击波碎片；同时在高速离心和液体压力的作用下，液体流经填料层7和第二导流叶轮8，与极限微泡气膜接触后进一步形成了超薄的气液膜并发生微泡爆炸反应；在此过程中，液体、气体被第一导流叶轮6、填料层7和第二导流叶轮8分散、气体微泡爆炸破碎形成极大的、不断更新的表面积，曲折的流道加剧了液体极薄和表面的更新，同时产生气泡爆炸反应条件，使之形成了超重力条件下的多重反应。这样在搅拌器4内部就形成了极好的传质与反应条件，由于微泡气体和液体都自动控制了进气量和进液量，使之形成了超薄的气液膜，气泡爆炸也形成超重力环境，同时极薄气液膜在经过第二导流叶轮8后，微泡气体爆炸后在凸凹面上均型成了更超薄型气液相膜，使之在膜间形成反应，在气液膜外由于是无传质条件，故无物质参加反应，从而使反应在膜间瞬间完成。同时由于气液相通过第一导流叶轮6和第二导流叶轮8后可产生传质物体间的速度可在7m/s~12m/s之间可控，同时第一叶片601和第二叶片801凹面形成旋涡状流体，因此细粒生成物被第二叶片801抛出，而粗粒生成物从转子内部旋涡中心往下运动，从而达到不堵塞状态，也使反应生成物粒径可控，同时由于气泡爆炸时可产生极高温度、使反应速度加快。使得整个反应速率加快、反应釜不易被反应物堵塞，避免了不能长时间运行的情况，使反应釜能长期运转，减少了检修时间，同时由于离心超重力和汽泡爆炸超重力下、反应速率加快，从而减少了电耗，提高了成生产效率和降低了生产成本。

本发明的有益效果为：

（1）本发明所述反应釜中的液体、微泡气体被射流器加速到9.8m/s以上，气体微泡在膨胀时发生爆炸成极小的高动能碎片，同时在第一导流叶轮、填料层和第二导流叶轮分散、破碎形成极大的、不断更新的表面积，曲折的流道加剧了液体极薄和表面的更新，形成了超薄的气液膜，同时极薄气液膜在经过第二导流叶轮后，在凸凹面上均型成了超薄型气液相膜，使之在膜间形成反应，在气液膜外由于是无传质条件，故无物质参加反应，从而使反应在膜间瞬间完成，加快反应效率。

（2）本发明所述的驱动装置可以带动搅拌器以不同的速度进行离心转动，同时第一叶片和第二叶片凹面形成旋涡状流体，因此细粒生成物被第二叶片抛出，而粗粒生成物从转子内部旋涡中心往下运动，从而达到不堵塞状态，也使反应生成物粒径可控；从而整个反应釜不易被反应物堵塞，避免了不能长时间运行的情况，使反应釜能长期运转，减少了检修时间，提高了成生产效率和降低了生产成本。

附图说明

图1本发明所述超重力膜间反应釜的结构示意图。

图2为搅拌器的横截面结构示意图。

图3为搅拌器的立体结构示意图。

图中：1-外壳体；2-液体反应物进料管；201-液体出口；3-气体反应物进料管；301-陶瓷膜微泡射流发生器；4-搅拌器；401-搅拌轴；5-转子；6-第一导流叶轮；601-第一叶片；7-填料层；8-第二导流叶轮；801-第二叶片；9-冷却管；10-冷却液进口；11-冷却液出口；12-安装板；13-动密封轴承；14-驱动装置；15-生成物出料口；16-密封盖；17-射流器；18-气体反应物微气泡。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

一种微泡射流超重力膜间反应釜，如图1~图3所示，包括外壳体1、陶瓷膜微泡发生器301、射流孔射流器17、液体反应物进料管2和气体反应物进料管3、驱动装置14，所述外壳体1内设置有搅拌器4，所述搅拌器4包括呈中空圆柱结构的转子5和搅拌轴401，所述搅拌轴401一端穿过外壳体1与转子5的内壁固定连接，另一端与驱动装置连接；

