申请/专利权人：山东绿色自由基科技研究中心

申请日：2018-07-16

公开（公告）日：2024-02-20

公开（公告）号：CN108704599B

主分类号：B01J19/24

分类号：B01J19/24;B01J19/12;B01J19/10;B01J19/08;B01J8/02;B01J8/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.20#授权;2018.11.20#实质审查的生效;2018.10.26#公开

摘要：本发明公开了非均相反应装置，包括上腔体、中腔体与下腔体，所述上腔体的底部下板上设有一号入水管路与二号入水管路，所述上腔体的内部对称设置有两个浸没循环撞击流发生器以及安装在浸没循环撞击流发生器上的导流管；所述浸没循环撞击流发生器包括导流筒、螺旋桨推进器、驱动电机与驱动轴。经非均相反应装置多次不间断的连续相旋流、催化、撞击、反应和水力空化，能够解决非均相传质与催化反应时效性极强的矛盾，使能量得到高效利用，减少非均相在传质与催化反应过程中的能耗损失，进一步提高能量的利用率，适用于针对大量非均相流体的高效非均相反应过程的实施，带来更好的使用前景。

主权项：1.非均相反应装置，包括上腔体（1）、中腔体（2）与下腔体（3），所述上腔体（1）的底部下板上设有一号入水管路（101）与二号入水管路（102），所述上腔体（1）的内部对称设置有两个浸没循环撞击流发生器（104）以及安装在浸没循环撞击流发生器（104）上的导流管（110），其特征在于：所述浸没循环撞击流发生器（104）包括导流筒（105）、螺旋桨推进器（107）、驱动电机（108）与驱动轴（109），所述导流筒（105）的侧面与上腔体（1）内的腔壁（103）的一侧连接处设有若干个网孔（106），所述导流筒（105）的底部一端安装在腔壁（103）上，且导流筒（105）的另一端指向上腔体（1）内的中心位置，所述驱动电机（108）安装在上腔体（1）的外侧，所述驱动轴（109）的一端连接在驱动电机（108）的转动轴上，所述驱动轴（109）的另一端在浸没循环撞击流发生器（104）的导流筒（105）内，且浸没循环撞击流发生器（104）的内部安装有螺旋桨推进器（107），所述腔壁（103）的上端面设有导流法兰（111），且导流法兰（111）的下端面与腔壁（103）的内部连接处连接有导流管（110），所述导流管（110）的另一端穿过导流筒（105）并进入其内部；二号入水管路（102）安装在上腔体（1）底部，二号入水管路（102）通过与其连接的管路与强化反应器（206）连接；所述中腔体（2）包括旋流反应器（201）、旋流反应器腔体（202）、溢流管（203）、流体入口管（204）、底部法兰（205）与若干组强化反应器（206），所述中腔体（2）的内部设有旋流反应器（201）以及若干个连接上腔体（1）与下腔体（3）的强化反应器（206），所述中腔体（2）的外侧面至少设有一个流体入口管（204），所述流体入口管（204）偏心切向插入旋流反应器腔体（202）的内部，所述旋流反应器腔体（202）的顶部与中腔体（2）的上板固定连接，所述旋流反应器腔体（202）的顶部设有溢流管（203），所述溢流管（203）与中腔体（2）的上板固定连接，且溢流管（203）通过管路与一号入水管路（101）连接，所述旋流反应器腔体（202）的上部为圆形筒状结构，所述旋流反应器腔体（202）的下部为圆锥体结构，所述旋流反应器腔体（202）的底部设有底部法兰（205），所述强化反应器（206）的顶部与中腔体（2）的上板固定连接，所述强化反应器（206）的底部与中腔体（2）的下板固定连接；所述下腔体（3）包括撞击反应器（301）、撞击进水端法兰（302）、撞击管（303）、出水端口（304）、入端口法兰（305