[发明专利]一种超重力纳微气泡产生装置及反应系统

说明书

本发明提供一种超重力纳微气泡产生装置及反应系统，在该装置中液相为连续相，气相为分散相，气体由中空轴进入内部，经曝气微孔的剪切作用对气体进行一次剪切形成气泡，气泡随后在高速旋转的转轴作用下快速脱离转轴表面，并在转轴所形成的超重力环境强大的剪切力下进行二次剪切形成纳微气泡，具有快速、稳定、平均粒径小的优点，所形成的纳微气泡平均粒径处于800纳米‑50微米之间，并可通过调节旋转轴的转速对气泡平均粒径进行范围调控。该装置一方面克服了传统超重力装置中液相不连续，无法形成含纳微气泡液相的问题，另一方面克服了静态微孔介质表面纳微气泡聚并的问题。

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，更具体的，涉及一种超重力纳微气泡产生装置及反应系统。

背景技术

纳微气泡是气泡直径处于纳米或微米级的气泡，对于难溶性气体(如氢气、氧气等)参加的气-液和气-液-固反应过程，往往存在受到气液传质限制导致宏观反应速率慢的问题，而纳微气泡的存在能够显著增大液相气含率和气液接触面积并进一步提高气液传质过程加快反应速率，所以其在石油化工、精细化工、煤化工、生物化工等领域有着越来越广泛的应用。因此，开发一种设备结构简单、可快速产生大量、稳定纳微气泡并可应用于工业生产中的装置具有重要的实际应用价值。

目前，纳微气泡产生方法主要包括溶气释气法和分散气体法，溶气释气法的代表性装置通常由泵、溶气罐和喷嘴组成，是通过加压的方法将气体强制溶解于液体中，形成过饱和状态，然后减压气体重新释放出来从而产生大量的微气泡，但该方法存在产生微气泡的过程繁琐且不连续的缺点，很难应用于实际的工业生产中。分散气体法则是通过高速旋流、过流断面渐缩突扩、微多孔分散等手段将气体分散到液体中去，从而快速、大量形成纳微气泡的方法。以上，在工业生产中尤以微多孔分散手段最为常见，其主要通过微混合器或利用某些微孔介质(冶金粉末、陶瓷或塑料做材料，再掺以适当的粘合剂，在高温下烧结而成)的微多孔结构形成纳微米气泡，但该种方法所产生的纳微气泡通常在微孔介质表面易发生聚并形成大气泡，减小了气泡与液体的气液接触面积，制约了纳微气泡在诸多领域优异功能的发挥。

发明内容

为了解决上述问题的至少一个，本发明第一方面提供一种超重力纳微气泡产生装置，包括：

壳体，其上设置有液体进口和液体出口；以及

设置与所述壳体内的超重力气泡产生单元；其中，

所述超重力气泡产生单元包括：

设于所述壳体内的转子，可通过旋转形成超重力场，所述超重力场产生的离心力加速度大于10g；

一端与所述转子结合固定的中空轴，所述中空轴的另一端与气体进口连通；

其中，所述中空轴将所述壳体分为连通的内腔体和外腔体，所述中空轴的侧壁上设置若干微米尺度的孔道。

在某些实施例中，还包括：

设置在所述壳体与中空轴之间的间隙为0.1-10mm。

在某些实施例中，相邻两个孔道的孔心之间距离设定间距。

在某些实施例中，所述孔道包括位于所述中空轴侧壁上半部分的第一孔道和位于所述中空轴侧壁下半部分的第二孔道；

所述第一孔道的孔径大于、小于或等于所述第二孔道的孔径。

在某些实施例中，所述孔道的孔径沿气体流动的方向递增或递减；或，

所述孔道的孔径沿所述外腔体液体流动的方向递增或递减。

在某些实施例中，所述孔道围绕所述中空轴的轴心对称分布。

在某些实施例中，所述中空轴的材料为不锈钢或者钛基材料，优选孔道直径的范围为0.01-0.1mm。