復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置及其完成的反應(yīng)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于混合、傳質(zhì)與反應(yīng)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置及其完成的反應(yīng)方法，解決了現(xiàn)有超重力裝置不能實(shí)現(xiàn)液?液兩相需先充分、快速混合反應(yīng)后再進(jìn)行氣?液兩相吸收反應(yīng)過程強(qiáng)化的問題。其旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)設(shè)上部反應(yīng)區(qū)和下部反應(yīng)區(qū)，上、下部反應(yīng)區(qū)內(nèi)分別設(shè)置若干級(jí)同軸設(shè)置的填料轉(zhuǎn)子，上下部反應(yīng)區(qū)之間設(shè)置受液裝置。本發(fā)明將液?液兩相充分混合反應(yīng)后隨即進(jìn)行氣?液兩相反應(yīng)集成到同一臺(tái)裝置中，實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)，有效減小了設(shè)備占地空間。下部填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)斜面設(shè)計(jì)，有利于接受從受液裝置作為液體再分布器分布下來的液體。
【專利說明】
復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置及其完成的反應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于混合、傳質(zhì)與反應(yīng)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置及其完成的反應(yīng)方法，可以應(yīng)用于混合、吸收、反應(yīng)等過程的強(qiáng)化。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化工的發(fā)展，過程強(qiáng)化成為化工領(lǐng)域有效降低成本、節(jié)能、減排的重要手段。
[0003]超重力技術(shù)(High Gravity Technology, Higee)作為一種新型的過程強(qiáng)化技術(shù)，具有混合時(shí)間短，混合均勻等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的填料床模擬超重力場(chǎng)，在填料高速旋轉(zhuǎn)的過程中對(duì)液體有破碎、剪切、撕裂等作用，極大地增大了相間接觸面積、加速相界面更新速率，從而大大提高相界傳質(zhì)速率，強(qiáng)化微觀混合過程。
[0004]研究表明，超重力旋轉(zhuǎn)填料床的傳質(zhì)效率為傳統(tǒng)塔器的3倍，體積卻只為傳統(tǒng)塔器的1/10。因此，超重力旋轉(zhuǎn)填料床也被稱為現(xiàn)代化工的“晶體管”。無論對(duì)液-液兩相，還是氣-液兩相流間的微觀混合、傳質(zhì)、反應(yīng)，超重力旋轉(zhuǎn)填料床均起到傳統(tǒng)塔器、攪拌器無法比擬的強(qiáng)化作用。目前，超重力技術(shù)被成功應(yīng)用于蒸餾、吸收、降塵、脫硫、納米顆粒制備等化工領(lǐng)域的過程強(qiáng)化。
[0005]現(xiàn)有的超重力裝置中，多數(shù)設(shè)備是針對(duì)液-液兩相或氣-液兩相間的混合、傳質(zhì)與反應(yīng)的強(qiáng)化，而針對(duì)液-液兩相需先充分、快速混合反應(yīng)后再進(jìn)行氣-液兩相吸收反應(yīng)的強(qiáng)化設(shè)備卻極少。專利CN 1425493 A中公開了一種撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床反應(yīng)裝置，該裝置通過增加撞擊噴嘴即可實(shí)現(xiàn)液-液、氣-液等多相流間的混合與反應(yīng)。但氣-液兩相反應(yīng)與液-液兩相混合同時(shí)進(jìn)行，在液-液兩相的混合并不充分的情況下即進(jìn)行氣-液兩相反應(yīng)，達(dá)不到預(yù)期的強(qiáng)化效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超重力裝置不能實(shí)現(xiàn)液-液兩相需先充分、快速混合反應(yīng)后再進(jìn)行氣-液兩相吸收反應(yīng)過程強(qiáng)化的問題，提供了一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置及其完成的反應(yīng)方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，包括設(shè)有進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口和出氣口的旋轉(zhuǎn)床外殼以及從頂部進(jìn)液口進(jìn)入的撞擊流裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)設(shè)上部反應(yīng)區(qū)和下部反應(yīng)區(qū)，上、下部反應(yīng)區(qū)內(nèi)分別設(shè)置若干級(jí)同軸設(shè)置的填料轉(zhuǎn)子，上下部反應(yīng)區(qū)之間設(shè)置受液裝置。受液裝置收集從外殼內(nèi)壁流下的液體。