）、连接管路（306）、引流管路（307）与三号入水管路（308），所述撞击反应器（301）的顶部与下腔体（3）的上板固定连接，所述三号入水管路（308）通过撞击进水端法兰302与连接管路（306）连接，所述连接管路（306）与安装在中腔体（2）上的强化反应器（206）的出水端口（208）连接，所述撞击反应器（301）上安装有若干个进水端法兰（302），所述进水端法兰（302）的外侧一端通过引流管路（307）与安装在下腔体（3）上的撞击流体泵入端口法兰（305）连接，所述引流管路（307）穿过撞击进水端法兰（302）与撞击管（303）的一端连接，所述撞击管（303）的另一端指向撞击反应器（301）的内部中心点，所述撞击反应器（301）的底部设有出水端口（304），所述出水端口（304）通过管路将流体输出多相流非均相反应器腔体外，所述强化反应器（206）的底部出水端口（208）通过管路连接下腔体（3）内设有的三号入水管路（308）。

全文数据：非均相反应装置技术领域[0001]本发明涉及气体、液体、固体等各种流体的传质、催化和反应领域，特别涉及非均相反应装置。背景技术[0002]非均相反应，是指反应物是两相或两相以上的组分，或者一种或多种反应物在界面上进行的化学反应的总称，经常用于化工、制药、环保等领域，用于完成一般均相反应无法实现的化学反应，与一般均相反应相比，非均相反应具有反应速率快、催化效率高、反应强度大等特点；非均相反应对不同相反应物的传质要求很高，为了实现低能耗和高效反应，该领域操作人员对实施非均相反应的设备和方法的要求更为苛刻，必须同时满足高效传质、同步催化和同步反应三个方面，并且要求实施非均相反应的能耗和反应物料消耗尽量低，现有技术与设备难以满足如此苛刻的要求，为此，我们提出非均相反应装置。发明内容[0003]本发明的主要目的在于提供非均相反应装置，可以有效解决背景技术中的问题。[0004]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：[0005]非均相反应装置，包括上腔体、中腔体与下腔体，所述上腔体的底部下板上设有一号入水管路与二号入水管路，所述上腔体的内部对称设置有两个浸没循环撞击流发生器以及安装在浸没循环撞击流发生器上的导流管：[0006]所述浸没循环撞击流发生器包括导流筒、螺旋桨推进器、驱动电机与驱动轴，所述导流筒的侧面与上腔体内的腔壁的一侧连接处设有若干个网孔，所述导流筒的底部一端安装在腔壁上，且导流筒的另一端指向上腔体内的中心位置，所述驱动电机安装在上腔体的外侧，所述驱动轴的一端连接在驱动电机的转动轴上，所述驱动轴的另一端在浸没循环撞击流发生器的导流筒内，且浸没循环撞击流发生器的内部安装有螺旋桨推进器，所述腔壁的上端面设有导流法兰，且导流法兰的下端面与腔壁的内部连接处连接有导流管，所述导流管的另一端穿过导流筒并进入其内部；[0007]所述中腔体包括旋流反应器、旋流反应器腔体、溢流管、流体入口管、底部法兰与若千组强化反应器，所述中腔体的内部设有旋流反应器以及若干个连接上腔体与下腔体的强化反应器，所述中腔体的外侧面至少设有一个流体入口管，所述流体入口管偏心切向插入旋流反应器腔体的内部，所述旋流反应器腔体的顶部与中腔体的上板固定连接，所述旋流反应器腔体的顶部设有溢流管，所述溢流管与中腔体的上板固定连接，且溢流管通过管路与一号入水管路连接，所述旋流反应器腔体的上部为圆形筒状结构，所述旋流反应器腔体的下部为圆锥体结构，所述旋流反应器腔体的底部设有底部法兰，所述强化反应器的顶部与中腔体的上板固定连接，所述强化反应器的底部与中腔体的下板固定连接；[0008]所述下腔体包括撞击反应器、撞击进水端法兰、撞击管、出水端口、入端口法兰、连接管路、引流管路与三号入水管路，所述撞击反应器的顶部与下腔体的上板固定连接，所述三号入水管路通过撞击进水端法兰与连接管路连接，所述连接管路与安装在中腔体上的强化反应器的出水端口连接，所述撞击反应器上安装有若干个进水端法兰，所述进水端法兰的外侧一端通过引流管路与安装在下腔体上的撞击流体泵入端口法兰连接，所述引流管路穿过撞击进水端法兰与撞击管的一端连接，所述撞击管的另一端指向撞击反应器的内部中心点，所述撞击反应器的底部设有出水端口，所述出水端口通过管路将流体输出所述多相流非均相反应器腔体外，所述强化反应器的底部出水端口通过管路连接下腔体内设有的三号入水管路。