一种轴向偏心射流鼓泡反应器及其应用和强化传质过程的方法与流程

1.本发明属于化工领域，涉及一种轴向偏心射流鼓泡反应器及其应用和强化传质过程的方法。


背景技术：

2.气液射流鼓泡反应器是一类重要的化工气液接触与反应装置，广泛应用于对苯二甲酸的合成、烯烃氢甲酰化反应、羰基合成反应等等。该反应器是一种带有液体喷嘴以及气体鼓泡发生装置的反应器。其特点是：利用液体射流混合代替机械搅拌混合，降低了动设备的投资和维护费用，避免了搅拌桨的机械密封及振动问题。
3.气液射流鼓泡反应器根据液相射流管的位置分为轴向中心射流和偏心射流鼓泡反应器。
4.大部分的研究工作类似文献在轴向中心射流鼓泡反应器内，研究气液射流量、射流表观速度、喷嘴形式、喷嘴位置、喷射角度等，以期提高液体射流的剪切作用来破碎气泡，实现反应器内气液两相的高效分散混合。
5.专利cn106187660提供了一种顶部液相进料，产生卷吸作用，粉碎侧壁气相进料，从而产生超细气泡的微界面强化反应器。专利cn112010746a应用了上述微界面强化反应器，扩大了气液相界面积，增加了气相的停留时间，降低了能耗，提高了反应效率。专利cn106076211a公开了一种轴向中心射流反应器，且其出料口在底部，对于气液相均匀性、气液分布特性等都会产生不利影响。
6.然而，大部分的研究成果基于对混合性能良好的轴向中心射流反应器。


技术实现要素：

7.本发明所需要解决的技术问题是为克服轴向偏心射流反应器先天气液分散性差、气液相传质面积分布不均匀、气液传质系数小等问题，提出一种轴向偏心射流鼓泡反应器及其应用和强化传质过程的方法，大幅提高偏心射流反应器内的均匀传质、传热、传动过程，为反应器内的化学反应提供有利的反应场所。
8.本发明是通过以下技术方案实现的：
9.本发明第一方面提供一种轴向偏心射流鼓泡反应器，包括设有反应腔体的反应器本体、液相物料引入部件和气相物料引入部件，所述反应器本体上设有气液出流口；
10.所述液相物料引入部件设于反应器本体的轴向偏心位置；所述液相物料引入部件、所述气相物料引入部件和所述气液出流口均与所述反应腔体连通；
11.所述液相物料引入部件包括连通的第一管路和第二管路，所述第二管路的内壁上设有旋流器，旋流器的旋流强度s为0.2～1.9，如0.2～0.2167、0.2167～0.286、0.286～0.352、0.352～0.625、0.625～1.148、1.148～1.804或1.804～1.9。
12.优选地，所述液相物料引入部件的液相物料流动方向与所述气相物料引入部件的
气相物料流动方向相向设置。
13.更优选地，所述液相物料引入部件设于所述反应腔体的上部，液相物料流动方向为自上而下；所述气相物料引入部件设于所述反应腔体的下部，气相物料流动方向为自下而上。
14.优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
15.1)所述第一管路为圆柱形管路；
16.2)反应器本体的直边壁高度为h
反应器
，所述第一管路的高度为h
第一管路
，h
第一管路
/h
反应器
＝0.1～1，如0.1～0.3、0.3～0.4、0.4～0.5、0.5～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8、0.8～0.9或0.9～1；
17.3)所述第二管路沿液相物料流动方向缩径；
18.4)所述第一管路的中心轴与所述第二管路的中心轴重叠；
19.5)所述液相物料引入部件的垂直线与所述气液出流口的中心轴在反应器本体的径向平面上的垂直投影的夹角θ为10～175
°
，如10～100
°
、100～105
°
、105～125
°
、125～135
°
、135～145
°
、145～155
°
、155～165
°
或165～175
°
，所述垂直线为连接所述液相物料引入部件的中心轴与所述反应器本体的中心轴之间的垂直线；
20.6)所述旋流器为螺旋型旋流器，包括多个旋流器叶片，各旋流器叶片设于所述第二管路的内壁上；
21.7)所述气相物料引入部件为排管分布器或圆环分布器；
22.8)所述气液出流口设于反应器本体的直边壁上。
23.更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
24.11)特征1)中，所述第一管路的管径dn
液入
＝100～500mm，如100～200mm、200～250mm、250～280mm、280～350mm、350～400mm、400～450mm、450～500mm；
25.31)特征3)中，所述第二管路的出口直径d
θ
＝90～300mm，如90～250mm或250～300mm；
26.32)特征3)中，所述第二管路的高度h
缩径
＝50～500mm，如50～180mm、180～200mm、200～210mm、210～250mm或250～300mm；
