[发明专利]一种新型超声复合鼓泡反应器

说明书

本发明公开了一种超声复合鼓泡反应器，主要包括：用于进行气液相反应的反应腔体，微泡发生器，超声换能器，以及导出未反应气体的气体出口。根据本发明超声复合鼓泡反应器针对气液非均相反应中气液传质的主要制约因素，设计了微泡和超声波协同作用的新型反应器。该装置将超声波场和微泡发生器合理的构建在同一反应区域中，使得微泡最大程度的利用超声能量，促进反应进行。本发明的超声复合鼓泡反应器结构简单、易于放大，操作方便、能量利用率高且经济效益显著。

技术领域

本发明涉及多相催化反应技术领域，尤其涉及一种超声复合微气泡非均相反应系统。

背景技术

气液(或气液固)反应被广泛应用于生物、化工、环境和冶金等工业生产和科学研究中。这类反应主要发生在相界面上，气-液传质往往是反应过程的控制步骤。

传统供气方式产生的气泡尺寸一般是2-8mm，微米级或者纳米级气泡与之相比，提供的气液传质界面不仅数量级增加，而且微气泡上升速度也大幅降低，气泡表面的负电荷减小了气泡相互碰撞聚并的概率。因此微气泡技术大幅提高了气液非均相反应的时空效率，目前在水产养殖、矿物浮选、水处理和药物合成等方面应用越来越广泛和深入。CN103143302A中连续微气泡反应器采用孔径5-10μm的微孔管或微孔板鼓气；CN110652941A则在催化加氢反应器的床层内设置膜管微泡发生装置；CN106732308A用微孔材料制造的气体分布器替代了釜式反应器中的搅拌桨。

超声技术的空化效应可以将超声波能量聚集在气泡附近，产生剧烈流体湍动，进而强化混合和传质，提高反应效率。但是超声复合微泡技术强化气液非均相反应过程的大规模工业化应用迄今鲜有报道。究其原因：①气泡空化行为与其直径及超声频率都密切相关；②超声波声场衰减快、作用深度有限。虽然有关研究发现超声波可以与微反应器发生协同作用，强化气液非均相反应，并称之为“声化学微反应器”。但是微反应器持液量小、流速高，只能适用于强放热的快速反应。因此开发具有更高通用性的工业级超声复合微泡反应器对于高效气液非均相反应过程具有重要的实际意义。

发明内容

本发明提供一种新型的超声复合微泡反应器，所述反应器可以适用于气液非均相反应，旨在通过控制微米气泡的尺度和超声波发生谐振，从而使空化效应和微泡效应协同耦合，在获得大数量级气液相界面的同时，更促使相界面发生剧烈的混合传质，最终取得非均相反应的高转化率和高选择性。

根据本发明的一个方面，本发明的技术方案如下：

一种新型的超声复合鼓泡反应器，主要包括：

反应腔体，用于气液相反应的进行；

微泡发生器，位于所述反应腔体底部或侧壁，用于控制气相形成一定尺寸范围的微米气泡；

超声换能器，位于所述反应腔体内，用于向所述反应腔体提供超声；

气体出口，位于所述超声复合鼓泡反应器的顶部，用于导出未反应气体。

优选地，所述超声复合鼓泡反应器还包括换热夹套，用于控制反应温度。

优选地，所述超声复合鼓泡反应器为板式或圆筒状形状。

优选地，所述反应腔体厚度d为2-20cm，优选5-10cm，该厚度为超声场作用的深度。

优选地，所述微泡发生器选自，但不限于，文丘里式发生器，溶解释气式发生器或者微孔式发生器。

优选地，所述微泡发生器产生的微米气泡尺寸为10-700μm，优选直径50-500μm。

优选地，所述超声换能器选自，但不限于，超声振子，超声振板或超声振棒。

优选地，所述超声换能器可以贴附于所述反应腔体内侧，或者直接置于所述反应腔体中。