一种基于电场强化的鼓泡式石蜡氧化装置

1.本实用新型属于石蜡改性技术领域，特指一种基于电场强化的鼓泡式石蜡氧化催化装置。


背景技术：

2.随着各行各业对蜡品质需求的提升，采用氧化方法对石蜡进行化学改性以获得具有更高附加值的改性蜡受到了普遍重视。石蜡氧化后在润滑性、颜料分散性、乳化性和油溶性等许多性能方面均会得到提升，同时其柔韧性也会得到改善。因此，氧化石蜡在合成润滑油、涂层、防治、金属防腐蚀、热塑性树脂、陶瓷、生物降解材料、金属表面处理等方面得到了广泛的应用。
3.目前石蜡的氧化工艺主要采用的是罐组式和多段式连续氧化法。罐组式石蜡连续氧化法是将物料经过多个串联的反应塔完成氧化反应，其核心思想为：增加串联反应设备和建立专门导向的输送装置，通过利用反应容积效应、增加线速度和减少混合效应的方法，将一塔中未反应的液体石蜡同催化剂输送到串联塔中进行二次或多次氧化以提高液体石蜡的氧化率。多段塔式石蜡连续氧化法的原理是设置多段气液并流接触的上升式氧化塔，通过增加塔高延长气泡与液体石蜡的接触时间使氧化反应更充分。从多相流传热传质的角度来看，在氧化反应器底部鼓泡产生的气泡对反应过程及液体石蜡氧化深度具有重要影响。液体石蜡中气泡尺寸的减小可增大相界面积并延长气泡在液体石蜡中的滞留时间，能有效强化相间混合和提高相间传质效率。传统方法主要通过机械搅拌或采用多孔介质来达到限制气泡尺寸、强化相间混合的目的。但由于相关技术普遍存在能耗过高、气泡尺寸减小有限且均匀性难以控制等问题，限制了石蜡氧化工艺的发展。


