一种气液喘振混合方法技术

本发明专利技术涉及一种气液喘振混合方法。该方法通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，然后由降液管导流到下层塔板上；气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；使振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。因发生共振时浮阀与汽液振动的振幅很高而且振动均匀一致，从而实现气相与液相的充分混合。

A gas-liquid surge mixing method

The invention relates to a gas-liquid surge mixing method. The method uses a floating valve tower as a surge tower mixer to realize the mixing of gas and liquid. A floating valve is installed in the floating valve tower, a floating valve is installed on the tray, and a drop pipe is set up between the tower plates. The method includes the following steps: the liquid phase is fed from the upper part of the valve tower, and then flows in the horizontal direction on the floating valve tray after feeding, and then the drop pipe is made. The gas phase, liquid phase and floating valve above the tray will form a periodic vertical pulsation with a certain vibration frequency. A natural frequency or second natural frequency is the same or similar, resulting in surge phenomenon and the mixture of gas phase and liquid phase. When the resonance occurs, the amplitude of the floating valve and the vapor liquid vibration is very high, and the vibration is uniform, so that the gas phase and liquid phase can be fully mixed.

【技术实现步骤摘要】
一种气液喘振混合方法
本专利技术涉及一种气液喘振混合方法，属于化学加工工业

技术介绍
混合装置及技术简介搅拌作为过程工业的基础单元操作，被广泛用于化工、石油化工、医药、生化、食品、化妆品等工业，在单元操作中搅拌叫做“混合”。混合操作是化工反应过程的重要环节，混合过程就是在流动场中进行动量、热量、质量传递及化学反应的过程等。混合可以分为两类：微观混合和宏观混合。在化学加工工业主要为宏观混合，即湍流涡旋的动力作用引起物质在扩散介质宏观部位的扩散，其量级是宏观尺度的量级。近年来，化工、石化等各领域对混合操作的要求增高，待混合的物料也呈现出复杂性，除了低黏度的牛顿流体，还有一些高黏度、变黏度的非牛顿流体等，有些搅拌操作最终甚至是固体产物。高黏度流体等的混合机制主要是剪切混合和对流混合，而扩散起到的作用较小，所以合理选择和设计混合装置的形式，研究混合效果，对于强化传热、提高混合质量、改善被混合介质的性能至关重要。而混合器的选用是否合理，将直接影响到化学过程的转化率、收率、能耗等。在化工生产过程中，通常用到的混合装置为搅拌器，现有的类型主要有机械搅拌、磁力搅拌、鼓泡式搅拌以及脉冲搅拌等。(一)机械搅拌机械搅拌是最常用的混合装置之一，结构比较简单，技术比较成熟。但是机械搅拌通常是在容器内安装搅拌轴，所以容器与搅拌轴之间需要有密封。化工加工工业中经常出现易燃、易爆、有毒、强腐蚀性物质，同时较多处于高温高压条件，因材料随温度升高以后的热膨胀系数不同，转动部件和壳体之间缝隙会增大，容易出现物料在热工况下的泄漏。因填料密封的结构泄漏问题突出，通常搅拌器的密封结构均为机械密封。但是由于搅拌轴在工作时不可避免地会随搅拌桨叶的旋转而出现周期性的转动，从而造成支撑搅拌轴的滑动轴承磨损，长期运转后造成机械密封磨损而出现泄漏，而且摩擦阻力损失比较大，会造成能耗的增加。同时搅拌轴的直径一般都很大，所传递的扭矩较大，搅拌轴在工作时存在摆动和晃动现象，对装置磨损严重，易出现偏移。同时在搅拌高黏度物料时还会出现弯曲变形甚至折断现象，从而影响搅拌效果。因为高黏度物料存在自动爬升现象，所以还要求桨叶的设计能强迫爬升的物料回到容器中去。机械搅拌也会有残渣问题。例如“应用立式机械搅拌的厌氧反应装置(专利号：201620578852.3)”中使用搅拌轴对厌氧反应进行搅拌，厌氧系统池体深度较大，搅拌轴存在摆动和晃动现象。长期运转后，搅拌装置的动平衡会发生很大改变，位置和重心发生移动，严重的甚至威胁生产安全。(二)磁力搅拌磁力搅拌是一种新型的搅拌技术，在装置外设磁场，装置内放置磁力搅拌子。该技术不需要在容器上安装转动轴，可以避免搅拌轴和壳体的磨损，但是也存在以下技术问题。首先为涡流效应，涡流效应一方面会减弱工作磁场，降低传递扭矩；另一方面产生涡流损耗，并以焦尔热的形式释放能量，消耗轴功率，降低传递效率。同时，由涡流耗散引起的热量释放，将使磁体的工作环境温度升高，磁性下降，使传递的扭矩进一步降低。其次则为轴承问题。磁力搅拌器解决了动密封处的泄漏问题，但是密封在釜内的轴承作为关键部件，在运行过程中轴承与介质直接接触，影响了轴承的寿命，且密封在反应釜内部，损坏后不易监测。当釜内有固体物料时，容易沉积在底部，固体颗粒容易进入到磁力搅拌器的轴承之间，引起轴承表面擦伤，严重时会使轴承破坏失效。磁力搅拌器运行时磁场的存在会干扰周围环境。还有，大容积磁力釜的搅拌效率明显降低。例如“一种智能磁力搅拌器(专利号：201620772989.2)”中利用磁力传动装置来进行搅拌，在搅拌过程中搅拌子与介质直接接触，易出现污染问题；同时当被搅拌物质为固体时，沉积在底部，混合不均匀；磁力搅拌器工作过程中会产生热量，消耗轴功率，降低传递效率。再如“制药业药液试验磁力搅拌装置(专利号：201620746693.3)”使用磁力搅拌装置来达到将药液充分搅拌的目的，使用的搅拌棒由输电线的胶线管以及铁丝段构成，可能与药液发生反应，造成生产出的药液失效；同时该装置体积较小，在大型化以及节能方面还需提高。(三)鼓泡搅拌鼓泡搅拌釜因搅拌器的形式、数量、尺寸、安装位置和转速都可进行选择和调节，故具有较强的适应能力。但是鼓泡搅拌会大量带走物料，需附加庞大的设备来处理废气。同时研究起步较晚，且涉及鼓泡的影响机制，对混合特性、传质规律以及流动性为等认识有限，搅拌的设计、操作优化以及工程放大体系不完善。如“一种鼓泡搅拌釜(专利号：201520736483.1)”鼓泡搅拌釜容器表面布有103个出气孔，利用出气孔出气产生鼓泡，使含有大量动物外壳的搅拌液翻转、搅拌，但是在出气的过程中容易造成物料的流失，同时产生大量的废气，处理困难。“一种2-羟基-3-萘甲酸鼓泡式搅拌反应釜(专利号：201420694461.9)”使用鼓泡式搅拌反应釜来搅拌2-羟基-3-萘甲酸，该装置的结构较为复杂，将鼓泡段设计为L型，易造成物料的沉积，无法长周期正常运行。(四)脉冲搅拌脉冲搅拌效率较高，成本较低，同时比较灵活，但是存在的一个主要局限为连续化问题。脉冲搅拌为间歇工作机制，对于悬浮液和乳浊液来说，在停止搅拌后会出现沉淀和分层，从而影响产品的质量，使得搅拌效率下降，生产成本提高。“液下气体脉冲搅拌装置(专利号：201620188879.1)”气体以脉冲的形式对液体进行扰动，液面下降→浮子掉落→气体喷出→液面上升→浮子堵住开口为循环往复的过程，搅拌为间歇过程，气体脉冲搅拌装置为小流量气流，效率较低，成本较高。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种气液喘振混合方法，该方法通过浮阀塔的塔板上汽、液和浮阀的周期性垂直脉动与浮阀塔的固有频率相同或相近，形成共振来实现气相与液相的充分均匀混合。为达到上述目的，本专利技术提供了一种气液喘振混合方法，是通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，因为塔板末端有堰，所以塔板上会形成一定厚度的液层；气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；使所述振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。在本专利技术的技术方案中，浮阀在塔板的阀孔中上下浮动，当气速较低时浮阀关闭，开孔面积减小，气体集聚在塔板下方，等到压力达到一定值后才突破液层的压降，让浮阀开启，冲击液层，这样才能够形成周期式气液鼓泡脉动，当脉动频率与浮阀塔的固有频率相近或一致时发生共振。由于浮阀塔板的重心可以随浮阀上下浮动而改变，在高重心下浮阀更容易与气液液体发生共振。如果采用筛孔塔板，开孔面积不变，不易产生气体压缩和鼓泡的周期性变化，所以不易产生共振。其他塔板有的不常用，有的开孔面积不改变。在本专利技术的喘振混合方法中，气相从浮阀塔下部进料，在液层阻挡下，气相会在塔板下方集聚。气体为可压缩流体，压力达到一定值才能突破液层，当气速不高而且液层较厚时，气体由塔板下方以间歇性脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液喘振混合方法，其是通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，然后由降液管导流到下层塔板上；气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；使所述振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。