27.33)特征3)中，所述第二管路与所述反应器本体的轴向中心距离为d
管
，所述反应器本体的直径为d
反应器
，d
管
/d
反应器
＝0.2～0.8，如0.2～0.5、0.5～0.56、0.56～0.666、0.666～0.7或0.7～0.8；
28.61)特征6)中，各旋流器叶片环形阵列均匀设于所述第二管路的内壁上；
29.62)特征6)中，旋流器叶片近反应器本体的中心轴侧呈长方形，远反应器本体的中心轴侧与第二管路的内壁贴合，旋流器叶片的宽度为10～60mm，如10～20mm、20～40mm、40～50mm或50～60mm，旋流器叶片的个数n＝5～10，如5～6或6～10，旋流器叶片的厚度b＝8～20mm，如8～10mm或10～20mm，呈所述长方形的旋流器叶片近反应器本体的中心轴侧所在平面与第二管路径向平面之间的夹角α0＝20～70
°
，如20～30
°
、30～45
°
、45～60
°
或60～70
°
，旋流器的半径rs＝100～200mm，如100～111mm或111～200mm，旋流器的轴枢半径rh＝20～100mm，如20～35mm、35～60mm或60～100mm。
30.进一步更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
31.111)特征11)中，所述第一管路的管径dn
液入
＝200～400mm；
32.311)特征31)中，所述第二管路的出口直径d
θ
＝90～250mm；
33.321)特征32)中，所述第二管路的高度h
缩径
＝100～300mm；
34.331)特征33)中，d
管
/d
反应器
＝0.2～0.7。
35.更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
36.71)特征7)中，排管分布器或圆环分布器的孔口气速v
气速
＝6.1～31.2m
·
s-1
，如6.1～6.3m
·
s-1
、6.3～12m
·
s-1
、12～15m
·
s-1
、15～18m
·
s-1
、18～19m
·
s-1
、19～21.1m
·
s-1
或21.1～31.2m
·
s-1
；
37.72)特征7)中，所述排管分布器包括引入管、主管和主管径向方向分布的多根支管，各支管和所述主管上均设有一个以上第一开孔，所述引入管与所述主管连通，所述主管与各支管连通，所述排管分布器为中心对称结构，位于所述主管中心的支管为排管分布器中最长的支管，其余支管的长度沿最长的支管至主管的自由端方向减小；
38.73)特征7)中，所述圆环分布器包括引入管和一个以上圆环管，所述引入管与一个圆环管连通，各圆环管上均设有一个以上第二开孔，所有圆环管呈同心圆分布，相邻圆环管之间设有一个以上连通管；
39.81)特征8)中，气液出流口的中心轴在反应器本体的直边壁高度为h
出流口
，反应器本体的直边壁高度h
反应器
，h
出流口
/h
反应器
＝0.1～0.9，如0.1～0.18、0.18～0.2、0.2～0.3、0.3～0.4、0.4～0.6或0.6～0.9。
40.进一步更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
41.711)特征71)中，v
气速
＝11.1～19.1m
·
s-1
；
42.721)特征72)中，主管的直径d
主管
＝100～800mm；主管的长度为l
主管
，l
主管
/d
反应器
＝0.1～0.9；各支管的直径为d
支管
，d
支管
/d
主管
＝0.5～1；相邻支管之间的管心距为s
支管
，s
支管
/d
支管
＝1～5；排管分布器中最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，排管分布器中最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，所有支管排布方式为以排管分布器中心开始，以等管心距形式排布，各支管长度为等差数列分布；各支管和所述主管设有的第一开孔均匀等距设置，第一开孔的直径差数列分布；各支管和所述主管设有的第一开孔均匀等距设置，第一开孔的直径
43.731)特征73)中，各圆环管的环宽d
环宽
＝100～800mm，圆环管的内直径d
内直径
/d
反应器
＝0.1～0.8；圆环管设有的第二开孔均匀等距设置，第二开孔的直径
44.732)特征73)中，圆环管的个数为1～8；
45.811)特征81)中，h
出流口
/h
反应器
＝0.3～0.6。
46.本发明第二方面提供上述轴向偏心射流鼓泡反应器应用于对苯二甲酸的合成、烯烃氢甲酰化反应和羰基合成反应。
