[发明专利]一种混合颗粒悬浮系统

说明书

本发明提出了一种混合颗粒悬浮系统，所述混合颗粒悬浮系统包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为混合颗粒，所述的混合颗粒包括轻颗粒和重颗粒，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度，所述重颗粒的密度大于所述液相密度。本发明的混合颗粒悬浮系统具有以下优势：在液相中通入气体，使混合颗粒均匀地分散于液相中，利于气液固三相充分接触，充分利用空间且节省能耗。

技术领域

本发明属于气液固三相接触领域，具体涉及颗粒悬浮系统，尤其是涉及一种混合颗粒悬浮系统。

背景技术

在过程工程及其它许多工业过程中，经常需要用到多相流系统，包括气-液、气-固、液-固、气-液-固等体系。并且，又常常要求在这些体系中，各相之间有着充分的接触，以保证这类系统的效率。

以液固相系统为例，比如在某个液固化学反应中，固体以颗粒的形式存在于连续的液体相中，其中至少部分反应是在液固界面上进行的。为了提高液体与固体的反应效率，就需要将固体颗粒尽量分散于液体中，使固体颗粒与液体有更大的接触表面积。又比如在某个液相催化反应中，固体催化剂以颗粒的形式存在于连续的液体相中，两种或两种以上的液体组份在固体颗粒(催化剂)的表面进行反应。在这种情况下，为了提高液体间的催化反应效率，也是需要将固体颗粒尽量分散于液体中，使被反应的液体有更多的机会与固体颗粒表面进行接触。如果这些反应亦需要气体相的参与者，亦可以将气体充入，此时形成气液固三相系统。又比如在某个吸附分离过程中，为了提高吸附效率，更需要将颗粒尽量分散于液体相中，使吸附剂有更多的机会与液体中溶质接触而发生吸附反应。

在如上液固系统中，所涉及的固体颗粒一般均重于液体，因而在系统静止时，颗粒将堆积在系统底部，不能自动上浮。为了使颗粒有效地分散在液体中，人们开发了一些有效的方法。比如通过强力搅拌，通过机械、液体或者气体的强力射流，使至少一部分颗粒悬浮在混合体中。另一种有效的方法，就是利用固体流态化。该方法是将液体从系统的下部注入到液固系统中，形成向上的净流体流动，导致系统中的颗粒，因液体向上流动所造成的曳力而被悬浮。此时，通过合理地调整液体流速，使液体流速高于最小流化速度而低最小夹带速度，就可以有效地将颗粒比较均匀地分散在系统内至少一部分空间内。如果同时在系统的底部加入气体，气体的向上流动也可以提供额外的曳力，协助颗粒的悬浮。此时系统成为气液固三相体系。

如果所涉及的固体颗粒轻于流体，在系统静止时，颗粒将浮在系统的上表面而不会自动下沉。为了使颗粒有效地分散在液体中，除了通过强力搅拌，比如机械、液体或者气体的强力射流，还可以采用逆向固体流态化的方法。该方法是将液体从系统的上部注入到液固系统中，形成向下的净流体流动，导致系统中的颗粒，因液体向下流动所造成的曳力而被倒悬浮——一种因克服颗粒轻于液体而带来的浮力的悬浮现象，有时又称为逆向流态化。此时，通过合理地调整液体流速，使液体流速高于最小逆向流化速度而低最小逆向夹带速度，亦可以有效地将颗粒比较均匀地分散在系统内至少一部分空间内。但在此逆向流态化条件下，从上部同时加入气体一般将没有意义，因为气体不会向下流动。

在上述两类系统中，固体流态化方法虽然可以使颗粒比较有效地分散悬浮在液体相中(或者液体与气体的混合相中)，但系统中容易存在轴向颗粒分布不均的问题，这样造成了设备的有效体积变小，相间接触效率降低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种混合颗粒悬浮系统，以克服现有技术不足。

本发明提供一种混合颗粒悬浮系统，在悬浮体系中加入轻颗粒和重颗粒的混合颗粒，轻颗粒浮于系统上部，重颗粒沉于系统下部，在气、液流体的共同作用下，上部轻颗粒向下流化，下部的重颗粒向上流化，较小的动力便可使混合颗粒在系统中达到均匀的轴向分布，有效地提高了气液固三相接触效率，有效地利用空间且节省能耗。

具体技术方案如下：