本发明专利技术公开了一种气泡发生装置、气液鼓泡反应装置及反应方法，该气泡发生装置为筒体结构，筒体包括：液体旋流段，其接收液体原料并使该液体原料螺旋加速运动；卷吸混合段，加速后的液体原料在该卷吸混合段与卷吸进入的气体原料进行混合；气体原料经初步挤压破碎形成的初始气泡在螺旋加速的液体原料形成的旋流剪切作用下，形成微小气泡；混合破碎段，其将微小气泡进行层层破碎并将混合破碎后的气泡引导至气泡释放区。本发明专利技术的气泡发生装置、气液鼓泡反应装置及反应方法，对现有的微气泡发生装置进行了优化设计，可有效提高微气泡发生效果。果。果。
【技术实现步骤摘要】
气泡发生装置、气液鼓泡反应装置及方法
[0001]本专利技术涉及化工及相关领域的微小气泡发生装置，特别涉及一种气泡发生装置、气液鼓泡反应装置及方法。
技术介绍
[0002]鼓泡床反应器凭借其相际接触面大、传递效率高、结构简单和操作稳定等优势而成为气液两相进行质量、动量和能量传递及化学反应的重要设备，在化工及相关领域具有广泛的用途。气液鼓泡反应装置中的气泡形态主导了气液传质和反应性能，常规的气液鼓泡床的气泡普遍较大，气含率不高、溶解速度与传质效率较低。
[0003]因此开发微小气泡以强化气液鼓泡装置内的气液传质势在必行。微小气泡具有比表面积大、气含率高、上升速度慢和溶解速度快等特点，是强化传质的重要手段，被广泛应用于石油化工领域的气液两相之间质量传递过程、废水处理、酿酒和好氧生物养殖等领域。目前微气泡的发生主要靠微气泡发生器来实现，发生方式主要包括剪切接触式，如文丘里型微气泡发生器；溶气释放式，如压力溶解型微气泡发生器；微孔散气式，如微孔塑料、橡胶和陶瓷管等；超声成泡式和电解析出式五大类。
[0004]中国专利申请CN 109966939A公开了一种文丘里型微气泡发生器及气液发生器，微气泡发生器由旋流装置、进气孔和文丘里管组成，文丘里管从下至上依次至少包括渐缩段、喉管段和渐扩段，该现有技术的方案具有结构紧凑、能耗低、微气泡发生效果好、维护方便等优点。在气液反应器中使用这种微气泡发生器后，气液传质效率可以得到有效提升。
[0005]中国专利申请CN110237733A公开了一种微气泡发生装置，包括进水部分、出水部分；进水部分呈筒状，一端为与供水管道连接的接口，另一端在接口的径向范围内沿圆周方向设有一组轴向内径递减的第一液体通道，在第一液体通道径向外侧设有一组通孔；出水部分呈筒状，前端与进水部分表面对接，后端为出水口，前端在出水口的径向范围内沿圆周方向设有一组与第一液体通道一一对应的第二液体通道，第二液体通道的内径大于第一液体通道末端的内径；出水口内设置至少一层筛网；进水部分与出水部分表面对接时利用表面粗糙度产生的间隙，形成进气通道。该方案结构简单，拆装方便，稳定性高，价格低廉。
[0006]上述现有技术中的气泡发生装置存在气泡尺寸离散、能耗高等缺点。因此，亟需对微气泡发生装置进行优化设计，提高微气泡发生效果，使其更具备工业实用性。邻甲基苯甲酸是一种重要的有机合成中间体和化工原料，被广泛地用于农药、香料、染料、氯丁烯引发剂及其他精细化学品中。邻甲基苯甲酸的生产大部分采用环烷酸钴为催化剂的液相空气氧化方法，由于环烷酸钴的活性较低，现有技术的气液鼓泡装置的传质效率低、氧化速度慢、氧化时间较长，而反应停留时间过长，导致氧化副产物累积较多，原料单耗高，制约了该生产技术的发展。亟需增加气液接触面积、强化传递过程、提高反应速率并控制反应深度，提高邻甲基苯甲酸产品收率与经济效益。
[0007]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于提供一种气泡发生装置、气液鼓泡反应装置及方法，对现有的微气泡发生装置进行了优化设计，有效提高微气泡发生效果。
[0009]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种气泡发生装置，该装置为筒体结构，筒体包括：液体旋流段，其接收液体原料并使该液体原料螺旋加速运动；卷吸混合段，加速后的液体原料在该卷吸混合段与卷吸进入的气体原料进行混合；气体原料经初步挤压破碎形成的初始气泡在螺旋加速的液体原料形成的旋流剪切作用下，形成微小气泡；混合破碎段，其将微小气泡进行层层破碎并将混合破碎后的气泡引导至气泡释放区。
[0010]进一步，上述技术方案中，液体旋流段内设螺旋导流轨道，液体原料通过该螺旋导流轨道进行螺旋加速运动形成湍流。
[0011]进一步，上述技术方案中，液体旋流段进一步包括：旋流圆筒段，其与液体原料进口连通；旋流锥筒段，其直径较小一端与卷吸混合段连通。
[0012]进一步，上述技术方案中，螺旋导流轨道可以设置为渐开螺旋面，螺旋角可以为0～30
°
。
[0013]进一步，上述技术方案中，卷吸混合段的壁面处可设有对气体原料进行初步挤压破碎的微孔介质，该微孔介质的平均孔径小于500μm。微孔介质可以为多孔膜或多孔板。