47.本发明第三方面提供一种强化传质过程的方法，采用上述轴向偏心射流鼓泡反应器，包括如下步骤：将液相物流经所述液相物料引入部件进行喷射，产生液相喷射区；将气相物流经所述气相物料引入部件进行喷射，产生气相喷射区；喷射后的液相物流与喷射后的气相物流相接触，产生气液相交互作用区；气液相交互作用后的气液物料经所述气液出流口排出，形成气液出流区。
48.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
49.上述技术方案具有如下有益效果：
50.1)上述技术方案基本解决偏心射流鼓泡反应器的不均匀气液分布、较小的气液相传质面积、较低的气液传质系数，大幅提高偏心射流反应器的均匀传质、传热、传动过程，为反应器内的气液两相反应提供有利的接触场所。
51.2)通过上述技术方案，反应器内物料分布均匀，波动偏差分布为0.1％。
52.3)通过上述技术方案，提升反应器内气含率1.3～21.65％，提高气液出流口气含率0.22～17.32％，提高气液传质系数27.65～270.61％。
附图说明
53.图1为本发明第一实施例轴向偏心射流鼓泡反应器的示意图。
54.图2为本发明第一实施例液相物料引入部件的示意图。
55.图3为本发明第一实施例旋流器的立体结构示意图。
56.图4为本发明第二实施例旋流器的俯视结构示意图。
57.图5为本发明第一实施例排管分布器的示意图。
58.图6为本发明第一实施例圆环分布器的示意图。
59.图7为安装旋流器前后物料分布效果对比图。
60.(a)为实施例1安装旋流器前物料分布效果图(即未安装旋流器)。
61.(b)为实施例2安装旋流器后物料分布效果图。
62.图8为不同旋流强度下，反应器内及气液出流口的气含率及其波动情况对比图。
63.附图标记
64.1反应器本体
65.11反应腔体
66.d
反应器
反应器本体的直径
67.h
反应器
反应器本体的直边壁高度
68.2液相物料引入部件
69.21第一管路
70.h
第一管路
第一管路的高度
71.dn
液入
第一管路的管径
72.22第二管路
73.d
θ
第二管路的出口直径
74.h
缩径
第二管路的高度
75.d
管
第二管路与反应器本体的轴向中心距离
76.23旋流器
77.231旋流器叶片
78.b旋流器叶片的厚度
79.rs旋流器的半径
80.rh旋流器的轴枢半径
81.3气相物料引入部件
82.31排管分布器
83.311主管
84.d
主管
主管的直径
85.l
主管
主管的长度
86.312支管
87.d
支管
支管的直径
88.s
支管
相邻支管之间的管心距
89.l
最长支管
排管分布器中最长的支管长度
90.l
最短支管
排管分布器中最短的支管长度
91.313第一开孔
92.32圆环分布器
93.321圆环管
94.322第二开孔
95.323连通管
96.d
环宽
圆环管的环宽
97.d
内直径
圆环管的内直径
98.4气液出流口
99.θ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
液相物料引入部件的垂直线与气液出流口的中心轴在反应器本体的径向平面上的垂直投影的夹角
100.h
出流口
ꢀꢀꢀꢀꢀ
气液出流口的中心轴在反应器本体的直边壁高度
具体实施方式
101.以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
102.如图1所示，一种轴向偏心射流鼓泡反应器，包括设有反应腔体11的反应器本体1、液相物料引入部件2和气相物料引入部件3，反应器本体1上设有气液出流口4；
103.液相物料引入部件2设于反应器本体1的轴向偏心位置；液相物料引入部件2、气相物料引入部件3和气液出流口4均与反应腔体11连通；
104.液相物料引入部件2包括连通的第一管路21和第二管路22，第二管路22的内壁上设有旋流器23，旋流器23的旋流强度s为0.2～1.9。
105.液相物料经液相物料引入部件2引入反应器本体1的反应腔体11。气相物料经气相物料引入部件3引入反应器本体1的反应腔体11。
106.内壁上设有旋流器23的第二管路22喷射的液相，旋流器23的旋流强度s为0.2～1.9，提高轴向偏心射流鼓泡反应器的气液传质系数。
107.旋流器的旋流强度其中：
108.u、w和p分别是射流任意截面上的轴向速度分量、切向速度分量和静压力；
109.rh是旋流器的轴枢半径；rs是旋流器的半径；
110.旋流器叶片的厚度为有限值时的阻塞系数n是旋流器叶片的个数，b是旋流器叶片的厚度；α0旋流器叶片231的角度，α是旋流器叶片的倾角，α与α0的关系为：
111.在一个优选的实施例中，液相物料引入部件2的液相物料流动方向与气相物料引入部件3的气相物料流动方向相向设置。气液相逆流接触，增加气液相传质面积，提高气液传质系数。
112.具体的，液相物料引入部件2设于反应腔体11的上部，液相物料流动方向为自上而下；气相物料引入部件3设于反应腔体11的下部，气相物料流动方向为自下而上。
