一种气-液-液撞击流超重力装置、系统及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种气

【技术实现步骤摘要】
一种气
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液
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液撞击流超重力装置、系统及控制方法


[0001]本专利技术属于超重力化工过程强化的
，具体公开了一种气
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液
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液撞击流超重力装置、系统及控制方法。

技术介绍

[0002]超重力技术是化工过程强化技术之一，为流体提供了超重力场，形成了微纳级尺度的流体微元，实现快速接触及传质。依托于旋转填料床(旋转填充床)装置，将液体在巨大的剪切力作用下被拉伸或撕裂形成细小的液丝、液滴、液膜，在高速旋转条件下，可将液相流体雾化，大大增加了液体的比表面积，从而强化液体的传质过程，被广泛应用于反应和萃取、吸收、吸附、精馏等多相分离、蒸发结晶、加热等化工单元操作过程。
[0003]超重力装备可分为用于气
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液两相传质的多种旋转填料床、用于液
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液混合传质和液
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液
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固催化反应过程的撞击流旋转填料床，以及各种流动形态的超重力设备，如螺旋式、折流式、镶嵌式旋转填料床。根据气液接触方式分为错流、逆流、并流，按填料层的数量可分为单级、两级、多级，按填料层旋转方向可分为卧式、立式。
[0004]中北大学刘有智教授提出的撞击流旋转填料床是将撞击流技术与旋转填料床相耦合，利用两股高速射流相向撞击，经撞击混合后形成的撞击雾面沿径向进入旋转填料床内侧，混合较弱的撞击雾面边缘在旋转填料床中得到进一步混合。
[0005]现有超重力装置可以实现气
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液、液<br/>‑
液、气
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液
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固、液
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液
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固的接触混合，例如中国专利CN104226202A公布的撞击流结构以及撞击流旋转填料床、CN104226203B公布的三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流—旋转填料床装置、CN110026145B公布的一种超重力反应装置及其应用、CN108079752A公布的一种多级错流
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逆流旋转填料床用液体分布器及其应用、CN104474996B公布的一种多级错流旋转填料床传质与反应设备、CN103463829B公布的一种气流逆向剪切旋转填料床传质与反应设备、CN113769684A公布的用于液
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液非均相反应及产物两相分离过程高效耦合强化的超重力装置、CN106268285B公布的一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置及方法、CN114849595A公布的一种超重力多相催化反应器装置及应用、CN107754495B公布的一种烟气净化的系统装置及其应用。
[0006]气
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液
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液三相的反应非常多，如羧化反应、聚合反应及其他生化反应和精细化学产品合成反应等。近年来气
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液
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液三相反应体系的应用及研究越来越多，研究者对气
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液
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液三相反应体系的研究主要致力于加入第二液相以大大提高气体在连续相中的传质速率。研究者发现第二相的加入能使气液传质的吸收速率增加1
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4倍。《气
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液
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液三相催化氧化合成2，3，5
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三甲基苯醌的反应网络及动力学研究》硕士学位论文报道了采用了多颈烧瓶为反应器装置进行三相催化氧化反应。气
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液
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液三相反应萃取过程是反应萃取集成系统的重要部分，博士学位论文《气
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液
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液反应萃取制备过氧化氢基础研究》报道了在萃取过程中通入气体，可以在塔设备中实现搅拌扰动，可以强化液
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液相间传质，从而提高萃取效率，气液液三相萃取总板效率是普通液
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液两相萃取的2倍左右。进一步发展，气体不仅作为扰动源，也可以作为反应物质，实现同步进行反应和萃取过程，气
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液
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液三相反应萃取过程要比液
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液
两相反应萃取过程复杂的多，系统包括气
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液传递过程、气
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液反应过程和液
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液传递过程。气
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液
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液、气
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液
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液
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固的同时混合快速接触传质的装置设备较少。直接在撞击流旋转填料床上设置气体进口和出口，气体的流动路径是不规则的，气体的利用率较低，不适用于多相反应过程。现有撞击流超重力装置是两股液体对撞，对撞对于液液传质反应效果是最好的，但是导致形成的撞击面小且单一，流动速度的损耗大，不适用于大尺寸装置，易堵塞喷嘴孔，而且对撞不利于液相与气体接触，不适用于气
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液
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液的传质和反应。

