具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用技术方案

本发明专利技术提供一种具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用，所述具有分形结构的气液管式反应器包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。本发明专利技术的具有分形结构的气液管式反应器通过将气液反应管路设置为呈hilbert分形曲线状分布，可以通过利用多次弯折来增强湍动，从而有效地混合气液两相，加强传质；同时，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布，可以保证所述气液反应管路在相同的长度尺寸下，缩小具有分形结构的气液管式反应器的体积，可以实现最大化的对空间的利用。

【技术实现步骤摘要】
具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用
本专利技术属于化学工程催化领域，特别是涉及一种具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用。
技术介绍
CO2是造成温室效应以及全球气候变暖的最主要原因，在京都议定书框架下各国都在积极开展低碳绿色的发展路线研究。根据丁铎尔中心“全球碳计划”年度研究成果和最新研究数据，我国已经超过美国成为世界上碳排放量最大的国家。所以积极地开展CO2减排与CO2转化利用的研究是很有必要的。目前，对CO2减排的处理方式有CCS(CO2捕获封存)和CCUS(CO2捕获封存及利用)等等，对于后者(CCUS)，不仅可减少CO2排放，而且能创造产值。由于CO2自身的热力学稳定性，其参与的反应，尤其是价态改变(这里多指碳被还原)的反应，并不容易进行，需要较为苛刻的条件。现在用于常温常压下的CO2催化还原的催化剂较少，目前已知的有铜/N杂环卡宾(NHC)复合物、基于钴的催化剂体系等等，所生成的产物大多是甲酸，而由于反应条件的限制所以产率和选择性不高。目前，对催化体系进行创新和改性来提高CO2的催化还原的反应的产率和选择性的研究较多。但是现有的管式反应器不能很好地进行气液混合，影响了气液之间的传质传热效果，降低反应效率。目前，分形在新型反应器中的应用仍停留于简单的分叉结构，对分形图形的应用很少，因此，在对分形图形的应用研究是值得尝试的。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用，用于解决现有技术中的管式反应器采用分叉结构而存在的气液混合不充分，从而影响了气液之间的传热效果，降低反应效率的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有分形结构的气液管式反应器，所述具有分形结构的气液管式反应器包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述气液反应管路呈N阶hilbert分形曲线状分布，其中，N为大于或等于2的整数。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述气液反应管路的一端为进液口，另一端为排出口；所述具有分形结构的气液管式反应器还包括进气管，所述进气管与所述气液反应管路的内部相连通。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述进气管位于靠近所述气液反应管路进液口的一侧。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述进气管的长度方向与所述气液反应管路所在的平面相垂直。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述进气管的长度方向位于所述气液反应管路所在的平面内。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述具有分形结构的气液管式反应器为3D打印光敏树脂材料管式反应器。本专利技术还提供一种如上述任一方案中所述的具有分形结构的气液管式反应器的应用，所述具有分形结构的气液管式反应器适用于CO2催化还原反应、气液催化反应或CO2均相催化反应。作为本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器的应用的一种优选方案，所述具有分形结构的气液管式反应器适用于CO2均相催化制备甲酸的反应。本专利技术还提供一种气液反应系统，所述气液反应系统包括：如上述任一方案中所述的具有分形结构的气液管式反应器、供气系统、流量计、供液系统、恒温控制系统及动力系统；所述具有分形结构的气液管式反应器与所述供气系统及所述供液系统相连通；所述流量计位于所述供气系统的供气管路上，适于控制气体的流量；所述恒温控制系统包括供水装置及与所述供水装置相连通的石英水槽，所述具有分形结构的气液管式反应器位于所述石英水槽内；所述动力系统与所述供液系统及所述恒温控制系统相连接，适于驱动反应液及恒温水的流动。作为本专利技术的气液反应系统的一种优选方案，所述气液反应系统还包括尾气分析系统，所述尾气分析系统与所述具有分形结构的气液管式反应器相连接。作为本专利技术的气液反应系统的一种优选方案，所述具有分形结构的气液管式反应器的数量为两个或多个，两个或多个所述具有分形结构的气液管式反应器依次串联。如上所述，本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用，具有以下有益效果：本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器通过将气液反应管路设置为呈hilbert分形曲线状分布，可以通过利用多次弯折来增强湍动，从而有效地混合气液两相，加强传质；同时，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布，可以保证所述气液反应管路在相同的长度尺寸下，缩小具有分形结构的气液管式反应器的体积，可以实现最大化的对空间的利用；采用3D打印技术打印所述具有分形结构的气液管式反应器，可以精确、快速经济的制造出相对复杂的气液管式反应器；本专利技术的具有分形结构的气液管式反应器可以与微流控技术相结合，可以有效快速地控制原料液的流量，从而控制反应物的停留时间，从而提高反应的产率和选择性。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的气液反应管路呈2阶hilbert分形曲线状分布的具有分形结构的气液管式反应器的立体结构示意图。图2显示为本专利技术实施例一中提供的气液反应管路呈3阶hilbert分形曲线状分布的具有分形结构的气液管式反应器的立体结构示意图。图3显示为本专利技术实施例一中提供的气液反应管路呈4阶hilbert分形曲线状分布的具有分形结构的气液管式反应器的立体结构示意图。元件标号说明1具有分形结构的气液管式反应器11气液反应管路111进液口112排出口12进气管具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图3，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1至图3，本专利技术提供一种具有分形结构的气液管式反应器1，所述具有分形结构的气液管式反应器1包括气液反应管路11，所述气液反应管路11呈hilbert(希尔伯特)分形曲线状分布。作为示例，所述气液反应管路11呈N阶hilbert分形曲线状分布，其中，N为大于或等于2的整数。其中，图1为N＝2的示意图，即所述气液反应管路11呈2阶hilbert分形曲线状分布的立体结构示意图；图2为N＝3的示意图，即所述气液反应管路11呈3阶hilbert分形曲线状分布的立体结构示意图；图3为N＝4的示意图，即所述气液反应管路11呈4阶hilbert分形曲线状分布的立体结构示意图。根据hilbert分形曲线自身的特点及图1至图3可知，呈hilbert分形曲线状分布的所述气液反应管路11具有很多弯折，且随着阶数的增加，弯折的次数急剧增多，利用多次弯折可以增强湍动，从而有效地混合气液两相，加强传质；同时，根据hilbert分形曲线自身的特点可知，所述气液反应管路11呈hilbert分形曲线状分布，可以保证所述气液反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于，所述具有分形结构的气液管式反应器包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。

【技术特征摘要】
1.一种具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于，所述具有分形结构的气液管式反应器包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。2.根据权利要求1所述的具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于：所述气液反应管路呈N阶hilbert分形曲线状分布，其中，N为大于或等于2的整数。3.根据权利要求1或2所述的具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于：所述气液反应管路的一端为进液口，另一端为排出口；所述具有分形结构的气液管式反应器还包括进气管，所述进气管与所述气液反应管路的内部相连通。4.根据权利要求3所述的具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于：所述进气管位于靠近所述气液反应管路进液口的一侧。5.根据权利要求3所述的具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于：所述进气管的长度方向与所述气液反应管路所在的平面相垂直。6.根据权利要求3所述的具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于：所述进气管的长度方向位于所述气液反应管路所在的平面内。7.根据权利要求3所述的具有分形结构的气液管式反应器，其特征在于：所述具有分形结构的气液管式反应器为3D打印光敏树脂材料管式反应器。8.一种如权利要求1至7中任一项所述的具有分形结构的气液...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢悦，孙予罕，吕敏，唐志永，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31