113.具体的，第一管路21为圆柱形管路。
114.在一个优选的实施例中，如图1所示，第一管路21的管径dn
液入
＝100～500mm。为了确保液相物料与第一管路21壁面充分接触，不发生边界层脱体，减少管路阻力，进一步优选dn
液入
＝200～400mm。
115.在一个优选的实施例中，如图1所示，反应器本体1的直边壁高度为h
反应器
，第一管路21的高度为h
第一管路
，h
第一管路
/h
反应器
＝0.1～1。
116.在一个优选的实施例中，第二管路22沿液相物料流动方向缩径。
117.在一个优选的实施例中，如图1所示，第二管路22的出口直径d
θ
＝90～300mm。液相物料沿中心轴重合的第一管路21和第二管路22充分流动到达缩径第二管路22的出口处，通过调整出口直径d
θ
的大小，以实现提高气液出流口气含率。进一步优选d
θ
＝90～250mm。
118.在一个优选的实施例中，如图1所示，第二管路22的高度h
缩径
＝50～500mm。为了减少管径突变带来的额外阻力损失，增强第二管路22出口液相喷射动能。进一步优选h
缩径
＝100～300mm。
119.在一个优选的实施例中，如图1所示，第二管路22与反应器本体1的轴向中心距离为d
管
，反应器本体1的直径为d
反应器
，d
管
/d
反应器
＝0.2～0.8，为了提高反应器的气液传质系数，增加反应器内物料的均匀性分布，进一步优选d
管
/d
反应器
＝0.2～0.7。
120.在一个优选的实施例中，第一管路21的中心轴与第二管路22的中心轴重叠。
121.在一个优选的实施例中，如图1所示，为了形成有效的气液出流区，保证反应器内物料的均匀性分布，液相物料引入部件2的垂直线与气液出流口4的中心轴在反应器本体1的径向平面上的垂直投影的夹角θ为10～175
°
，垂直线为连接液相物料引入部件2的中心轴与反应器本体1的中心轴之间的垂直线。
122.在一个优选的实施例中，如图2、图3和图4所示，旋流器23为螺旋型旋流器，包括多个旋流器叶片231，各旋流器叶片231设于第二管路22的内壁上。
123.具体的，各旋流器叶片231环形阵列均匀设于第二管路22的内壁上。
124.在一个优选的实施例中，如图3和图4所示，旋流器叶片231近反应器本体的中心轴侧呈长方形，远反应器本体的中心轴侧与第二管路的内壁贴合，旋流器叶片231的宽度为10～60mm，旋流器叶片231的个数n＝5～10，旋流器叶片231的厚度b＝8～20mm，呈长方形的旋流器叶片231近反应器本体的中心轴侧所在平面与第二管路径向平面之间的夹角α0＝20～70
°
，旋流器23的半径rs＝100～200mm，旋流器23的轴枢半径rh＝20～100mm。减小rs和增加rh可以增强气液相互作用，提高反应器内气液的均匀性分布。
125.具体的，如图5和图6所示，气相物料引入部件3为排管分布器31或圆环分布器32。
126.如图5所示，排管分布器31可以包括引入管、主管311和主管径向方向分布的多根支管312，各支管312和主管311上均设有一个以上第一开孔313，引入管与主管311连通，主管311与各支管312连通，排管分布器31为中心对称结构，位于主管311中心的支管为排管分布器中最长的支管，其余支管的长度沿最长的支管至主管311的自由端方向减小。更具体的，主管311的直径d
主管
＝100～800mm，如100～200mm、200～300mm、300～400mm或400～800mm；主管311的长度为l
主管
，l
主管
/d
反应器
＝0.1～0.9，如0.1～0.5或0.5～0.9；各支管312的直径为d
支管
，d
支管
/d
主管
＝0.5～1，如0.5～0.8、0.8～0.9或0.9～1；相邻支管之间的管心距为s
支管
，s
支管
/d
支管
＝1～5，如1～3、3～4.5或4.5～5；排管分布器中最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，排管分布器中最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，所有支管排布方式为以排管分布器中心开始，以等管心距形式排布，各支管长度为等差数列分布；各支管312和主管311设有的第一开孔313均匀等距设置，第一开孔313的直径如1/100～1/300、1/300～1/500、1/500～1/700或1/700～1/800。
127.如图6所示，圆环分布器32包括引入管和一个以上圆环管321，引入管与一个圆环管321连通，各圆环管321上均设有一个以上第二开孔322，所有圆环管321呈同心圆分布，相邻圆环管之间设有一个以上连通管323。更具体的，各圆环管的环宽d
环宽
＝100～800mm，圆环管的内直径d
内直径
/d
反应器
