[发明专利]一种箱笼式颗粒分布小系统及其应用

说明书

本发明提出了一种箱笼式颗粒分布小系统及其应用，包括壳体，所述的壳体内部为中空腔体，所述的壳体具有侧壁、包括顶面和底面中至少一个，且侧壁、顶面和底面的至少一面设有通孔，所述的壳体内设有颗粒。本发明提出的小系统，具有体积小、条件可控、易于操作、传质效率高、经济节能等优点。在液体或气、液两相系统中布置许多个这种小箱笼，对每一个小箱笼进行单独布气和/或单独布液，从而保证了在每个小系统中颗粒分布的均匀性，有效的提高了总体传质效率。

技术领域

本发明创造属于液固两相和气液固三相接触领域，尤其是涉及一种箱笼式分布小系统及其应用。

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)的表面进行接触反应。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现进行接触。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。

在许多颗粒分散系统中，颗粒的分布经常是不均匀的。这种不均匀，经常是因为用于分散或者悬浮颗粒的流体(气体或者液体)在进入反应器时的分布不能保证完全均匀，或者是进入后不能总是平行地流动，造成某些部位会缺少流体。另外所述的颗粒分散体系在工业放大之后颗粒分布不均匀性更加严重且不易操控。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种箱笼式颗粒分布小系统，以克服系统中颗粒容易分布不均的特点，将一个或多个这种小系统放入到液体或气液系统中，对这些小系统单独布气和/或单独布液，可有效的控制反应，提高反应效率，整体可达到更好的反应效果。并且采用这种箱笼式颗粒分布小系统容易改造已有的系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：