[0009]优选的，所述旋流反应器腔体的外侧安装有电磁线缆，除此之外，所述旋流反应器腔体还包括但不限于，腔体外侧未安装其他设备的旋流反应器腔体、腔体外侧安装有电磁线圈的旋流反应器腔体、腔体外侧安装有电磁铁的旋流反应器腔体、腔体外侧安装有永磁磁铁的旋流反应器腔体。[0010]优选的，所述旋流反应器的底部法兰包括但不限于安装有超声波振动器的法兰、安装有电磁铁的法兰、安装有紫外线灯管的法兰以及安装有激光发射器的法兰。[0011]优选的，所述旋流反应器腔体的上部圆形筒状结构直径与旋流反应器腔体的下部圆锥体结构高度比值为1:5-1:12。[0012]优选的，所述流体入口管内的流体包括液体、气体以及固体中的任意一种或由多种流体组成的多相流流体。[0013]优选的，所述强化反应器包括但不限于金属水管、非金属水管、内部螺旋水管、水管外侧安装电磁线圈的水管、水管外侧安装电磁铁的水管、水管外侧安装永磁磁铁的水管、静态混合器与安装有撞击反应器的管路。[0014]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:该非均相反应装置，以实现基于多相流的高效传质、同步催化和同步反应为目的，同时，将多相流流体传质与非均相传质实施过程进行有机结合，实现了在非均相传质过程中通过多次催化反应降低传质物质的相互饱和程度，使得在多相流流体中存在的大量非溶性物质可以通过传质过程不断补充进入多相流流体的主流体中，并不断为后期催化反应提供反应物质，从而实现非均相传质与催化反应之间的良性促进，最大限度的提高反应效率，节约成本与降低能耗，整个装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。附图说明[0015]图1为本发明非均相反应装置的整体结构示意图；[0016]图2是图1中的浸没循环撞击流发生器的侧视结构示意图；[0017]图3是图1中的旋流反应器的主视结构示意图；[0018]图4是图3中的旋流反应器的俯视结构示意图；[0019]图5是图4中的旋流反应器的另一种情况示意图；[0020]图6是图1中的撞击反应器的俯视结构示意；[0021]图7为安装非均相反应催化设备后的反应装置的整体结构示意图；[0022]图中：1、上腔体;2、中腔体；3、下腔体；101、一号入水管路；102、二号入水管路；1〇3、腔壁；104、浸没循环撞击流发生器；1〇5、导流筒；1〇6、网孔；1〇7、螺旋桨推进器；108、驱动电机；109、驱动轴；110、导流管；111、导流法兰；112、泄压阀门；201、旋流反应器;202、旋流反应器腔体;203、溢流管;204、流体入口管;205、底部法兰;206、强化反应器;207、电磁线缆;208、强化反应器的出水端口；209、非均相反应催化设备;301、撞击反应器;302、进水端法兰;303、撞击管；304、出水端口；305、入端口法兰;306、连接管路;307、引流管路;308、三号入水管路。具体实施方式[0023]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。