＝0.1～0.8；圆环管321设有的第二开孔322均匀等距设置，第二开孔的直径圆环管321的个数为1～8。不同圆环管之间采用对称等圆环管环宽的连通管323进行连接，如图6所示，三个相邻圆环管之间的连通管323相互垂直。
128.在一个优选的实施例中，排管分布器或圆环分布器的孔口气速v
气速
＝6.1～31.2m
·
s-1
，如6.1～6.3m
·
s-1
、6.3～12m
·
s-1
、12～15m
·
s-1
、15～18m
·
s-1
、18～19m
·
s-1
、19～21.1m
·
s-1
或21.1～31.2m
·
s-1
，进一步优选v
气速
＝11.1～19.1m
·
s-1
。内壁上设有旋流器23的第二管路22喷射的液相与排管分布器或圆环分布器喷射的气相产生高效的气液接触场所，提高了轴向偏心射流反应器的气液传质系数，强化轴向偏心射流鼓泡反应器内传质过程。
129.具体的，如图1所示，气液出流口4设于反应器本体1的直边壁上。在一个优选的实施例中，气液出流口的中心轴在反应器本体1的直边壁高度为h
出流口
，反应器本体1的直边壁高度h
反应器
，h
出流口
/h
反应器
＝0.1～0.9，为了促使反应器内气液混合物均匀流出，不影响反应器内气液物料的均匀性分布，进一步优选h
出流口
/h
反应器
＝0.3～0.6。
130.实施例2至实施例12的轴向偏心射流鼓泡反应器，如图1所示，包括设有反应腔体11的反应器本体1、液相物料引入部件2和气相物料引入部件3，反应器本体1上设有气液出流口4；液相物料引入部件2设于反应器本体1的轴向偏心位置；液相物料引入部件2、气相物
料引入部件3和气液出流口4均与反应腔体11连通；液相物料引入部件2包括连通的第一管路21和第二管路22，第二管路22的内壁上设有旋流器23，旋流器23包括多个旋流器叶片231，各旋流器叶片231设于第二管路22的内壁上。液相物料引入部件2设于反应腔体11的上部，液相物料流动方向为自上而下；气相物料引入部件3设于反应腔体11的下部，气相物料流动方向为自下而上。第一管路21为圆柱形管路。第二管路22沿液相物料流动方向缩径。第一管路21的中心轴与第二管路22的中心轴重叠。气相物料引入部件3为排管分布器31或圆环分布器32，如图5和图6所示。气液出流口4设于反应器本体1的直边壁上。
131.气相物料引入部件3为排管分布器31，实施例1～4、6、8～12中排管分布器31的具体结构如下：排管分布器31包括引入管、主管311和主管径向方向分布的多根支管312，各支管312和主管311上均设有一个以上第一开孔313，引入管与主管311连通，主管311与各支管312连通，排管分布器31为中心对称结构，位于主管311中心的支管为排管分布器中最长的支管，其余支管的长度沿最长的支管至主管311的自由端方向减小，所有支管排布方式为以排管分布器中心开始，以等管心距形式排布，各支管长度为等差数列分布；各支管312和主管311设有的第一开孔313均匀等距设置，第一开孔313的直径为主管311的直径为d
主管
，主管311的长度为l
主管
，各支管312的直径为d
支管
，相邻支管之间的管心距为s
支管
，排管分布器中最长的支管长度为l
最长支管
，排管分布器中最短的支管长度为l
最短支管
。
132.气相物料引入部件3为圆环分布器32，实施例5、7中圆环分布器32的具体结构如下：圆环分布器32包括连通的引入管和一个圆环管321，圆环管321上设有一个以上第二开孔322，圆环管的环宽为d
环宽
＝100～800mm，圆环管的内直径为d
内直径
，圆环管321设有的第二开孔322均匀等距设置，第二开孔的直径为
133.旋流器23为螺旋型旋流器，旋流器23的旋流强度为s，旋流器叶片231近反应器本体的中心轴侧呈长方形，远反应器本体的中心轴侧与第二管路的内壁贴合，旋流器叶片231的个数为n，旋流器叶片231的厚度为b，呈长方形的旋流器叶片231近反应器本体的中心轴侧所在平面与第二管路径向平面之间的夹角为α0，旋流器23的半径为rs，旋流器23的轴枢半径为rh。
134.反应器本体1的直边壁高度为h
反应器
，第一管路21的高度为h
第一管路
，第一管路21的管径为dn
液入
，第二管路22的出口直径为d
θ
，第二管路22的高度为h
缩径
，第二管路22与反应器本体1的轴向中心距离为d
管
，反应器本体1的直径为d
反应器
，液相物料引入部件2的垂直线与气液出流口4的中心轴在反应器本体1的径向平面上的垂直投影的夹角为θ，垂直线为连接液相物料引入部件2的中心轴与反应器本体1的中心轴之间的垂直线。排管分布器或圆环分布器的孔口气速为v
气速
，气液出流口的中心轴在反应器本体1的直边壁高度为h
出流口
，反应器本体1的直边壁高度为h
反应器
。
135.实施例1的轴向偏心射流鼓泡反应器区别在于第二管路22的内壁上没有设有旋流器23。
136.实施例1(对比例)