[0008]上部反應(yīng)區(qū)為液-液反應(yīng)區(qū)，下部反應(yīng)區(qū)為氣-液反應(yīng)區(qū)，下部反應(yīng)區(qū)最上方設(shè)置出氣口。
[0009]所述的受液裝置為錐形受液板，錐形受液板底部為圓形平盤，平盤上均布有若干布液孔，錐形受液板外沿與旋轉(zhuǎn)床外殼連接。
[0010]所述錐形受液板傾角為5°?45°，所述錐形受液板底部圓形平盤開孔率為30%?60%。
[0011]氣-液反應(yīng)區(qū)的填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)具有為斜面，斜面上設(shè)有與斜面成角度的若干帶孔斜板22，用以液體承接與再分布。氣-液反應(yīng)區(qū)的填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)斜面與垂直面設(shè)計(jì)角度為15°?45-°，帶孔斜板22與斜面設(shè)計(jì)角度60°?90-°。帶孔斜板用以液體承接與再分布。
[0012]撞擊流裝置由兩根底部設(shè)有噴嘴1、噴嘴Π16的進(jìn)料管1、進(jìn)料管Π組成，進(jìn)料管
1、進(jìn)料管Π分別連接不同的原料儲(chǔ)液槽1、原料儲(chǔ)液槽Π，液-液反應(yīng)區(qū)和氣-液反應(yīng)區(qū)分別有一組填料轉(zhuǎn)子。所述填料為整裝填料或散裝填料。
[0013]復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置完成的反應(yīng)方法，先將需要充分混合反應(yīng)的兩股原始物料分別溶解置于儲(chǔ)液槽I和儲(chǔ)液槽Π中，兩股原始物料分別由栗I和栗Π經(jīng)液體流量計(jì)I和流量計(jì)π計(jì)量后從進(jìn)料管、進(jìn)料管Π打入撞擊流裝置，經(jīng)撞擊流裝置的噴嘴I和噴嘴Π高速噴出后進(jìn)行初次快速碰撞、混合、反應(yīng)，隨后液體進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子I進(jìn)行二次深度混合反應(yīng);液-液兩相混合反應(yīng)完成后，液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)壁，在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置，由布液孔再分布到填料轉(zhuǎn)子Π內(nèi)側(cè)帶孔斜板上;液體在離心力的作用下被甩到填料轉(zhuǎn)子Π中并由內(nèi)向外甩出，氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入，與液體在填料轉(zhuǎn)子Π內(nèi)進(jìn)行逆流或錯(cuò)流接觸;完成氣-液兩相間傳質(zhì)、反應(yīng)后，氣體從出氣口排出，液體則由出液口排出至儲(chǔ)液槽m。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:將液-液兩相充分混合反應(yīng)后隨即進(jìn)行氣-液兩相反應(yīng)集成到同一臺(tái)裝置中，實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)，有效減小了設(shè)備占地空間。下部填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)斜面設(shè)計(jì)，有利于接受從受液裝置作為液體再分布器分布下來的液體。利用本發(fā)明裝置可以實(shí)現(xiàn)兩股原始物料的混合配液，隨后進(jìn)行吸收反應(yīng)的過程強(qiáng)化。也可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)行原始物料的混合反應(yīng)，再進(jìn)行氣-液兩相間的傳質(zhì)反應(yīng)的過程強(qiáng)化。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明所述一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置的使用工藝流程圖。
[0016]圖中:1_儲(chǔ)液槽I;2-栗I; 3-液體流量計(jì)I; 4-復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床；5_儲(chǔ)液槽Π; 6-栗Π; 7-液體流量計(jì)Π; 8-電機(jī)I; 9-儲(chǔ)液槽m; 10-氧氣瓶；11-臭氧發(fā)生器；12-氣體流量計(jì)；13-尾氣處理裝置。
