多相反应的混合方法及采用该方法的超强湍流传质塔技术

本发明专利技术涉及一种多相反应的混合方法及采用该方法的超强湍流传质塔。本发明专利技术的目的在于使多相物料在传质场中，实现多相都处于分散的状态，提高相间接触的比表面积并使基元实现表面高速更新。本发明专利技术通过改变流道方向、气流速度以及气流扩散角，建立超强湍流传质场；通过控制流道方向、气流速度及气流扩散角来控制超强湍流场的湍流度；用梯形流道保证气流沿径向流速基本匀速。并通过迷宫结构控制超强湍流传质场的厚度。特别适用于净化含有有害气体、固体烟尘的气体，同时也可用于化工反应的各种强化传质场合。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及多相反应的混合方法机采用该方法的一种超强湍流传质塔。具体地说，本专利技术提出了一种应用于净化含有有害气体、固体烟尘的气体，同时也可用于化工反应的各种强化传质场合的方法和传质设备。
技术介绍
为保持经济建设的可持续发展，保护环境、节约能源已成为经济发展过程中的一项优先考虑的问题。而为了减少生产成本和相关的投资，有关的企业急需高效、低能耗、低设备投资的多相分离设备。另一方面，在化工领域的生产过程(如吸收、萃取、干燥及其它化学反应)中也一直在寻求高传质速率、低能耗的传质设备，以降低生产成本和设备的投资。多年来，为了适应上述工业发展的需求，现有的传质设备，诸如鼓泡塔、板式塔、填料塔、喷淋塔、喷射水柱塔等都有了很大的进步，它们在环境净化、化工生产过程中担负着中坚的角色。通常，这些设备往往通过增大相间接触空间来增大相间接触时间，或增大布液量以增大相间接触面积来提高相间传质的效果。采用这类方式一般需要传质设备具有庞大的塔体。显然，其需要较大的生产用地和较高的设备投资。为减小塔体体积，现有技术也想提高气流速度来提高相间传质的效果，但由于上述传质设备技术本身原理的限制，很难实现，如板式塔，随着气流速度的提高，其阻力急剧升高，设备的能量消耗较大、经济性不好。又如喷淋塔，气流速度增大，喷淋的液滴就必须增大，相间接触的比表面积反而减小，实现不了高效传质的目的。所以上述设备在对效率和经济性等因素综合考虑前提下，气流速度多取在每秒3米以下，这样就限制了相间传质的效果的进一步提高。湍流传质比起层流传质的传质速率要高得多，这是大家公认的。因此，大多数分离设备和化工反应设备，都是设计成工作在湍流状态下。但是，已有的各种传质塔，没有找到一种既强化湍流传质，能耗又较小的方法和结构。造成这些问题的原因是，在大多数设备中，传质相是连续的或者是部分传质相是连续的。如喷淋塔，液相由喷嘴喷出，形成液滴，变成分散相，而气相却是连续的；又如，鼓泡塔，气相从液体底层通入，在压力的作用下，以气泡方式通过液相，气相是分散的，液相是连续的；填料塔，是在塔体中装有填料，液相由上层沿着填料的缝隙往下流，气相由底层沿着填料的缝隙往上流，气、液在填料形成的缝隙中接触，增大了接触面积，提高传质效率，这种传质的状态，液相、气相都是连续的。人们在努力寻求强化传质的方法，希望在传质设备中有意识制造湍流或强化湍流，希望传质相都形成分散基元，以达到充分混合，溶为一体，极大的提高相间接触面积。但就目前情况看，许多努力，虽能较好利用强化湍流，提高传质效率的成果，但未找到参与传质相都分散的技术。如中国专利文献CN88102880A公开了一种《应用水将热气流中的气态痕量元素颗粒吸收到粉尘中的方法》，这一方法有意设置了湍流发生器，即在流道中改变气流方向(气流转向180度)和改变流动管径，使气流局部加速，形成湍流，增强传质效果，但这种方法，湍流强度有限，气相并未达到分散和形成固定湍流场的目的。美国专利文献US5234672A《增强烟道气脱硫设备分离能力的方法和设备》中，提出在脱硫反应器前的水平烟道中(接近脱硫反应器)装置挡板，对烟气扰动，形成湍流进入脱硫反应器，增强分离能力，但这种方法产生的湍流强度随着远离湍流发生器而明显衰减，并且气相也是连续的。
技术实现思路