137.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，d
主管
＝300mm，l
主管
/d
反应器
＝0.9，d
支管
/d
主管
＝1，s
支管
/d
支管
＝5，最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，d
管
/d
反应器
＝0.666，dn
液入
＝350mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.3，h
缩径
＝300mm，v
气速
＝12m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.2，θ＝105
°
，液相物料引入部件的出口液速
为7m/s。反应器内物料分布结果如图7(a)所示。
138.实施例2
139.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，d
主管
＝400mm，l
主管
/d
反应器
＝0.9，d
支管
/d
主管
＝0.5，s
支管
/d
支管
＝3，最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，d
管
/d
反应器
＝0.666，dn
液入
＝350mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.5，h
缩径
＝300mm，旋流器叶片231的宽度为40mm，旋流器叶片231的个数n＝6，旋流器叶片231的厚度b＝10mm，α0＝30
°
，旋流器23的半径rs＝111mm，旋流器23的轴枢半径rh＝35mm，旋流强度s＝0.352，v
气速
＝12m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.2，θ＝105
°
，液相物料引入部件的出口液速为7m/s。为了对比安装旋流器叶片231后的效果，对比实施例1，v
气速
＝12m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.2，θ＝105
°
，液相物料引入部件的出口液速为7m/s。反应器内物料分布结果如图7(b)所示，安装旋流器叶片231后，反应器内物料分布依然均匀。因此，采用圆柱形的第一管路以及沿液相物料流动方向缩径和安装旋流器叶片231的第二管路也可以实现轴向偏心射流鼓泡反应器的均匀气液分布。
140.反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
141.实施例3
142.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，d
主管
＝200mm，l
主管
/d
反应器
＝0.1，d
支管
/d
主管
＝0.8，s
支管
/d
支管
＝5，最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，d
管
/d
反应器
＝0.666，dn
液入
＝350mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.1，h
缩径
＝300mm，旋流器叶片231的宽度为40mm，旋流器叶片231的个数n＝6，旋流器叶片231的厚度b＝10mm，α0＝45
°
，旋流器23的半径rs＝111mm，旋流器23的轴枢半径rh＝35mm，旋流强度s＝0.625，v
气速
＝12m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.2，θ＝105
°
，液相物料引入部件的出口液速为7m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
143.实施例4
144.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，结构同实施例3，d
管
/d
反应器
＝0.666，dn
液入
＝350mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.9，h
缩径
＝300mm，旋流器叶片231的宽度为40mm，旋流器叶片231的个数n＝6，旋流器叶片231的厚度b＝10mm，α0＝60
°
，旋流器23的半径rs＝111mm，旋流器23的轴枢半径rh＝35mm，旋流强度s＝1.148，v
气速
＝12m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.2，θ＝105
°
，液相物料引入部件的出口液速为7m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
