微气泡发生器、气液鼓泡床反应装置及其反应方法与流程

本发明涉及气液混合反应领域，具体地涉及一种微气泡发生器，并且涉及一种气液鼓泡床反应装置及其反应方法。

背景技术：

1、气液鼓泡床反应器是一种重要的多相反应器，气液两相并流向上流动，液相是连续相，气相是分散相，气相以气泡的形式分散于液相中。气泡尺寸对气液两相之间的传质作用至关重要，气泡越小，气液相界面积越大，越有利于气液两相的传质，可以提高反应器的性能。然而传统的气液鼓泡床反应器中气体分布器产生的气泡尺寸都在毫米级以上，特别是在低气液比条件下不利于气液相间传质。毫米级气泡除了比表面积小，气液两相的传质速率低之外，还易造成液相湍动和返混，且气泡之间的相互作用变得严重，对反应器的性能造成不良影响。因此开发基于微气泡的气液鼓泡反应器，具有安全、高效、节能的特点，应用前景广泛。

2、微气泡具有比表面积大、气含率高、上升速度慢和溶解速度快等特点，是强化传质的重要手段，被广泛应用于石油化工领域的气液两相之间质量传递过程、废水处理、酿酒和好氧生物养殖等领域。目前微气泡的发生主要靠微气泡发生器来实现，发生方式主要分为剪切接触式，如文丘里型微气泡发生器；溶气释放式，如压力溶解型微气泡发生器；微孔散气式，如微孔塑料、橡胶和陶瓷管等；超声成泡式和电解析出式等方式。

3、专利cn201910238708.3公开了一种文丘里型微气泡发生器及气液发生器，发明的文丘里型微气泡发生器由旋流装置、进气孔和文丘里管组成，文丘里管渐扩段内的旋流装置增强液体剪切力，高速强湍动的液体使得气泡发生二次破碎，产生大量微气泡，具有结构紧凑、能耗低、微气泡发生效果好、维护方便等优点。气液反应器中使用这种微气泡发生器后，增强了气泡在反应器中的分散效果，强化了气液传质效率。

4、专利cn109550418a提出了一种旋流型微气泡发生器及包含该微气泡发生器的气液反应器，微气泡发生器由进液管、进气管和文丘里管组成，其中进液管与文丘里管渐缩段外径相切，通过进液管进入的高速液体相互撞击后湍流动能增加，强烈的剪切作用使得气泡发生多次破碎并产生大量微气泡，具有结构紧凑、操作简单、维护成本低的特点。

5、上述气泡发生其仍存在气泡尺寸离散、气泡尺寸偏大、液相溶气率不足等问题。因此，有必要对微气泡发生器进行优化设计，提高微气泡发生效果，满足高气液比和高传质效率的要求，使其具备更广的实用性。

6、邻甲基苯甲酸是一种重要的有机合成中间体和化工原料，被广泛地用于农药、香料、染料及其他精细化学品中。目前邻甲基苯甲酸的生产大都采用环烷酸钴为催化剂的液相空气氧化方法，由于环烷酸钴的活性较低、现有技术的气液鼓泡装置的传质效率低、氧化速度慢氧化时间较长，而反应停留时间过长，导致氧化副产物累积较多，原料单耗高，制约了该生产技术的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种微气泡发生器，以解决其存在气泡尺寸偏大、液相的溶气率不足等问题。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种微气泡发生器，其中，所述微气泡发生器包括文丘里管，所述文丘里管包括渐缩段、喉口直段和渐扩段，所述喉口直段上设置有与径向方向成角度地贯通管壁的第一旋流气孔。

3、可选择的，所述第一旋流气孔沿小于所述喉口直段的内周半径的同心圆的切向方向贯通管壁。

4、可选择的，所述微气泡发生器包括在所述第一旋流气孔处包围所述喉口直段的第一气室。

5、可选择的，所述微气泡发生器包括连接于所述渐扩段的出口直管，所述出口直管上设置有与径向方向成角度地贯通管壁的第二旋流气孔。

6、可选择的，所述第二旋流气孔沿切向方向贯通管壁。

7、可选择的，所述微气泡发生器包括在所述第二旋流气孔处包围所述出口直管的第二气室。

8、可选择的，所述第一旋流气孔和/或所述第二旋流气孔为沿气流方向的渐缩孔。

9、可选择的，所述微气泡发生器包括设置在所述出口直管中的加速件，所述加速件和所述出口直管的内周面之间形成加速环隙。

10、可选择的，所述第二旋流气孔位于所述加速环隙截面最小的位置。

11、可选择的，所述渐扩段的内壁、所述出口直管的内壁以及所述加速件的后部的外壁上设置有波纹。

12、可选择的，所述微气泡发生器包括设置在所述出口直管远离所述渐扩段的一端中的网状或格栅状的破泡板。

13、可选择的，所述微气泡发生器包括连接于所述渐缩段的进口直管。

14、另外，本发明还提供了一种气液鼓泡床反应装置，其中，所述气液鼓泡床反应装置包括鼓泡床和循环管路，所述鼓泡床设置有顶部的气相出口、底部的液相出口、侧部的原料进口、上部的循环出口和下部的循环进口，所述循环管路连接于所述循环出口和循环进口，所述循环管路上设置有以上方案所述的微气泡发生器。