[0024]如图1-6所示，非均相反应装置，包括上腔体1、中腔体2与下腔体3，上腔体1的底部下板上设有一号入水管路101与二号入水管路102,上腔体1的内部对称设置有两个浸没循环撞击流发生器104以及安装在浸没循环撞击流发生器104上的导流管110,浸没循环撞击流发生器104包括导流筒105、螺旋桨推进器107、驱动电机108与驱动轴109,导流筒105的侧面与上腔体1内的腔壁103的一侧连接处设有若干个网孔106,导流筒105的底部一端安装在腔壁103上，且导流筒105的另一端指向上腔体1内的中心位置，驱动电机108安装在上腔体1的外侧，驱动轴109的一端连接在驱动电机108的转动轴上，驱动轴109的另一端在浸没循环撞击流发生器104的导流筒105内，且浸没循环撞击流发生器104的内部安装有螺旋桨推进器107,腔壁103的上端面设有导流法兰111，且导流法兰111的下端面与腔壁103的内部连接处连接有导流管110,导流管110的另一端穿过导流筒105并进入其内部，中腔体2包括旋流反应器201、旋流反应器腔体202、溢流管203、流体入口管204、底部法兰205与若干组强化反应器206,中腔体2的内部设有旋流反应器201以及若干个连接上腔体1与下腔体3的强化反应器206,中腔体2的外侧面至少设有一个流体入口管204,流体入口管204偏心切向插入旋流反应器腔体202的内部，旋流反应器腔体202的顶部与中腔体2的上板固定连接，旋流反应器腔体202的顶部设有溢流管203,溢流管203与中腔体2的上板固定连接，且溢流管203通过管路与一号入水管路101连接，旋流反应器腔体202的上部为圆形筒状结构，旋流反应器腔体202的下部为圆锥体结构，旋流反应器腔体202的底部设有底部法兰205,强化反应器206的顶部与中腔体2的上板固定连接，强化反应器206的底部与中腔体2的下板固定连接，下腔体3包括撞击反应器301、撞击进水端法兰302、撞击管303、出水端口304、入端口法兰305、连接管路306、引流管路307与三号入水管路308,撞击反应器301的顶部与下腔体3的上板固定连接，所述三号入水管路308通过撞击进水端法兰302与连接管路306连接，所述连接管路3〇6与安装在中腔体2上的强化反应器206的出水端口208连接，撞击反应器301上安装有若干个进水端法兰3〇2,进水端法兰302的外侧一端通过引流管路307与安装在下腔体3上的撞击流体栗入端口法兰305连接，所述引流管路307穿过撞击进水端法兰302与撞击管303的一端连接，所述撞击管303的另一端指向撞击反应器301的内部中心点，所述撞击反应器301的底部设有出水端口304,所述出水端口304通过管路将流体输出所述多相流非均相反应器腔体外，强化反应器206的底部出水端口通过管路连接下腔体3内设有的三号入水管路308;t〇〇25]旋流反应器腔体202的外侧安装有电磁线缆207;旋流反应器201的底部法兰205包括但不限于在其旋流反应器腔体内一侧安装有非均相反应催化设备的底部法兰、未安装其他设备的常闭法兰，所述非均相反应催化设备包括但不限于超声波振动器、电磁铁、紫外线灯管、激光发射器;如图1所示，旋流反应器201底部的法兰是常闭法兰，如图7所示，旋流反应器201底部的法兰在旋流反应器腔体内一侧安装有非均相反应催化设备，所述非均相反应催化设备包括但不限于超声波振动器、电磁铁、紫外线灯管、激光发射器。[0026]如图7所示，旋流反应器201底部的法兰可以通过在其旋流反应器腔体内一侧安装非均相反应催化设备209,使多相流流体获得更好的传质与反应条件，同时也可通过卸下所述底部法兰，对其上安装的设备进行维护，并将旋流反应器腔体内的流体向外排出、清除污垢或其他沉淀物。旋流反应器腔体202的上部圆形筒状结构直径与旋流反应器腔体202的下部圆锥体结构高度比值为1:5-1:12;流体入口管204内的流体包括液体、气体以及固体中的任意一种或由多种流体组成的多相流流体;强化反应器206包括但不限于金属水管、非金属水管、内部螺旋水管、水管外侧安装电磁线圈的水管、水管外侧安装电磁铁的水管、水管外侧安装永磁磁铁的水管、静态混合器与安装有撞击反应器301的管路。