[0017]圖2為本發(fā)明所述一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置主體示意圖。
[0018]圖中:14-進(jìn)液口；15-進(jìn)料管；16-噴嘴；17-外殼；18-出氣口； 19-進(jìn)氣口；20-出液口； 21-轉(zhuǎn)動(dòng)軸；22-帶孔斜板；23-填料轉(zhuǎn)子Π; 24-受液裝置；25-撞擊區(qū)域；26-填料轉(zhuǎn)子I。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不受下述實(shí)施方式所局限。
[0020]如圖2所示，一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置，包括:設(shè)有進(jìn)液口14、出液口 20、進(jìn)氣口 19和出氣口 18的旋轉(zhuǎn)床外殼17，從頂部進(jìn)液口 14進(jìn)入的撞擊流裝置，撞擊流裝置由兩根底部設(shè)有噴嘴16的進(jìn)料管15組成，進(jìn)料管15連接不同的原料儲(chǔ)液槽1、5;同軸設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸21上的兩級(jí)填料轉(zhuǎn)子I 26和填料轉(zhuǎn)子Π 23，填料轉(zhuǎn)子Π 23內(nèi)側(cè)斜面與垂直面成15°，斜面上的帶孔斜板與斜面成75°，所有填料為散裝不銹鋼絲網(wǎng)填料；受液裝置24傾角為30°，圓形平盤上均布有布液孔。
[0021 ]所述下部填料轉(zhuǎn)子中，氣-液兩相的接觸方式為逆流接觸。
[0022]如圖1所示，一種使用上述復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置的方法，包括如下步驟:先將需要充分混合反應(yīng)的兩股原始物料分別溶解置于儲(chǔ)液槽1、Π中，兩股原始物料分別由栗1、Π經(jīng)液體流量計(jì)1、Π計(jì)量后從兩根進(jìn)料管1、Π打入撞擊流裝置，經(jīng)噴嘴1、Π高速噴出后在撞擊區(qū)25內(nèi)進(jìn)行初次快速碰撞、混合、反應(yīng)，隨后液體進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子I 26進(jìn)行二次深度混合反應(yīng);液-液兩相混合反應(yīng)完成后，液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼17內(nèi)壁，在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置24，由布液孔再分布到下部填料轉(zhuǎn)子Π 23內(nèi)側(cè)帶孔斜板22上;液體在離心力的作用下被甩到填料轉(zhuǎn)子Π 23中并由內(nèi)向外甩出，氣體由進(jìn)氣口 19進(jìn)入，與液體在填料轉(zhuǎn)子Π 23內(nèi)進(jìn)行逆流接觸;完成氣-液兩相間傳質(zhì)、反應(yīng)后，氣體從出氣口 18排出，液體則由出液口 20排出至儲(chǔ)液槽ΙΠ 9。
[0023]針對(duì)硝基苯廢水處理過程中，在納米零價(jià)鐵的制備過程中同步將硝基苯充分還原成苯胺，隨后再利用臭氧氧化來將苯胺降解的方法，可以使用本發(fā)明所述裝置進(jìn)行過程強(qiáng)化。
[0024]利用圖1所示工藝流程，20 °C下處理含初始濃度為200 mg.L—1的硝基苯廢水。將硫酸亞鐵(FeSO4.7H20)溶解于儲(chǔ)液槽I I中的硝基苯廢水，配制濃度為0.05 mo I.L—1的含亞鐵鹽硝基苯廢水；用自來水將NaBH4溶解于儲(chǔ)液槽Π 5中，配成濃度為0.15 mol.L—1的NaBH4水溶液。兩股液體分別由栗1、Π經(jīng)液體流量計(jì)1、Π計(jì)量后從兩根進(jìn)料管1、Π打入撞擊流裝置，經(jīng)噴嘴1、Π 16高速噴出后以5 m.s—1的撞擊初速在撞擊區(qū)25內(nèi)進(jìn)行初次快速碰撞、混合、反應(yīng)，隨后液體進(jìn)入轉(zhuǎn)速為1200 rpm的填料轉(zhuǎn)子I 26進(jìn)行二次深度混合反應(yīng)；混合反應(yīng)完成后，液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼17內(nèi)壁，在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置24，由布液孔再分布到下部填料轉(zhuǎn)子Π 23內(nèi)側(cè)帶孔斜板22上;液體在離心力的作用下被甩到轉(zhuǎn)速為1200 rpm填料轉(zhuǎn)子Π 23中并由內(nèi)向外甩出；氧氣從氧氣瓶10出來后經(jīng)臭氧發(fā)生器11轉(zhuǎn)變成臭氧，經(jīng)氣體流量計(jì)12計(jì)量至流量為75 L.h—S氣相臭氧濃度為50 mg.!/1后，從進(jìn)氣口 19進(jìn)入，與廢水在下部填料轉(zhuǎn)子Π 23內(nèi)進(jìn)行逆流接觸;完成臭氧氧化反應(yīng)后，氣體從出氣口 18排出到尾氣處理裝置13，液體從出液口 20排入儲(chǔ)液槽ΙΠ 9。
