專利名稱：一種強化氣液傳質的氣體導入方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種強化氣液傳質的氣體導入方法及裝置，尤其適用于氣液反應器， 屬于氣液混合與傳質技術領域。
背景技術：
在諸多以液體作為連續相、氣體作為分散相的氣液反應，如加氫、氯化、氨化、氧 化、好氧生物發酵等過程中，大都需要將有一定壓力的氣體導入反應器內的液體中，以期實 現良好的氣液混合與傳質。目前通常采用的方法是在通入反應液體中的進氣管末端安裝多 種形式的具備細化排出氣泡功能的氣體分布裝置，如多出口噴管、多孔環管、金屬燒結網、 微孔膜片及各種形式的曝氣頭等，相對于通過進氣管路直接將氣體通入反應液體，上述氣 體分布裝置都可以一定程度的增大氣液接觸的比表面積，對氣液傳質條件的改善起到了一 定的促進作用，但因其工作原理及其所實現的功能僅僅局限于細化所排出的氣泡，并且在 離開氣體分布裝置后氣泡聚并現象嚴重，很難將反應過程中的氣液傳質效果提高到更為理 想的程度，氣體利用率受到較大影響。因此迫切需要一種可提供高效氣液傳質的氣體導入 方法和裝置。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種強化氣液傳質的氣體導入方法及裝置，其可 以大幅提高氣液混合效率和傳質效果，且結構簡單。為解決上述技術問題，本發明強化氣液傳質的氣體導入方法，其關鍵技術包括帶 有壓力的氣體首先進入氣液反應器的進氣管和設置于進氣管末端的分氣包，在氣體流經過 程中，與進氣管和分氣包內壁所涂覆的負離子粉涂層，或進氣管內設置的外表面涂有負離 子粉涂層的填料相摩擦，使得氣體中被激發并積累大量的負離子；
富含負離子的氣體從進氣管或分氣包上接出的集成流體超聲哨的氣體噴嘴噴射而出， 伴隨著氣體在通過流體超聲哨時所產生的超聲波進入周圍反應液體，并帶動周圍的反應液 體共同進入設置在噴嘴后的內外壁涂有負離子粉涂層且外壁上或筒腔內安裝有超聲換能 器的循環混合筒內，完成在超聲波和負離子雙重強化作用下的氣液傳質與分散。一種強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其關鍵技術包括向氣液反應器 內通入的進氣管、設置于進氣管末端的分氣包、設置于分氣包上的多個氣體噴嘴，氣體噴嘴 末端或氣體噴嘴內設置流體超聲哨，在多個氣體噴嘴的上方設置一級或同軸排列的多級循 環混合筒，多個氣體噴嘴的出口與第一級循環混合筒的入口相對應，各級循環混合筒都通 過拉桿固定在氣液反應器的內壁上，各級循環混合筒外壁上或筒腔內設置超聲換能器。優選的，上述裝置中所述的流體超聲哨為葛爾登共振腔哨、哈特曼共振腔哨、簧片 哨或漩渦哨中的任意一種或多種組合。進一步的改進，還可在上述裝置的進氣管和分氣包內壁上涂覆有一層負離子粉末 層；在上述循環混合筒內壁和外壁上均涂覆有一層負離子粉末層。
優選的，可在上述裝置的循環混合筒內增設外表面涂覆有負離子粉末層的擾流 片，擾流片為平板擾流片或螺旋片。優選的，可在所述進氣管內增設有外表面上涂覆有負離子粉末層的填料，填料為 網狀、蜂窩狀或多層板狀結構。優選的，上述裝置的循環混合筒為橫斷面形狀呈圓形、橢圓形或多邊形的等徑筒 狀或帶錐度的筒狀，在循環混合筒的入口端設有喇叭口。優選的，上述裝置的氣體噴嘴為橫斷面形狀呈圓形、橢圓形、多邊形、圓環形、橢圓 環形或多邊環形的等徑管的或帶錐度的管。本發明還給出上述裝置的另一種結構，即在上述的空氣管或分氣包上接出一個或 多個氣體噴嘴，每個氣體噴嘴后銜接一級或同軸排列的多級循環混合筒，氣體噴嘴與循環 混合筒通過連接架連接，氣體噴嘴末端或氣體噴嘴內設置流體超聲哨，循環混合筒內設置 超聲換能器。為解決上述技術問題，本發明所采取的第二種技術方案是氣液反應器的外部循 環管路底部設置進氣管，進氣管上設置氣體噴嘴，氣體噴嘴末端或氣體噴嘴內設置流體超 聲哨，循環混合筒通過設置在其出、入口處的法蘭接入外部循環管路中氣體噴嘴后的位置， 循環混合筒外壁上或筒腔內設置超聲換能器。上述進氣管內壁上涂覆有一層負離子粉末層，在上述循環混合筒內壁上也涂覆有 一層負離子粉末層。本發明的發明構思是針對目前裝置氣液傳質效果差的不足，本發明在氣體導入 裝置上集成了流體超聲哨和超聲換能器，其可以產生一定強度的超聲波，從而提高了氣液 傳質效率；作為進一步的改進，在裝置上還涂覆有負離子粉末層，可產生大量負離子，對氣 液傳質起到強化作用。其中本發明的第一種技術方案中的氣體導入裝置安裝在氣液反應器 內液面以下，第二種技術方案中的氣體導入裝置安裝在氣液反應器外的外部循環管道上， 這兩種技術方案的本質是相同的，只是為了適應使用環境的變化，屬于同一個發明構思。采用上述技術方案所產生的有益效果在于