15、可选择的，所述循环管路上设置有动力件和换热单元。

16、另外，本发明还提供了一种气液鼓泡床反应装置的反应方法，其中，所述气液鼓泡床反应装置为以上方案所述的鼓泡床反应装置。

17、通过上述技术方案，可以减小在液体中形成的气泡的尺寸，延长气泡在喉口直段和渐扩段中的停留时间，使得气体与液体混合均匀。

技术特征：

1.一种微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括文丘里管(1)，所述文丘里管(1)包括渐缩段(3)、喉口直段(4)和渐扩段(7)，所述喉口直段(4)上设置有与径向方向成角度地贯通管壁的第一旋流气孔(13)。

2.根据权利要求1所述的微气泡发生器，其特征在于，所述第一旋流气孔(13)沿小于所述喉口直段(4)的内周半径的同心圆的切向方向贯通管壁。

3.根据权利要求1所述的微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括在所述第一旋流气孔(13)处包围所述喉口直段(4)的第一气室(6)。

4.根据权利要求1所述的微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括连接于所述渐扩段(7)的出口直管(11)，所述出口直管(11)上设置有与径向方向成角度地贯通管壁的第二旋流气孔(14)。

5.根据权利要求4所述的微气泡发生器，其特征在于，所述第二旋流气孔(14)沿小于所述出口直管(11)的内周半径的同心圆的切向方向贯通管壁。

6.根据权利要求4所述的微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括在所述第二旋流气孔(14)处包围所述出口直管(11)的第二气室(9)。

7.根据权利要求4所述的微气泡发生器，其特征在于，所述第一旋流气孔(13)和/或所述第二旋流气孔(14)为沿气流方向的渐缩孔。

8.根据权利要求4所述的微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括设置在所述出口直管(11)中的加速件(10)，所述加速件(10)和所述出口直管(11)的内周面之间形成加速环隙。

9.根据权利要求8所述的微气泡发生器，其特征在于，所述第二旋流气孔(14)位于所述加速环隙截面最小的位置。

10.根据权利要求8所述的微气泡发生器，其特征在于，所述渐扩段(7)的内壁、所述出口直管(11)的内壁以及所述加速件(10)的后部的外壁上设置有波纹。

11.根据权利要求4所述的微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括设置在所述出口直管(11)远离所述渐扩段(7)的一端中的网状或格栅状的破泡板(12)。

12.根据权利要求11所述的微气泡发生器，其特征在于，所述微气泡发生器包括连接于所述渐缩段(3)的进口直管(2)。

13.一种气液鼓泡床反应装置，其特征在于，所述气液鼓泡床反应装置包括鼓泡床(23)和循环管路，所述鼓泡床(23)设置有顶部的气相出口(27)、底部的液相出口(28)、侧部的原料进口(20)、上部的循环出口(24)和下部的循环进口(22)，所述循环管路连接于所述循环出口(24)和循环进口(22)，所述循环管路上设置有权利要求1-12中任意一项所述的微气泡发生器(21)。

14.根据权利要求13所述的鼓泡床反应装置，其特征在于，所述循环管路上设置有动力件(26)和换热单元(25)。

15.一种气液鼓泡床反应装置的反应方法，其特征在于，所述气液鼓泡床反应装置为权利要求13或14所述的鼓泡床反应装置。

技术总结
本发明涉及气液混合反应领域，公开了一种微气泡发生器、气液鼓泡床反应装置及其反应方法，其中，所述微气泡发生器包括文丘里管(1)，所述文丘里管(1)包括渐缩段(3)、喉口直段(4)和渐扩段(7)，所述喉口直段(4)上设置有与径向方向成角度地贯通管壁的第一旋流气孔(13)。通过上述技术方案，可以减小在液体中形成的气泡的尺寸，延长气泡在喉口直段和渐扩段中的停留时间，使得气体与液体混合均匀。

技术研发人员：金渭龙,徐俊,钟思青,李勇征
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13