【技术特征摘要】
1.一种气液喘振混合方法，其是通过浮阀塔作为喘振塔混合器来实现气液混合，浮阀塔内安装有多层塔板，塔板上装有浮阀，塔板之间设有降液管，该方法包括以下步骤：液相由浮阀塔上部进料，进料后在浮阀塔板上沿着水平方向流动，然后由降液管导流到下层塔板上；气相由浮阀塔下部进料，由塔板下方以脉冲鼓泡的方式通过塔板开孔上升，带动塔板上的浮阀上下运动，使塔板上方的气相、液相及浮阀形成具有一定振动频率的周期性垂直脉动；使所述振动频率与浮阀塔的第一固有频率或第二固有频率相同或相近，产生喘振现象，实现气相与液相的混合。2.根据权利要求1所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀塔包括多层塔板，且，所述塔板与塔壁连接。3.根据权利要求1或2所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀塔的塔径为1.5m-8m。4.根据权利要求1-3任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述塔板的开孔率为5-14％，优选10％-14％。5.根据权利要求1-4任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述浮阀的阀重为26-58g，优选为45-58g；优选地，所述浮阀采用圆形阀片；优选地，所述阀片为水平阀片或锥形阀片；优选地，所述浮阀包括轻阀和/或重阀；优选地，所述浮阀包括阀腿限位式浮阀或框架限位式浮阀。6.根据权利要求1-5任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述喘振塔混合器中的溢流堰的高度为30-65mm，优选为40-65mm。7.根据权利要求1-6任一项所述的气液喘振混合方法，其中，该方法包括通过调节气体流速、浮阀塔内塔板上方的液层高度、塔板开孔率、阀重、塔板堰高来引发喘振现象的步骤。8.根据权利要求1-7任一项所述的气液喘振混合方法，其中，所述振动频率又称喘振频率；所述喘振频率通过控制气相负荷和液相负荷确定，并且满足公式(1)-公式(6)所表示的关系：其中：

【专利技术属性】
技术研发人员：曹睿，刘艳升，杨亚楠，刘拥军，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11