所述转子5的圆周外壁上设置有多个通孔；所述气体反应物进料管3设置于转子内部，气体反应物进料管3内设有陶瓷膜微泡发生器301和射流器17，陶瓷膜微泡发生器301固定在气体反应物进料管3的中轴线上，与外壳体1长度相同，射流器17套在陶瓷膜微泡发生器301外；射流器17上设有多个射流孔，气体反应物进料管3的外壁上间隔均匀设置有多个射流出气孔，每个出气孔的方向为射流器17的射流线方向，微泡气体从出射流气孔流出，由于狭管效应，使得气体的初始速度超过9.8m/s；所述陶瓷膜微泡发生器301和射流器17产生≥9.8m/s的超重力微气泡；所述陶瓷膜微泡发生器301的粒径为20纳米~15微米；气体反应物进料管3为微孔射流结构，气体反应物进料管3陶瓷膜微泡发生器301。

液体反应物进料管2为多根，多根液体反应物进料管2环向间隔均匀设置在气体反应物进料管3周围，每根液体反应物进料管2的底部均为密封结构，每根液体反应物进料管2的外壁上均设置有一个液体出口201，所述液体出口201的方向为液体反应物进料管2的切向方向，出口的长度方向与液体反应物进料管2的长度方向同向。

作为驱动装置的一种具体实施方式，本实施例驱动装置包括变频电机14，变频电机14的输出轴上设置有一个联轴器或(主动皮带轮15；位于外壳体1外部的搅拌轴401端部设置有一个从动皮带轮16，主动皮带轮15通过皮带带动从动皮带轮16转动)。其中，变频电机14的转速在0转/min ~1000转/min的范围可调，进而实现气液相通过第一导流叶轮6和第二导流叶轮8后可产生传质物体间的速度可在7m/s ~12m/s之间可控，也使反应生成物粒径可控。

驱动装置实现搅拌器4的离心转动，同时微泡气体反应物通过气体反应物进料微泡射流器3进入转子5内部，液体反应物通过液体反应物进料管2进入填料层7的内壁与第一导流叶轮6的外壁之间的间隙内；应釜中的液体、微泡气体被第射流器加速到9.8m/s以上，气体微泡在膨胀时发生爆炸成极小的高动能碎片，从而使反应在膜间瞬间完成，加快反应效率。

实施例2

在实施例1的基础上加入了第一导流叶轮6、填料层7和第二导流叶轮8；所述转子5的外壁边缘向外侧依次设置有第一导流叶轮6和填料层7，所述第一导向叶轮6包括多个横截面呈“C”字形结构且沿转子5圆周外壁环向间隔均匀布置的第一叶片601；每个第一叶片601的一端均与转子5外壁固定连接，第一叶片的长度方向与转子的长度方向同向；所述填料层7为多孔隙的中空圆柱结构，液体反应物进料管2设置在填料层7的内壁与第一导流叶轮6的外壁之间的间隙处。微泡气体经过第一导流叶轮时，对气体进行再次加速并迅速膨胀爆炸，从而在第一叶片的凸面点上快速流动形成极限气膜。所述填料层7的圆周外壁上设有第二导流叶轮8，第二导流叶轮8包括多个横截面呈“S”字形结构且沿填料层圆周外壁环形间隔均匀布置的第二叶片801，第二叶片的长度方向与转子的长度方向同向；转子5的轴线、第一导流叶轮6的轴线、填料层7的轴线和第二导流叶轮8的轴线均重合。

本实施例所述应釜中的液体、微泡气体被第一导流叶轮6、填料层7和第二导流叶轮8分散、破碎形成极大的、不断更新的表面积，曲折的流道加剧了液体极薄和表面的更新，形成了超薄的气液膜，在此时由于二氧化碳经陶瓷膜微孔发泡器后形成20纳米~15微米的超小气泡，气泡经过射流器射流孔后，产生了超重力条件下的纳米、微米气泡，此极小气泡在气液膜间迅速膨胀爆炸产生高温高压冲击波，形成爆炸后的高动能极薄气液相膜反应，同时没爆炸的气泡在经过第二导流叶轮后，在凸凹面上均型成了极小微气泡迅速膨胀爆炸后的超薄气液相膜，使之又形成二次膜间反应，从而达到超重力条件下瞬间反应的效果。

实施例3

其它结构与实施2相同，为了使得外壳体1内的温度恒定，确保满足生成物的反应温度条件，外壳体1内或外还设置有冷却装置，冷却装置包括呈螺旋结构的冷却管9和分别设置于外壳体1两侧的冷却液进口10和冷却液出口11，冷却液进口10和冷却液出口11分别与冷却管9的两端连通；搅拌器4设置在冷却管9内。