为此，本专利技术的目的在于提出一种改进的进行多相反应的混合方法及采用该方法的具有超强湍流的传质塔，使多相物料在超强湍流传质场中，实现多相都处于分散状态，多相分散的基元互相撞击，实现基元细化，大大提高相间接触的比表面积；同时，基元在互相撞击中使基元细化，也伴随凝并、变粗，这一过程，使基元实现表面高速更新；这两种过程，使多相间保持着稳定的高速传质。本专利技术的进一步的目的是使在超强湍流传质场内的化学反应过程中，各物质的相间溶质远离平衡，传质始终保持高速，提高设备的分离、反应效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术的进行多相反应的混合方法，其中包括(a)对输入传质塔的气流通过改变流道的大小和方向，对气流矢量加速并强化气流的扩散，形成超强湍流传质流场；(b)将液体输入超强湍流传质场，使液体与气流接触过程中被撞击分散，同时气体本身在撞击液体时，也伴随分散；(c)由此在超强湍流传质场中，伴随超强湍流撞击，形成液滴、气泡粒基元，并进一步撞击成更细的基元，液相、气相通过基元的撞击、凝并，增大了液相与气相接触的比表面积，进行着迅速的表面更新，完成着稳定传质的过程。本专利技术的所述方法通过连续改变流道方向和大小以及改变气流扩散角来控制湍流强度。这样可以根据不同的分离反应要求来优化能量的消耗。进一步地，本专利技术的方法中的流道内的流速沿径向匀速的，以保证超强湍流场的均匀性，以实现稳定传质。本专利技术还提出了一种超强湍流传质塔，其包括一个传质塔体，所述传质塔体上设有气流入口和液体入口；一个与所述气流入口连通的导流管；以及与所述液体入口连通的液体输入管；其中所述导流管与传质塔的所述气流入口通过一个变流管相互连接在一起；所述变流管中设有对所经过的气流进行加速、扩压的机构。具体地说，本专利技术的所述变流管中的所述对气流进行加速、扩压的机构由多个相邻且沿圆周分布的断面大致为梯形的小流管组成，所述小流管的轴线可相对于所述变流管的轴线调节。进一步地，所述变流管包括一个外壁和一个中心支撑件；所述小流管以设置在所述变流管中间的柱形中心支撑件的侧壁为梯形(定义梯形大致平行的边的短边为上底而长边为下底，以下同)的上底侧壁，以所述变流管外壁的内例壁为下底侧壁，以在所述柱形中心支撑件与所述变流管外壁之间径向设置的隔板为梯形的腰；所述隔板的两端分别装有短轴，并且所述短轴分别与所述中心支撑件及所述变流管的外壁连接，使所述小流管可转动，以改变流道截面及流道中流体的流动方向。其中，所述隔板具有大致梯形的形状，其上底朝向所述柱形中心支撑件其下底朝向所述变流管外壁。本专利技术的所述变流管具有一个可带动所述隔板同步转动的驱动机构，以带动断面大致为梯形的流道改变流向和调节流速。所述断面大致为梯形的小流管所改变的气流方向从0度到80度连续可调。由于断面大致为梯形的流道的方向改变，气流的速度可由6M/S调节到30M/S以上，气流扩散角也发生变化，但流道中的气流速度沿径向基本保持等速。超强湍流传质场的湍流度就是通过调节气流速度和方向以及调节气流扩散角度来实现调节的。其中，所述小流管至少一侧的所述短轴与所述隔板固定连接，该短轴通过轴承密封地并可转动地安装在所述变流管外壁或筒形中心支撑件上；所述驱动机构包括一个可绕所述变流管轴线转动的主传动件，及固定在与所述隔板固定的所述短轴的自由端上的短轴传动件；所述短轴传动件与所述主传动件相结合，以便使所述隔板在主传动件的带动下转动。所述液体入口包括一个通过分水管与所述传质塔体连接的集水器，液体通过集水器经所述分水管进入所述传质塔体内。在所述传质塔体内超强湍流传质场中，液体被超强湍流撞击，形成液滴、气泡粒基元，并进一步撞击成更细的基元，液相、气相通过基元的撞击、凝并，增大了液相的比表面积，进行着迅速的表面更新，完成着稳定传质的过程。所述传质塔体设有由挡圈及侧百叶窗组成的迷宫结构；通过设置迷宫结构下端距断面大致为梯形的流道端部的距离来控制超强湍流传质场的厚度。本专利技术的超强湍流传质场的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进行多相反应的混合方法，其中包括：（ａ）对输入传质塔的气流通过改变流道的大小和方向，对气流矢量加速并强化气流的扩散，形成超强湍流传质流场；（ｂ）将液体输入超强湍流传质场，使液体与气流接触过程中被撞击分散，同时气体本身在撞击液体时 ，也伴随分散；（ｃ）由此在超强湍流传质场中，伴随超强湍流撞击，形成液滴、气泡粒基元，并进一步撞击成更细的基元，液相、气相通过基元的撞击、凝并，增大了液相与气相接触的比表面积，进行着迅速的表面更新，完成着稳定传质的过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋迪，李立翰，蒋利荣，张鹂君，蒋荔生，蒋权生，
申请(专利权)人：蒋迪，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]