[0025]單次處理后，硝基苯去除率99%，C0D去除率達(dá)75%以上。與常規(guī)方法相比，本裝置不僅處理效率高、處理時(shí)間大大縮短，而且簡(jiǎn)化處理流程，減小中間操作步驟，設(shè)備占地空間體積大大減少，能夠有效的降低處理成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，包括設(shè)有進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口和出氣口的旋轉(zhuǎn)床外殼以及從頂部進(jìn)液口進(jìn)入的撞擊流裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)設(shè)上部反應(yīng)區(qū)和下部反應(yīng)區(qū)，上、下部反應(yīng)區(qū)內(nèi)分別設(shè)置若干級(jí)同軸設(shè)置的填料轉(zhuǎn)子，上下部反應(yīng)區(qū)之間設(shè)置受液裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，其特征在于上部反應(yīng)區(qū)為液-液反應(yīng)區(qū)，下部反應(yīng)區(qū)為氣-液反應(yīng)區(qū)，下部反應(yīng)區(qū)最上方設(shè)置出氣口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，其特征在于所述的受液裝置為錐形受液板，錐形受液板底部為圓形平盤，平盤上均布有若干布液孔，錐形受液板外沿與旋轉(zhuǎn)床外殼(17)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，其特征在于所述錐形受液板傾角為5°?45°，所述錐形受液板底部圓形平盤開孔率為30%?60%。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，其特征在于氣-液反應(yīng)區(qū)的填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)具有為斜面，斜面上設(shè)有與斜面成角度的若干帶孔斜板。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，其特征在于氣-液反應(yīng)區(qū)的填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)斜面與垂直面設(shè)計(jì)角度為15°?45-°，帶孔斜板與斜面設(shè)計(jì)角度60°?90-。。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置，其特征在于撞擊流裝置由兩根底部設(shè)有噴嘴1、噴嘴Π的進(jìn)料管1、進(jìn)料管Π組成，進(jìn)料管1、進(jìn)料管Π分別連接不同的原料儲(chǔ)液槽1、原料儲(chǔ)液槽Π，液-液反應(yīng)區(qū)和氣-液反應(yīng)區(qū)分別有一組填料轉(zhuǎn)子。8.—種使用如權(quán)利要求7所述的復(fù)合式多級(jí)旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置完成的反應(yīng)方法，其特征在于:先將需要充分混合反應(yīng)的兩股原始物料分別溶解置于儲(chǔ)液槽I和儲(chǔ)液槽Π中，兩股原始物料分別由栗I和栗Π經(jīng)液體流量計(jì)I和流量計(jì)Π計(jì)量后從進(jìn)料管、進(jìn)料管Π打入撞擊流裝置，經(jīng)撞擊流裝置的噴嘴I和噴嘴Π高速噴出后進(jìn)行初次快速碰撞、混合、反應(yīng)，隨后液體進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子I進(jìn)行二次深度混合反應(yīng);液-液兩相混合反應(yīng)完成后，液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)壁，在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置，由布液孔再分布到填料轉(zhuǎn)子Π內(nèi)側(cè)帶孔斜板上;液體在離心力的作用下被甩到填料轉(zhuǎn)子Π中并由內(nèi)向外甩出，氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入，與液體在填料轉(zhuǎn)子π內(nèi)進(jìn)行逆流或錯(cuò)流接觸;完成氣-液兩相間傳質(zhì)、反應(yīng)后，氣體從出氣口排出，液體則由出液口排出至儲(chǔ)液槽m。
【文檔編號(hào)】B01J19/28GK105854332SQ201610331734
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】焦緯洲, 劉有智, 祁貴生, 袁志國(guó), 張巧玲, 高璟, 羅瑩, 申紅艷, 栗秀萍, 俸志榮
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)