外壳体1底部侧壁上设置有与其内部连通的生成物出料口17，外壳体1顶部设置有密封盖18，生成物出料口17的设置方便将外壳体1内的生产物取出。

Claims (8)

1.一种微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：包括外壳体（1）、陶瓷膜微泡发生器（301）、射流孔射流器（17）、液体反应物进料管（2）和气体反应物进料管（3）、驱动装置（14），所述外壳体（1）内设置有搅拌器（4），所述搅拌器（4）包括呈中空圆柱结构的转子（5）和搅拌轴（401），所述搅拌轴（401）一端穿过外壳体（1）与转子（5）的内壁固定连接，另一端与驱动装置连接；

所述转子（5）的圆周外壁上设置有多个通孔；所述气体反应物进料管（3）设置于转子内部，气体反应物进料管（3）内设有陶瓷膜微泡发生器（301）和射流器（17），陶瓷膜微泡发生器（301）固定在气体反应物进料管（3）的中轴线上，与外壳体（1）长度相同，射流器（17）套在陶瓷膜微泡发生器（301）外；射流器（17）上设有多个射流孔，气体反应物进料管（3）的外壁上间隔均匀设置有多个射流出气孔，每个出气孔的方向为射流器（17）的射流线方向；所述陶瓷膜微泡发生器（301）和射流器（17）产生≥9.8m/s的超重力微气泡；所述陶瓷膜微泡发生器（301）的粒径为20纳米~15微米；

液体反应物进料管（2）为多根，多根液体反应物进料管（2）环向间隔均匀设置在气体反应物进料管（3）周围，每根液体反应物进料管（2）的底部均为密封结构，每根液体反应物进料管（2）的外壁上均设置有一个液体出口（201），所述液体出口（201）的方向为液体反应物进料管（2）的切向方向，出口的长度方向与液体反应物进料管（2）的长度方向同向。

2.根据权利要求1所述微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述转子（5）的外壁边缘向外侧依次设置有第一导流叶轮（6）和填料层（7），所述第一导向叶轮（6）包括多个横截面呈“C”字形结构且沿转子（5）圆周外壁环向间隔均匀布置的第一叶片（601）；每个第一叶片（601）的一端均与转子（5）外壁固定连接，第一叶片的长度方向与转子的长度方向同向；所述填料层（7）为多孔隙的中空圆柱结构，液体反应物进料管（2）设置在填料层（7）的内壁与第一导流叶轮（6）的外壁之间的间隙处。

3.根据权利要求2所述微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述填料层（7）的圆周外壁上设有第二导流叶轮（8），第二导流叶轮（8）包括多个横截面呈“S”字形结构且沿填料层圆周外壁环形间隔均匀布置的第二叶片（801），第二叶片的长度方向与转子的长度方向同向；转子（5）的轴线、第一导流叶轮（6）的轴线、填料层（7）的轴线和第二导流叶轮（8）的轴线均重合。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述外壳体（1）外还设置有冷却装置，冷却装置包括呈螺旋结构的冷却管（9）和分别设置于外壳体两侧的冷却液进口（10）和冷却液出口（11），所述冷却液进口（10）和冷却液出口（11）分别与冷却管（9）的两端连通。

5.根据权利要求4所述的微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述转子（5）、第一导流叶轮（6）顶部、填料层（7）顶部和第二导流叶轮（8）顶部均与安装板（12）的下端面固定连接，安装板（12）上设置有多个用于供所述气体反应物进料管（3）和液体反应物进料管（3）穿过的缺口。

6.根据权利要求4所述的微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述搅拌轴（4）与所述外壳体（1）的连接处设置有动密封轴承（13）。

7.根据权利要求4所述的微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述驱动装置（14）为变频电机，所述变频电机的输出轴上设置有一个主动皮带轮或联轴器；位于外壳体（1）外部的搅拌轴（4）端部设置有一个从动皮带轮或联轴器，主动皮带轮通过皮带动从动皮带轮或联轴器转动。

8.根据权利要求4所述的微泡射流超重力膜间反应釜，其特征在于：所述外壳体（1）底部侧壁上设置有与其内部连通的生成物出料口（15），外壳体（1）顶部设置有密封盖（16）。

Images