[0014]进一步，上述技术方案中，混合破碎段中的破碎单元为波纹单元、螺旋单元、心形单元、半球形单元、方形混合单元和斜格栅单元中的至少一种。
[0015]进一步，上述技术方案中，波纹单元可以为波纹板或蜂窝斜板组装而成；螺旋单元可以为相反方向扭转的螺旋片组合而成，相邻螺旋单元互相垂直；心形单元可以为呈心形的扭转片串联组合而成；半球形单元可以为半球形的扭转片串联组合而成；方形混合单元可以为长方形片材相互交叉串联而成的混合元件；斜格栅单元可以由多组交叉的横条构成。
[0016]进一步，上述技术方案中，混合破碎段可包括：破碎锥筒段，其直径较小一端与卷吸混合段连通；破碎圆筒段，其设于破碎锥筒段下游并与气泡释放区连通。破碎锥筒段的锥角可以设置为10～60
°
。
[0017]进一步，上述技术方案中，气泡释放区可设有锥面，锥面对进入的气泡反推形成外旋流，并将气泡逐级扩散至位于锥面根部的释放区出口。气泡释放区锥面的锥角可以为90～180
°
。
[0018]进一步，上述技术方案中，卷吸混合段与旋流圆筒段横截面面积之比可以设置为0.05～0.4。
[0019]进一步，上述技术方案中，卷吸混合段与破碎圆筒段横截面面积之比可以设置为0.05～0.3。
[0020]为实现上述目的，根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种气液鼓泡反应装置，包括前述的气泡发生装置，多个气泡发生装置设置在鼓泡床反应器的气室内。
[0021]为实现上述目的，根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种气液鼓泡反应方法，包括如下步骤：来自气液鼓泡反应装置进料口的液体原料进入气泡发生装置的液体旋流段进行螺旋加速运动；来自气液鼓泡反应装置气室的气体原料进入气泡发生装置的卷吸混合段，加速后的液体原料在该卷吸混合段与卷吸进入的气体原料进行混合；气体原料经初步
挤压破碎形成的初始气泡在螺旋加速的液体原料形成的旋流剪切作用下，形成微小气泡；微小气泡进入气泡发生装置的混合破碎段进行层层破碎后进入气泡释放区；在气泡释放区最终形成的微气泡进入鼓泡床反应器的反应区内进行反应。
[0022]进一步，上述技术方案中，气泡释放区内设置的锥面对进入的气泡反推形成外旋流，并将气泡逐级扩散至位于锥面根部的释放区出口形成最终的所述微气泡。
[0023]进一步，上述技术方案中，气泡发生装置的气体原料进口内的气体流速大于0.02m/s；气泡发生装置的液体原料进口内的液体流速大于0.1m/s；气泡发生装置的混合破碎段的雷诺数Re不小于5000。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气泡发生装置，其特征在于，该装置为筒体结构，所述筒体包括：液体旋流段，其接收液体原料并使该液体原料螺旋加速运动；卷吸混合段，加速后的所述液体原料在该卷吸混合段与卷吸进入的气体原料进行混合；所述气体原料经初步挤压破碎形成的初始气泡在螺旋加速的液体原料形成的旋流剪切作用下，形成微小气泡；混合破碎段，其将所述微小气泡进行层层破碎并将混合破碎后的气泡引导至气泡释放区。2.根据权利要求1所述的气泡发生装置，其特征在于，所述液体旋流段内设螺旋导流轨道，所述液体原料通过该螺旋导流轨道进行螺旋加速运动形成湍流。3.根据权利要求2所述的气泡发生装置，其特征在于，所述液体旋流段进一步包括：旋流圆筒段，其与所述液体原料进口连通；旋流锥筒段，其直径较小一端与所述卷吸混合段连通。4.根据权利要求2所述的气泡发生装置，其特征在于，所述螺旋导流轨道为渐开螺旋面，螺旋角为0～30
°
。5.根据权利要求1所述的气泡发生装置，其特征在于，所述卷吸混合段的壁面处设有对所述气体原料进行初步挤压破碎的微孔介质，该微孔介质的平均孔径小于500μm。6.根据权利要求5所述的气泡发生装置，其特征在于，所述微孔介质为多孔膜或多孔板。7.根据权利要求1所述的气泡发生装置，其特征在于，所述混合破碎段中的破碎单元为波纹单元、螺旋单元、心形单元、半球形单元、方形混合单元和斜格栅单元中的至少一种。8.根据权利要求7所述的气泡发生装置，其特征在于，所述波纹单元为波纹板或蜂窝斜板组装而成；所述螺旋单元为相反方向扭转的螺旋片组合而成，相邻所述螺旋单元互相垂直；所述心形单元为呈心形的扭转片串联组合而成；所述半球形单元为半球形的扭转片串联组合而成；所述方形混合单元为长方形片材相互交叉串联而成的混合元件；所述斜格栅单元由多组交叉的横条构成。9.根据权利要求7所述的气泡发生装置，其特征在于，所述混合破碎段包括：破碎锥筒段，其直径较小一端与所述卷吸混合段连通；破碎圆筒段，其设于所述破碎锥筒段下游并与所述气泡释放区连通。10....
【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊，钟思青，金渭龙，李勇征，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。