145.实施例5
146.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为圆环分布器32，d
内直径
/d
反应器
＝0.75，d
环宽
＝200mm，d
管
/d
反应器
＝0.2，dn
液入
＝200mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.1，h
缩径
＝50mm，旋流器叶片231的宽度为40mm，旋流器叶片231的个数n＝10，旋流器叶片231的厚度b＝20mm，α0＝20
°
，旋流器23的半径rs＝100mm，旋流器23的轴枢半径rh＝20mm，旋流强度s＝0.286，v
气速
＝6.3m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.1，θ＝10
°
，液相物料引入部件的出口液速为9m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
147.实施例6
148.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，结构同实施例3，d
管
/d
反应器
＝0.7，dn
液入
＝400mm，d
θ
＝250mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.9，h
缩径
＝300mm，旋流器叶片231的宽度为20mm，旋流器叶片231的个数n＝5，旋流器叶片231的厚度b＝8mm，α0＝70
°
，旋流器23的半径rs＝200mm，旋流器23的轴枢半径rh＝100mm，旋流强度s＝1.890，v
气速
＝21.1m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.6，θ＝100
°
，液相物料引入部件的出口液速为10m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
149.实施例7
150.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为圆环分布器32，d
内直径
/d
反应器
＝5/6，d
环宽
＝150mm，d
管
/d
反应器
＝0.7，dn
液入
＝250mm，d
θ
＝300mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.7，h
缩径
＝250mm，旋流器叶片231的宽度为10mm，旋流器叶片231的个数n＝5，旋流器叶片231的厚度b＝20mm，α0＝70
°
，旋流器23的半径rs＝200mm，旋流器23的轴枢半径rh＝20mm，旋流强度s＝1.804，v
气速
＝18m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.3，θ＝145
°
，液相物料引入部件的出口液速为9m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
151.实施例8
152.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，结构同实施例2，d
管
/d
反应器
＝0.5，dn
液入
＝280mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.3，h
缩径
＝180mm，旋流器叶片231的宽度为60mm，旋流器叶片231的个数n＝10，旋流器叶片231的厚度b＝8mm，α0＝20
°
，旋流器23的半径rs＝200mm，旋流器23的轴枢半径rh＝60mm，旋流强度s＝0.2167，v
气速
＝19m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.18，θ＝165
°
，液相物料引入部件的出口液速为9m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
153.实施例9
154.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，结构同实施例1，d
管
/d
反应器
＝0.5，dn
液入
＝100mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.3，h
缩径
＝180mm，旋流器叶片231的宽度为60mm，旋流器叶片231的个数n＝10，旋流器叶片231的厚度b＝8mm，α0＝20
°
，旋流器23的半径rs＝200mm，旋流器23的轴枢半径rh＝60mm，旋流强度s＝0.2167，v