[0027]需要说明的是，本发明为非均相反应装置，在使用时，旋流反应器腔体202的外侧安装有电磁线缆207,流体经过中腔体2外侧面上的流体入口管204高速切向进入旋流反应器201内的旋流反应器腔体202,流体在旋流反应器腔体202内部做离心旋流运动并形成轴向真空区，气体以及其他低密度物质在离心力的作用下析出并集中在轴向真空区，富集在中心轴区域的气体不断切割围绕其做高速旋转的液体，形成具有准饱和溶解特性的非稳定态多相流流体，完成流体第一次旋流撞击传质的过程，流体在下降过程中流速增加，当其到达旋流反应器腔体202的底部法兰205时，流体的流速达到最大，并在压力作用下改变流体的运动方向，使其沿轴向真空区向上做高速冲击，流体流速瞬间从高到零点，产生第一次水力空化效果，流体经过溢流管203及其联接的管路，从一号入水管路101进入上腔体1内部，高速流体流经一号入水管路101后瞬间得到释放，流速瞬间减小，产生第二次水力空化效果，流体在上腔体1内做不规则运动，保证了溢出气体与多相流体之间的接触时间和接触面积，流体在上腔体1内滞留造成上腔体1内的压力增大，在高压作用下，流体通过上腔体1底部的二号入水管路102及其联接的管路进入强化反应器206,在此过程中，撞击反应流体在外部泵送压力作用下通过上腔壁103上的导流法兰111进入上腔体1内，并经过导流管110进入浸没循环撞击流发生器104内的导流筒105,驱动电机108通过驱动轴109驱动两组导流筒105中心位置的螺旋桨推进器107,使其输送流体沿导流筒105高速流动并形成巨大的指向上腔体1内中心位置的液体，且在导流筒105底部形成巨大的吸力，使上腔体1内的流体不断从导流筒105侧面下部的若千个网孔106进入导流筒105,大量的流动性液体从一号入水管路101涌入，并与上腔体1中心位置处的椭圆体撞击区内的流体形成剧烈渗透和传质，最终完成第一次同步传质、催化和反应过程，之后，溢出的气体与多相流体同时进入强化反应器206内形成涡状流动，进而充分混合和接触，增强传质效果，流体经过强化反应器206并通过连接管路306进入三号入水管路3〇8,最终进入撞击反应器301内，压力瞬间释放形成湍流，与此同时，在外部泵送压力作用下，流体从撞击反应器301上的入端口法兰305进入下腔体3内，经引流管路307高速进入撞击反应器301内，最终撞击流体，使其通过连接在进水端法兰302内侧的撞击管303高速射出，多股撞击流体在撞击反应器301中心位置形成椭圆体撞击区，与此同时，流动性的大量流体从三号入水管路308涌入，向撞击区不断渗透扩散并完成撞击传质、撞击催化、非均相反应、液相扩散、均相反应等多个过程，最终，多相流流体经过撞击反应器301的出水端口3〇4，通过管路输出多相流非均相反应器腔体外，较为实用。[0028]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和犯围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变^口改进都落人要求保护的本发明范围内。本发明要求保护权利要求书;^其等效物界定。