1、由流體超聲哨和超聲波換能器所產生的一定強度的超聲波，在介質中傳遞時所引 發的機械振動和穩態空化效應會使得介質粒子運動加速、質量傳遞的邊界層減薄，從而可 使氣液傳質效率得到異乎尋常提高。2、負離子粉末層具有永久性自發極化效應，在被激發(空氣流動、液體浸潤、受熱 等)時可產生大量負離子，這些負離子的能量可以改變液體分子團族的排列結構，增強氣液 分子的相互滲透能力，可對氣液傳質起到較大的強化作用。3、集成了流體超聲哨的氣體噴嘴在產生噴入液體的氣體射流的同時激發超聲波， 來強化氣體導入后的氣液初級分散過程，噴嘴結構簡單、安裝方便，可免維護運行。4、由于循環混合筒內、外壁上的負離子粉末層的存在以及負離子的防垢功能，有 助于保持循環混合筒內、外壁表面的光潔，可降低液體流動阻力和循環混合筒的清洗投入。5、本發明充分利用氣體的初始壓力，依靠噴射動力及氣液密度差，在各級集成超 聲波換能器，且內、外壁涂覆有負離子粉涂層的循環混合筒的內外形成循環活塞流，在循環 混合筒腔內形成不間斷的有超聲波強化傳質的氣液再次混合，延長了氣體在反應液體中的 運動軌跡，增加了氣液接觸、傳質的時間，削弱了氣泡上升階段逐步聚并的趨勢。
圖1是本發明內置氣體導入裝置一種技術方案的結構示意圖； 圖2是本發明內置氣體導入裝置另一種技術方案的結構示意圖； 圖3是本發明外置氣體導入裝置一種技術方案的結構示意圖4是超聲換能器和超聲波發生器的連接示意圖； 圖5是流體超聲哨安裝在氣體噴嘴內的示意圖； 圖6是超聲換能器在循環混合筒上的布置示意其中，1、進氣管；2、負離子粉末層；3、流體超聲哨；4、超聲換能器；5、氣液反應器；6、拉 桿；7、循環混合筒；8、氣體噴嘴；9、分氣包；10、連接架；11、中空支架；12、外部循環管路； 13、法蘭；14、導線；15、超聲波發生器；16、喇叭口 ；17、填料。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。實施例1 附圖1為本發明內置式氣體導入裝置的結構圖，安裝在氣液反應器5內 液面以下，且為六個氣體噴嘴8對應一組設置在氣體噴嘴8后的同軸排列的兩級循環混合 筒7時的實施例。本實施例1包括伸入氣液反應器5內液面以下的進氣管1和安裝在進氣管1末端 的分氣包9，在進氣管1和分氣包9內壁涂覆有電氣石或其他稀土類石材精制而成的負離子 涂層2，在分氣包9上接出6個集成有流體超聲哨3的氣體噴嘴8，氣體噴嘴8的結構如圖1 所示，其主體為截面呈圓形且帶有錐度的管狀物，在該管狀物的末端安裝流體超聲哨3，還 可采用如圖5所示的氣體噴嘴8，在其管腔內安裝流體超聲哨3，此流體超聲哨3可采用現 有技術中的葛爾登共振腔哨結構、哈特曼共振腔哨結構、葛爾登簧片哨結構、漩渦哨結構中 的任意一種或任意兩種及多種的組合。在氣體噴嘴8后設置兩級集成了超聲換能器4的循 環混合筒7，第二級循環混合筒同軸設置在第一級循環混合筒之后，兩級循環混合筒都通過 拉桿6固定于氣液反應器5的內壁上，可根據需要設置一級或三級循環混合筒。循環混合 筒7的結構如圖1所示，為橫斷面形狀呈正六邊形的筒狀物，在該筒狀物的內、外壁上涂覆 有負離子粉末層2，其入口處設置成便于導流的喇叭口 16，可在筒腔內安裝平板型擾流片。 參見附圖6，在循環混合筒7外壁上設置6個超聲換能器4，參見附圖4，超聲換能器4通 過導線14與超聲波發生器15相連。還可將本實施例1中的超聲換能器4設置在循環混合 筒7內，將超聲換能器4通過中空支架11固定在循環混合筒7的筒壁上，連接超聲換能器 4與超聲波發生器15的導線14從中空支架11中穿過，這樣形成一個新的實施例。實施例2 附圖2為本發明另一種內置氣體導入裝置，安裝在氣液反應器5內液面 以下，且為每個氣體噴嘴8對應一個設置在其后的單級循環混合筒7時的實施例。