气速
＝6.1m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.9，θ＝175
°
，液相物料引入部件的出口液速为9m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
155.实施例10
156.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，结构同实施例3，d
管
/d
反应器
＝0.5，dn
液入
＝500mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.6，h
缩径
＝180mm，旋流器叶片231的宽度为60mm，旋流器叶片231的个数n＝10，旋流器叶片231的厚度b＝8mm，α0＝20
°
，旋流器23的半径rs＝200mm，旋流器23的轴枢半径rh＝60mm，旋流强度s＝0.2167，v
气速
＝31.2m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.9，θ＝155
°
，液相物料引入部件的出口液速为9m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
157.实施例11
158.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，d
主管
＝800mm，l
主管
/d
反应器
＝0.1，d
支管
/d
主管
＝0.5，s
支管
/d
支管
＝5，最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，d
管
/d
反应器
＝0.56，dn
液入
＝450mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝
0.8，h
缩径
＝210mm，旋流器叶片231的宽度为50mm，旋流器叶片231的个数n＝6，旋流器叶片231的厚度b＝10mm，α0＝45
°
，旋流器23的半径rs＝111mm，旋流器23的轴枢半径rh＝35mm，旋流强度s＝0.625，v
气速
＝18m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.3，θ＝135
°
，液相物料引入部件的出口液速为8m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
159.实施例12
160.一种轴向偏心射流鼓泡反应器，气相物料引入部件3为排管分布器，d
主管
＝100mm，l
主管
/d
反应器
＝0.5，d
支管
/d
主管
＝0.9，s
支管
/d
支管
＝4.5，最长的支管长度l
最长支管
＝l
主管
，最短的支管长度l
最短支管
＝3s
支管
，d
管
/d
反应器
＝0.66，dn
液入
＝350mm，d
θ
＝90mm，h
第一管路
/h
反应器
＝0.4，h
缩径
＝200mm，旋流器叶片231的宽度为50mm，旋流器叶片231的个数n＝6，旋流器叶片231的厚度b＝10mm，α0＝45
°
，旋流器23的半径rs＝111mm，旋流器23的轴枢半径rh＝35mm，旋流强度s＝0.625，v
气速
＝15m
·
s-1
，h
出流口
/h
反应器
＝0.4，θ＝125
°
，液相物料引入部件的出口液速为8.5m/s。反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化见表1。
161.表1反应器内气含率变化、气液出流口气含率变化及气液传质系数变化
[0162][0163]
图8给出稳定时，不同旋流强度下，实施例1、实施例2、实施例3和实施例4反应器内及气液出流口气含率及其波动情况对比。未安装旋流器的轴向偏心射流反应器的气含率偏差较小，流场稳定。第二管路安装旋流器后，反应器内体相和气液出流口4的气含率显著提升，根据文献(高峰等人.肯尼斯静态混合器中气液两相传质参数的测定.石油炼制.1985,12:28)中气液传质系数计算方法，获得体系的气液传质系数增大至183.23％，气液出流口4的o2含量明显增加，体相的稳定性也增加。随着旋流强度的降低，气液出流口4的o2含量气含率增加。克服了轴向偏心射流反应器先天气液分散性差、气液相传质面积分布不均匀、气液传质系数小等问题，大幅度提高了轴向偏心射流鼓泡反应器气液传质系数。
[0164]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出同的更改或替换，这些更
改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。