权利要求：1.非均相反应装置，包括上腔体（1、中腔体2与下腔体3，所述上腔体1的底部下板上设有一号入水管路（101与二号入水管路（102，所述上腔体1的内部对称设置有两个浸没循环撞击流发生器（104以及安装在浸没循环撞击流发生器（1〇4上的导流管110，其特征在于：所述浸没循环撞击流发生器（104包括导流筒（105、螺旋桨推进器（1〇7、驱动电机108与驱动轴（109，所述导流筒（105的侧面与上腔体1内的腔壁（103的一侧连接处设有若千个网孔（106，所述导流筒（105的底部一端安装在腔壁（1〇3上，且导流筒（105的另一端指向上腔体1内的中心位置，所述驱动电机（108安装在上腔体1的外侧，所述驱动轴（1〇9的一端连接在驱动电机（108的转动轴上，所述驱动轴（1〇9的另一端在浸没循环撞击流发生器（104的导流筒（1〇5内，且浸没循环撞击流发生器（104的内部安装有螺旋桨推进器（107，所述腔壁（103的上端面设有导流法兰（111，且导流法兰（ill的下端面与腔壁（103的内部连接处连接有导流管（11〇，所述导流管a10的另一端穿过导流筒105并进入其内部；所述中腔体2包括旋流反应器201、旋流反应器腔体202、溢流管203、流体入口管2〇4、底部法兰205与若干组强化反应器206，所述中腔体2的内部设有旋流反应器2〇1以及若干个连接上腔体（1与下腔体3的强化反应器206，所述中腔体⑵的外侧面至少设有一个流体入口管204，所述流体入口管204偏心切向插入旋流反应器腔体202的内部，所述旋流反应器腔体202的顶部与中腔体2的上板固定连接，所述旋流反应器腔体202的顶部设有溢流管203，所述溢流管203与中腔体2的上板固定连接，且溢流管（203通过管路与一号入水管路（l〇D连接，所述旋流反应器腔体202的上部为圆形筒状结构，所述旋流反应器腔体（202的下部为圆锥体结构，所述旋流反应器腔体202的底部设有底部法兰205，所述强化反应器206的顶部与中腔体2的上板固定连接，所述强化反应器206的底部与中腔体2的下板固定连接；所述下腔体3包括撞击反应器301、撞击进水端法兰302、撞击管303、出水端口304、入端口法兰3〇5、连接管路3〇6、引流管路307与三号入水管路308，所述撞击反应器3〇1的顶部与下腔体3的上板固定连接，所述三号入水管路308通过撞击进水端法兰302与连接管路306连接，所述连接管路306与安装在中腔体2上的强化反应器206的出水端口（208连接，所述撞击反应器301上安装有若干个进水端法兰（3〇2，所述进水端法兰302的外侧一端通过引流管路307与安装在下腔体⑶上的撞击流体泵入端口法兰305连接，所述引流管路307穿过撞击进水端法兰302与撞击管303的一端连接，所述撞击管303的另一端指向撞击反应器301的内部中心点，所述撞击反应器3〇1的底部设有出水端口（304，所述出水端口（304通过管路将流体输出所述多相流非均相反应器腔体外，所述强化反应器206的底部出水端口（208通过管路连接下腔体3内设有的三号入水管路308。2.根据权利要求1所述的非均相反应装置，其特征在于:所述旋流反应器腔体202包括但不限于，腔体外侧未安装其他设备的旋流反应器腔体、腔体外侧安装有电磁线圈的旋流反应器腔体、腔体外侧安装有电磁铁的旋流反应器腔体、腔体外侧安装有永磁磁铁的旋流反应器腔体。3.根据权利要求1所述的非均相反应装置，其特征在于:所述旋流反应器2〇1的底部法兰205包括但不限于安装有超声波振动器的法兰、安装有电磁铁的法兰、安装有紫外线灯管的法兰以及安装有激光发射器的法兰。4.根据权利要求1所述的非均相反应装置，其特征在于:所述旋流反应器腔体202的上部圆形筒状结构直径与旋流反应器腔体202的下部圆锥体结构高度比值为丨：5-n12。5.根据权利要求1所述的非均相反应装置，其特征在于:所述流体入口管2〇4内的流体包括液体、气体以及固体中的任意一种或由多种物质组成的多相流流体。6.根据权利要求1所述的非均相反应装置，其特征在于:所述强化反应器206包括但不限于金属水管、非金属水管、内部螺旋水管、水管外侧安装电磁线圈的水管、水管外侧安装电磁铁的水管、水管外侧安装永磁磁铁的水管、静态混合器与安装有撞击反应器301的管路。

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