[实用新型]低压气液强化乳化床反应装置

说明书

本实用新型公开了低压气液强化乳化床反应装置，包括反应器主体；其顶部设有气液出料口；至少一个气泡破碎器；气泡破碎器上设有进气口、进液口和出料口，出料口连接反应器主体；气液分离器；连接反应器主体的气液出料口；所述气液分离器顶部设有排气口，底部设有出液口；循环泵；连接气液分离器的出液口；换热器；连接循环泵的出口管路；所述换热器上设有液体出料口，液体出料口分别连接液体出料管路和循环液管路，所述循环液管路连接气泡破碎器进液口。本实用新型的装置具有操作压力低，气液传质相界面积大，表观反应速度快，气体利用率高，投资少，能耗低，工艺灵活等优点。

技术领域

本实用新型涉及低压气液强化乳化床反应装置。

背景技术

能源、石化、精细化工等领域广泛存在气液、气液固等气液反应过程。如氧化、加氢、氯化等气液多相反应，其宏观反应速率一般受制于传质过程。气液反应的体积传质系数主要受到传质系数及气液相界面积的共同影响。已有研究表明，相界面积对体积传质系数的影响程度较大，且容易调控。因此，增大相界面积被视为提高气液宏观反应速率的有效途径。

鼓泡反应器和搅拌−鼓泡反应器是目前常用的气液反应器。如PX氧化制TA的塔式鼓泡反应器，气泡直径通常大于3mm，乃至厘米级，其传质界面面积有限。为提高宏观反应速率，必须通过增加鼓气量来促进液体湍流，使气泡破裂加剧以增加气泡数目，进而增大界面面积。而此举必然降低气体利用率，增大压缩机功率和尾气排放，导致能耗过渡和物料损失及环境污染。搅拌−鼓泡式气液反应器内多形成对气泡宏观运动有影响而对气泡破碎影响较小的大涡，气泡不能有效破碎，故直径偏大，传质面积受限，以致反应效率偏低。为强化气液传质，塔式鼓泡反应器一般在塔内增设塔板、静态混合器等内件以加强混合，而搅拌釜则需安装不同结构的搅拌桨或内筒等结构，以增加液层的含气量。这两种反应器，由于所得气泡直径通常为3~20mm，所提供的相界面积和传质系数（液侧、气侧、固液）有限，故反应性能较难获得突破性的提高。

气泡直径（Sauter 直径）d₃₂是决定相界面积大小的关键参数，是决定气液反应速率的核心因素。d₃₂逐渐减小时，体积传质系数逐渐增大；特别是当d₃₂小于1mm时，体积传质系数随d₃₂的减小以类似于指数形式快速增大。因此，将d₃₂减小到微米级，能够大幅度强化气液反应。直径在1μm ～1 mm之间的气泡可称为微气泡，由微气泡形成的相界面称为微界面，微气泡群形成的相界面体系，称为微界面体系。根据Yang-Laplace方程，气泡的内压与其半径成反比，故微气泡也有利于提高气泡内压，提高气体的溶解度。因此气液反应过程中，微界面体系能够强化气液传质，进而加快气液反应。微气泡具有刚性特征，独立性好，不易聚并，因此微气泡体系的气液充分混合，可获得含有大量微气泡的乳化液，并在反应器内形成高相界面积，高反应效能的乳化床。乳化床的形成、运行和利用需要高效能的破碎器将气体分割为微米级气泡。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气液强化乳化床反应装置，适用于含气液反应体系。利用气液体系1μm～1mm之间的气泡尺度形成乳化体系，从而大幅度地提高体系气含率和气液传质面积，加速多相反应进程，提高气体利用率，改善过量排放造成的环境问题，并解决传统气液反应过程中高温、高压、高物耗、高投资、高安全风险等问题，由此降低设备的投资成本和运行费用。

本实用新型具体采用如下技术方案实现上述技术目的：

一种低压气液强化乳化床反应装置，包括：

反应器主体；其顶部设有气液出料口；

至少一个气泡破碎器；气泡破碎器上设有进气口、进液口和出料口，出料口连接反应器主体；

气液分离器；连接反应器主体的气液出料口；所述气液分离器顶部设有排气口，底部设有出液口；

循环泵；连接气液分离器的出液口；