其結構包括伸入氣液反應器5內液面以下的進氣管1和安裝在進氣管1末端的分 氣包9，在進氣管1內設置多層板狀填料17，該填料17包括若干與氣體流向平行的填料板， 每層填料板的外表面都涂覆有電氣石或其他稀土類石材精制而成的負離子涂層，每層填料 板間都相距一定距離作為氣體通道，還可采用其他形狀的填料。在分氣包9上接出6個集 成了流體超聲哨3的氣體噴嘴8，氣體噴嘴8的結構與上述實施例1中的相同。流體超聲哨3的選用參照上述實施例1。在每個氣體噴嘴8后設置一個集成了超聲換能器4的循環混 合筒7，循環混合筒7為橫斷面呈圓形的筒狀物，在筒狀物的內、外壁涂覆有負離子粉末層 2，在其入口處設成用于導流的喇叭口 16，在循環混合筒7的筒腔內設置一個超聲換能器4， 超聲換能器4通過中空支架11固定在筒壁上，連接超聲換能器4與超聲波發生器15的導 線14從中空支架11中穿過。循環混合筒7通過連接架10與氣體噴嘴8固定連接。還可 將該實施例中的超聲換能器4設置于循環混合筒7外壁上，與以上實施例1相同。實施例3 附圖3為本發明外置氣體導入裝置，安裝在氣液反應器5外的外部循環 管道12上，且為一個氣體噴嘴8對應一個設置在其后的單級循環混合筒7時的實施例。其結構包括布置在氣液反應器5外并伸入設置在氣液反應器5外的外部循環管道 12的底部的進氣管1，在進氣管1內壁涂覆有電氣石或其他稀土類石材精制而成的負離子 涂層2，在進氣管1末端接出1個集成流體超聲哨3的氣體噴嘴8，氣體噴嘴8和流體超聲 哨3的結構與上述實施例1中的相同。集成了超聲換能器4的循環混合筒7為單級結構， 循環混合筒7與上述施例1相同，在其內可安裝擾流片，在其外壁上設置6個超聲換能器4。 在循環混合筒7的入口、出口都設置接管法蘭13，并通過此法蘭13接入外部循環管道中氣 體噴嘴8后的位置。參見附圖1，工作時，帶有一定壓力的氣體首先進入進氣管1和設置于進氣管1末 端的分氣包9，在氣體流經過程中，與進氣管1和分氣包9內壁所涂覆的負離子涂層或進氣 管內設置的外表面凃有負離子涂層的填料17相摩擦，使得氣體中被激發并積累大量的負 離子。富含負離子的氣體從分氣包9上的集成流體超聲哨(3)的氣體噴嘴(8)噴射而出，伴 隨著氣體在通過流體超聲哨3時所產生的超聲波進入周圍反應液體，形成了有超聲波和負 離子雙重強化傳質的改為氣液初級分散過程。然后在氣體噴嘴8的射流作用及所噴出氣 體與周圍液體的密度差的驅動下，氣體噴嘴8所噴射出的氣體會帶動周圍的反應液體共同 進入循環混合筒7，依次類推，上一級循環混合筒所排出的富氣液體會帶動周圍的貧氣液體 共同進入下一級循環混合筒，在每一級循環混合筒中都會形成由超聲換能器4所發射的超 聲波和循環混合筒7內壁所涂覆的負離子粉末層所釋放的負離子的雙重強化傳質的氣液 再次分散過程。從末級循環混合筒7所排出的液體在參與到氣液反應器5中的整體宏觀流 型中的同時，又會再重復回到各級循環混合筒的入口處，被帶回各級循環混合筒，不斷循環 重復的進行有超聲波及負離子雙重強化傳質的氣液分散過程。上述實施例2和實施例3的 工作過程和原理與實施例1基本相同，不再進行重復描述。上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一 限制條件。
權利要求
1.一種強化氣液傳質的氣體導入方法，其特征包括帶有壓力的氣體首先進入氣液反 應器的進氣管(1)和設置于進氣管末端的分氣包(9)，在氣體流經過程中，與進氣管和分 氣包內壁所涂覆的負離子粉涂層(2)，或進氣管內設置的外表面涂有負離子粉涂層的填料 (17)相摩擦，使得氣體中被激發并積累大量的負離子；富含負離子的氣體從進氣管或分氣包上接出的集成流體超聲哨(3)的氣體噴嘴(8)噴 射而出，伴隨著氣體在通過流體超聲哨時所產生的超聲波進入周圍反應液體，并帶動周圍 的反應液體共同進入設置在噴嘴后的內外壁涂有負離子粉涂層(2)且外壁上或筒腔內安裝 有超聲換能器(4)的循環混合筒(7)內，完成在超聲波和負離子雙重強化作用下的氣液傳 質與分散。