技术实现思路

[0007]基于现有撞击流超重力装置存在的缺陷，本专利技术提供一种气
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液
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液撞击流超重力装置，适用于气
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液
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液和气
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液
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液
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固多相反应，在特殊气体氛围保护下的液
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液两相的快速混合、传质和(催化)反应，以及极易放热或吸热的剧烈快速反应，并基于上述气
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液
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液撞击流超重力装置提供配套的系统和控制方法。
[0008]本专利技术提供一种气
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液
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液撞击流超重力装置，包括外壳、填料层、驱动元件、环形液体分布器、上液体进口、下液体进口、液体出口、气体进口和气体出口；填料层包括上填料层和下填料层，均位于外壳内；上填料层包括上挡板和上填料圆环柱；上填料圆环柱的上表面与上挡板的下表面固定相接，上挡板和上填料圆环柱同轴设置；下填料层包括下挡板和下填料圆环柱；下挡板与上挡板同轴设置；下填料圆环柱的下表面与下挡板的上表面固定相接，下挡板和下填料圆环柱同轴设置；上填料圆环柱和下填料圆环柱交错嵌套；上下两组填料层中的一组固定在外壳内，一组由驱动元件驱动旋转；或两组填料层均由驱动元件驱动同向或反向旋转，同速旋转或差速旋转；环形液体分布器包括上环形液体分布器和下环形液体分布器，均位于最内层填料圆环柱内，与填料层同轴设置，分别与上液体进口和下液体进口连通，相对面上设置有液体喷射通道，液体喷射通道为沿圆周均匀分布的圆孔或线状开孔；上环形液体分布器和下环形液体分布器的液体喷射通道上下对应，且均向环形液体分布器外边缘倾斜；液体由环形液体分布器喷出穿过填料圆环柱，由液体出口引出外壳；气体由气体进口引入外壳穿过填料圆环柱，经过最内层填料圆环柱的圆柱内腔由气体出口引出，气体与液体在填料圆环柱处逆流；或气体由气体进口引入外壳经过最内层填料圆环柱的圆柱内腔，穿过填料圆环柱由气体出口引出，气体与液体在填料圆环柱处并流。
[0009]进一步地，上挡板为圆盘结构，同心设置有至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气
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液
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液撞击流超重力装置，其特征在于，包括外壳、填料层、驱动元件、环形液体分布器、上液体进口、下液体进口、液体出口、气体进口和气体出口；所述填料层包括上填料层和下填料层，均位于外壳内；所述上填料层包括上挡板和上填料圆环柱；所述上填料圆环柱的上表面与上挡板的下表面固定相接，上挡板和上填料圆环柱同轴设置；所述下填料层包括下挡板和下填料圆环柱；所述下挡板与上挡板同轴设置；所述下填料圆环柱的下表面与下挡板的上表面固定相接，下挡板和下填料圆环柱同轴设置；所述上填料圆环柱和下填料圆环柱交错嵌套；上下两组填料层中的一组固定在外壳内，一组由驱动元件驱动旋转；或两组填料层均由驱动元件驱动同向或反向旋转，同速旋转或差速旋转；所述环形液体分布器包括上环形液体分布器和下环形液体分布器，均位于最内层填料圆环柱内，与填料层同轴设置，分别与上液体进口和下液体进口连通，相对面上设置有液体喷射通道，液体喷射通道为沿圆周均匀分布的圆孔或线状开孔；所述上环形液体分布器和下环形液体分布器的液体喷射通道上下对应，且均向环形液体分布器外边缘倾斜；液体由环形液体分布器喷出穿过填料圆环柱，由液体出口引出外壳；气体由气体进口引入外壳穿过填料圆环柱，经过最内层填料圆环柱的圆柱内腔由气体出口引出，气体与液体在填料圆环柱处逆流；或气体由气体进口引入外壳经过最内层填料圆环柱的圆柱内腔，穿过填料圆环柱由气体出口引出，气体与液体在填料圆环柱处并流。2.根据权利要求1所述的气
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液
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液撞击流超重力装置，其特征在于，所述上挡板为圆盘结构，同心设置有至少一圈上环形凹槽和至少一圈上环形凸台，上环形凹槽和上环形凸台交错设置；所述下挡板为圆盘结构，同心设置有至少一圈下环形凹槽；所述上填料圆环柱的上表面与上环形凹槽的底板下表面固定相接，与下环形凹槽相对的上填料圆环柱的下表面嵌入下环形凹槽内；所述下填料圆环柱的上表面嵌入上环形凸台内。3.根据权利要求2所述的气
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液
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液撞击流超重力装置，其特征在于，下环形凹槽的侧壁上设置有排液孔；液体出口穿过外壳，位于下填料层的下方。4.根据权利要求1
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3任一项所述的气
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液
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液撞击流超重力装置，其特征在于，还包括上连接轴和下连接轴；挡板设置有中心孔；所述上连接轴穿过外壳与上挡板的中心孔连接；所述下连接轴穿过外壳与下挡板的中心孔连接；上液体进口穿过上连接轴与上环形液体分布器连接，上液体进口、上连接轴和上填料层同轴设置；
下液体进口穿过下连接轴与下环形液体分布器连接，下液体进口、下连接轴和下填料层同轴设置；气体进口穿过外壳且与填料圆环柱垂直，气体出口穿过连接轴和液体进口之间的环形空间且与环形空间同轴设置；或气体进口穿过连接轴和液体进口之间的环形空...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭强，张程前，郭舒伟，刘有智，祁贵生，袁志国，张巧玲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：