技术实现要素：

4.本实用新型根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种基于电场强化的鼓泡式石蜡氧化装置，目的是利用施加外电场强化气泡分散的技术实现液体石蜡的高效、低能耗氧化催化。
5.本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种基于电场强化的鼓泡式石蜡氧化装置，包括：
7.氧化反应器，所述氧化反应器自下往上分为反应器绝缘段和反应器金属段，两段相互连接，形成反应腔；
8.与反应器绝缘段底部进料口连接的原料配送单元；
9.设置在反应器绝缘段内的电场强化气泡分散发生单元，所述电场强化气泡分散发生单元包括阵列式毛细电极和环电极；
10.与阵列式毛细电极相连接的供气单元；
11.与反应器金属段连接氧化后处理单元，所述氧化后处理单元包括消泡器和氧化石蜡贮槽。
12.进一步，所述原料配送单元包括原料贮槽、比例泵、石蜡预热器，原料贮槽内存放液体石蜡和催化剂；原料贮槽的出口通过输送管依次连通比例泵、石蜡预热器。
13.进一步，所述氧化后处理单元包括消泡器和氧化石蜡贮槽，出料口、消泡器和氧化石蜡贮槽之间通过管道依次连接。
14.进一步，所述环电极与反应器绝缘段的内壁接触固定，并通过导线与氧化反应器外部的高压电源连接。
15.进一步，所述阵列式毛细电极是由多根单个毛细电极竖直安装在反应器绝缘段的底部，且多根单个毛细电极之间按照阵列布置。
16.进一步，每个毛细电极内径在0.1～0.3mm之间，顶部高于进料口10mm以上，阵列式毛细电极与环电极之间距离在10～20mm。
17.进一步，供气单元包括空压机，空压机通过管道与每个毛细电极的底部连接。
18.进一步，在空压机与毛细电极的连接管道上装有气体流量计。
19.进一步，在氧化反应器处安装有压力控制器。
20.进一步，高压电源为直流电源，施加电压控制在15kv以上。
21.进一步，所述反应器的绝缘部分材料优选聚四氟乙烯；所述环电极材料选铜。
22.本实用新型的有益效果是：
23.本实用新型利用电场强化相分散技术对液体石蜡进行高效氧化催化。更具体的说，通过绝缘段反应器的设计保证强电场可以施加在配置电极间，通过阵列式毛细电极及阵列式毛细电极与进料口、环电极之间安装位置的设置，使空气能够以微气泡形式均匀分散到氧化反应器中，提供充足的气泡与石蜡接触面积；同时，电场可诱导流体产生流动，该流动有利于相间混合并促进相间传热与传质，从而实现在低能耗条件下极大地强化液体石蜡氧化反应过程。本实用新型所设计的装置结构简单，安装方便，运行及维护费用较低；整套装置操作简单，加工易于实现。
24.本实用新型通过对电极结构的设计，采用施加外电场的方法能够实现低能耗条件下气泡分散特性的精确调控。基于电场强度和气体流量等参数的配合，可控制气泡直径从毫米级至微米级，甚至可实现纳米级，从而能极大地强化气液相间反应和传质过程，有利于液体石蜡的充分氧化。此外，强电场作用可诱导流体产生微流动，流动现象的出现可进一步强化相间均匀混合，增大反应物相互接触面积，从而加快液体石蜡的氧化。
附图说明
25.图1为本实用新型的石蜡氧化装置结构示意图。
26.图2为本实用新型的阵列式毛细电极示意图。
27.图中，1.空压机，2.气体流量计，3.阵列式毛细电极，4.进料口，5.石蜡预热器，6.比例泵，7.原料贮槽，8.微气泡，9.催化剂，10.环电极，11.反应器绝缘段，12.反应器金属段， 13.压力控制器，14.出料口，15.消泡器，16.氧化石蜡贮槽，17.冷凝器，18.高压电源。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
29.本实用新型提供了一种基于电场强化的鼓泡式石蜡氧化装置，如图1所示，主要包括：氧化反应器、电场强化气泡分散发生单元、供气单元、原料配送单元以及氧化后处理单元。
30.氧化反应器整体设计为圆筒状，自下往上分别是反应器绝缘段11和反应器金属段12，由反应器绝缘段11和反应器金属段12组装而成。在反应器金属12处安装有压力控制器13，通过压力控制器13对氧化反应器内压进行控制。反应器绝缘段11的底部设置进料口4；进料口4连接原料配送单元。为了使得反应器绝缘段11具有导向性，将反应器绝缘段11的下半段自下往上设计为渐扩型，上半段设计为圆筒状。更具体地，反应器的绝缘部分材料优选聚四氟乙烯。
31.原料配送单元包括原料贮槽7、比例泵6、石蜡预热器5；其中，原料贮槽7用于存放液体石蜡和催化剂。原料贮槽7的出口通过输送管依次连通比例泵6、石蜡预热器5，液体石蜡和催化剂自原料贮槽7经比例泵6配比，通过石蜡预热器5加热并控制温度，由进料口4向氧化反应器送入液体石蜡和细颗粒物催化剂的混合物。在反应器金属段12的上端设置出料口14，出料口14连接氧化后处理单元。更具体地，催化剂为金属细颗粒物，直径在 100μm以下
32.氧化后处理单元包括消泡器15和氧化石蜡贮槽16，出料口14、消泡器15和氧化石蜡贮槽16之间依次连接。
33.在反应器绝缘段11内设置电场强化气泡分散发生单元，电场强化气泡分散发生单元包括阵列式毛细电极3、环电极10和高压电源18；其中，环电极10截面直径为2mm，与反应器绝缘段11的内壁接触固定，并通过金属丝与外界高压电源18的连接线相连。阵列式毛细电极3垂直安装于反应器绝缘段11的底部，电极延伸至反应器中的长度可调，且阵列式毛细电极3需要接地，单个毛细电极内径在0.1～0.3mm之间，顶部高于进料口(4)10mm 以上，阵列式毛细电极3与环电极10之间距离控制在10～20mm，环电极与金属段间距离在50mm以上。毛细电极的底部连接供气单元。在本实施例中，所采用的是环电极10，除此之外还可以采用金属网电极。高压电源优选直流电源，施加电压控制在15kv以上。环电极材料优选铜。
34.供气单元包括空压机1，空压机1通过管道与每个毛细电极的底部连接，在空压机1与毛细电极的连接管道上装有气体流量计2。单个毛细管流量控制在0.5ml/min以下。
35.为了更清楚的解释本技术所设计的石蜡氧化技术，以下对工作过程做进一步说明：
36.提前通过压力控制器13调节好反应器内压，通过比例泵将细颗粒物催化剂与液体石蜡按比例混合均匀，通过进料口4向反应器中持续送入，进料流动状态控制在蠕动模式。待填充物淹没环电极10后，打开空压机1，通过气体流量计2控制流量。待毛细管口出现气泡后，启动高压电源11，调节电源参数，将施加电压控制在15kv以上。
37.在氧化反应器内，液体石蜡和催化剂的混合物蠕动上行，在强电场作用下，气体经毛细电极3呈微气泡8快速分散在液体石蜡中，增大电场强度使气泡尺寸进一步减小，微气泡8由底部的阵列式毛细电极产生的微气泡快速、均匀地分散在液体石蜡中；通过催化剂9 作用与液体石蜡发生氧化反应。反应产物从出料口14进入消泡器15，完成消泡后送入氧化石蜡贮槽16。
38.图2为阵列式毛细电极示意图，其中电极数量和布置可根据反应器内径进行调整。
39.本实用新型技术实施过程中通过高速摄像技术采集的气泡分散模式，其施加电压为25 kv，气泡尺寸在0.08～0.11mm之间。强电场作用使空气在液体石蜡中呈微气泡快速分散，提供了充足的相接触面积，同时由强电场诱导流场产生的流动，进一步促进了相间混合与传质，可实现在低能耗条件下极大地强化的石蜡氧化反应过程。
40.以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰(包括根据反应器尺寸需配置阵列式电极数量和形式和根据实际产量需配置阵列式反应器)，均在本实用新型的保护范围之内。