2.根據權利要求1所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征包括向 氣液反應器內通入的進氣管(1)、設置于進氣管(1)末端的分氣包(9)、設置于分氣包(9)上 的多個氣體噴嘴(8)，氣體噴嘴(8)末端或氣體噴嘴(8)內設置流體超聲哨(3)，多個氣體噴 嘴(8)的上方設置一級或同軸排列的多級循環混合筒(7)，多個氣體噴嘴(8)的出口與第一 級循環混合筒(7)的入口相對應，各級循環混合筒(7)都通過拉桿(6)固定在氣液反應器的 內壁上，各級循環混合筒(7 )外壁上或筒腔內設置超聲換能器(4 )。
3.根據權利要求2所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于所 述流體超聲哨(3)為葛爾登共振腔哨、哈特曼共振腔哨、簧片哨或漩渦哨中的任意一種或多 種組合。
4.根據權利要求2所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于在 所述進氣管(1)和分氣包(9)內壁上涂覆有一層負離子粉末層(2)；在所述循環混合筒(7) 內壁和外壁上均涂覆有一層負離子粉末層(2)。
5.根據權利要求4所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于所 述循環混合筒(7)內設有外表面涂覆有負離子粉末層(2)的擾流片，擾流片為平板擾流片 或螺旋片。
6.根據權利要求2所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于在 所述進氣管(1)內設有外表面上涂覆有一層負離子粉末層(2)的填料(17)，填料(17)為網 狀、蜂窩狀或多層板狀結構。
7.根據權利要求2所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于所 述循環混合筒(7)為橫斷面形狀呈圓形、橢圓形或多邊形的等徑筒狀或帶錐度的筒狀，在 循環混合筒(7)的入口端設有喇叭口(16)；所述氣體噴嘴(8)為橫斷面形狀呈圓形、橢圓 形、多邊形、圓環形、橢圓環形或多邊環形的等徑管的或帶錐度的管。
8.根據權利要求1所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于向 氣液反應器內通入的進氣管(1)、設置于進氣管(1)末端的分氣包(9)、設置于分氣包(9)上 的一個或多個氣體噴嘴(8)，每個氣體噴嘴(8)后銜接一級或同軸排列的多級循環混合筒(7)，氣體噴嘴(8)與循環混合筒(7)通過連接架(10)連接，氣體噴嘴(8)末端或氣體噴嘴(8)內設置流體超聲哨(3)，循環混合筒(7)內設置超聲換能器(4)。
9.根據權利要求1所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征包括氣 液反應器(5)的外部循環管路(1 底部設置進氣管(1)，進氣管(1)上設置氣體噴嘴(8)， 氣體噴嘴(8)末端或氣體噴嘴(8)內設置流體超聲哨(3)，循環混合筒(7)通過設置在其出、入口處的法蘭(13)接入外部循環管路(1 中氣體噴嘴(8)后的位置，循環混合筒(7)外壁 或筒腔內設置超聲換能器(4)。
10.根據權利要求9所述的強化氣液傳質的氣體導入方法使用的裝置，其特征在于在 所述進氣管(1)內壁上涂覆有一層負離子粉末層O)，在所述循環混合筒(7)內壁上也涂覆 有一層負離子粉末層(2)。
全文摘要
本發明提供一種強化氣液傳質的氣體導入方法，其關鍵技術包括帶有壓力的氣體首先進入氣液反應器的進氣管和設置于進氣管末端的分氣包，在氣體流經過程中，與進氣管和分氣包內壁所涂覆的負離子粉涂層，或進氣管內設置的外表面涂有負離子粉涂層的填料相摩擦，使得氣體中被激發并積累大量的負離子；富含負離子的氣體從進氣管或分氣包上接出的集成流體超聲哨的氣體噴嘴噴射而出，伴隨著氣體在通過流體超聲哨時所產生的超聲波進入周圍反應液體，并帶動周圍的反應液體共同進入設置在噴嘴后的內外壁涂有負離子粉涂層且外壁上或筒腔內安裝有超聲換能器的循環混合筒內，完成有超聲波和負離子雙重強化傳質的氣體分散。
文檔編號B01J19/10GK102125817SQ20101059344
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者方民 申請人:方民