[发明专利]使气体和液体接触的系统

说明书

使气体和液体接触的系统包括含有惰性颗粒的容器，其中所述惰性颗粒的总体积为所述容器的总工作容积的1％至20％。

技术领域

本发明涉及使气体和液体接触的系统，其可适用于涉及气体-液体接触或气体-液体反应的许多应用。

背景技术

气体-液体接触器广泛用于化工、生化、石油化工和冶金行业等许多行业。这些接触器或反应器的选择、设计、尺寸和性能通常取决于质量和传热、流体动力学和反应动力学。这些单元通常用作通气器或气体-液体反应器，其中气体首先溶解在液体中，然后与液体或溶解在液体中的任何材料反应。此种反应器中的反应通常分为缓慢和快速的方案(Advances in Chemical Engineering,Academic Press 1981,pp.1-133)。对于缓慢的反应，需要高的液体滞留和传质以保持本体内的气体浓度接近饱和，而对于快速反应，由于液体本体中的气体浓度几乎为零并且气体-液体界面面积控制气体的吸收速率，故需要高持气率和小气泡尺寸(Advances in Chemical Engineering,Academic Press 1981,pp.1-133)。通过增加气体和液体之间的接触表面积，将实现更快的化学或生物化学反应速率，并相应地提高传质速率。

涉及良好混合的一些高性能气体-液体接触器的一个主要缺点是需要高机械能。然而，这种机械能在某些类型的气体-液体接触器中可以更有效地利用(相比于其他气体-液体接触器)。因此，不同气体-液体接触器在相同工作条件下的传质性能可能会有明显差异(Chemical Engineering and Processing:Process Intensification,38(1999)503-510)。具有高持液率的鼓泡塔反应器、喷动床反应器、填料塔和搅拌反应器适用于慢反应过程，例如液相氧化、氢化、氯化和一些发酵(Advances in Chemical Engineering,AcademicPress 1981,pp.1-133)。由于高气体-液体界面面积，板式、填充柱和文丘里管型反应器更适合于快速反应过程(Chemical Engineering Science,48(1993)889-911)；然而，在特定条件下，鼓泡塔反应器和填料塔反应器适用于高放热快速反应过程，其广泛用于化学、生物化学、石化和冶金应用(Chemical Engineering Science,48(1993)889-911)。

气体-液体接触器可分为表面接触器和容积式接触器。它们也可以基于设备内部的传质速率进行分类。机械能耗低的接触器通常具有低传质速率和低性能。气体-液体接触器内的更多机械能耗(通常与更多混合有关)提高了传质速率。这种气体-液体接触器被称为高性能接触器，并且它们随着对高气体吸收率和小容积安装设备的需求增加而变得重要(Chemical Engineering and Processing:Process Intensification,38(1999)503-510)。

表面气体接触器通常用于生物废水处理，并且通常具有深度适中的池的形式。它们通常涉及使用叶轮或液体射流来创建所需的气体-液体界面区域(ChemicalEngineering and Processing:Process Intensification,38(1999)503-510)。另一方面，在容积式气体-液体接触器中，气相和液相之间的界面区域在液体的本体内产生。气相以球形或不规则形状的气泡形式分散。液体中的气体分散通常通过使用鼓泡器、液体射流、双混合喷嘴或中空旋转混合器来实现(Chemical Engineering and Processing:ProcessIntensification,38(1999)503-510)。常见气体-液体接触器/反应器的实例包括鼓泡塔反应器、搅拌容器反应器、喷射回路反应器、往复式射流反应器和撞击流反应器。鼓泡塔反应器是一种鼓泡器位于底部的容器，其特点是传质性能相对较低。