本發(fā)明涉及反應器裝置，具體涉及一種氣液固三相體系中膜反應器的智能監(jiān)測裝置及方法。

背景技術：

1、在化工、環(huán)保和制藥等行業(yè)中，氣-液-固三相攪拌槽反應器因其在多相相互作用處理中的高效性而得到廣泛應用，尤其在膜反應器的設計中，將化學反應與膜分離過程耦合在同一單元內(nèi)，不僅優(yōu)化了過程流程，減少了設備占用和能源消耗，而且通過內(nèi)置膜的方式實現(xiàn)催化劑與產(chǎn)物的原位分離，為催化劑的循環(huán)利用和過程效率的強化提供了可能，進而推動了連續(xù)化生產(chǎn)的發(fā)展。

2、然而，盡管內(nèi)置膜反應器在理論上具有明顯的優(yōu)勢，其在工業(yè)規(guī)模應用中仍面臨挑戰(zhàn)，特別是膜污染問題成為限制其廣泛應用的關鍵瓶頸。膜污染主要表現(xiàn)為催化劑和其他顆粒物質(zhì)堵塞膜孔及沉積于膜表面，造成滲透通量降低，反應效率和產(chǎn)物收率下降。此外，膜表面的濾餅層形成不僅減少了催化劑與反應物的有效接觸，降低了反應速率，而且需要更高的跨膜壓差以維持所需的流量，這對膜組件的長期穩(wěn)定性和經(jīng)濟性構成威脅。

3、cn?111408274a公開了一種無機陶瓷膜組件，包括濾筒、位于所述濾筒上端的上端蓋以及位于所述濾筒下端的下端蓋，所述濾筒下端的側面開設有進液口，所述濾筒上端的側面開設有出液口，所述上端蓋上開設有產(chǎn)水口，所述下端蓋上開設有排污口，所述濾筒為圓柱體，所述濾筒內(nèi)設置有無機陶瓷膜元件，所述無機陶瓷膜元件包括位于中間位置的平板膜片組以及位于平板膜片組側面的弧形膜片，所述平板膜片組和弧形膜片的長度延伸方向與所述濾筒的延伸方向相同。該膜組件的設計為傳統(tǒng)錯流過濾方式設計，其組件連接方式及原料的流向不適用于內(nèi)置膜攪拌反應器的體系。

4、另外，目前對于膜污染的研究及其控制主要集中在固液兩相系統(tǒng)上，如cn114653328a公開了一種內(nèi)置膜攪拌反應器，該內(nèi)置膜攪拌反應器包括攪拌組件和膜組件。攪拌組件包括攪拌槽，攪拌槽上設置有滲透液出口，攪拌槽內(nèi)設置有攪拌槳，攪拌槳連接有沿攪拌槽軸向設置的攪拌軸。膜組件設置在攪拌槽內(nèi)，膜組件包括過濾膜、腔體和連接通道，腔體環(huán)繞攪拌軸設置。但該發(fā)明僅適用于固液兩相體系，對于氣-液-固三相體系，尤其是在動態(tài)攪拌條件下的研究無法實現(xiàn)。

5、cn?103936138a公開了一種mbr膜組件曝氣系統(tǒng)及控制方法，所述mbr膜組件曝氣系統(tǒng)包括置于mbr池內(nèi)的mbr曝氣總管；還包括與mbr曝氣總管連通的上層曝氣主管和下層曝氣主管，與上層曝氣主管連通的多根上層曝氣支管，以及與下層曝氣主管連通的多根下層曝氣支管；多根上層曝氣支管位于距mbr池底400-450mm的同一水平面上，且多根下層曝氣支管位于距mbr池底150-250mm的同一水平面上。該發(fā)明中的mbr膜組件曝氣系統(tǒng)在精確控制曝氣流量方面仍有不足，且其設計的復雜性和一體化程度限制了其通用性和操作的便利性。

6、因此，針對現(xiàn)有技術的不足，亟需提供一種適用于氣液固三相體系、高效、精確、智能化的監(jiān)測裝置及方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種氣液固三相體系中膜反應器的智能監(jiān)測裝置及方法，通過智能化控制系統(tǒng)精確調(diào)節(jié)流量和壓力，實現(xiàn)分離膜的有效使用和高效分離過程；還能夠精確控制氣體流量，同時簡化了曝氣組件與反應器的組合過程，顯著提升了操作便利性和系統(tǒng)的適應性。

2、為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種氣液固三相體系中膜反應器的智能監(jiān)測裝置，所述智能監(jiān)測裝置包括監(jiān)測組件與曝氣組件；

4、所述監(jiān)測組件包括沿液相流向依次連接的分離膜、氣液分離緩沖器以及齒輪泵，所述分離膜固定于反應器的內(nèi)部，所述齒輪泵排出的液相進入所述反應器中；所述分離膜的物料出口設置有壓力計；所述氣液分離緩沖器連接有真空泵，氣液分離緩沖器的內(nèi)部設置有激光測距儀，所述激光測距儀連接有計算機，所述計算機與所述齒輪泵相連接；所述反應器設置有固相進口；

5、所述曝氣組件包括沿氣相流向依次連接的氣體壓縮裝置、除水裝置、氣體質(zhì)量流量控制裝置、卡固裝置以及氣體分布器，所述氣體分布器通過所述卡固裝置固定于反應器的內(nèi)部。

6、本發(fā)明提供的智能監(jiān)測裝置，能夠實現(xiàn)對膜連續(xù)過濾過程流量的智能精確控制，其中，監(jiān)測組件是智能監(jiān)測裝置的核心部分，用于實時監(jiān)測和控制膜連續(xù)過濾過程，以確保高效的反應和減少膜污染；通過激光測距儀精確測量液位變化，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋控制齒輪泵，實時調(diào)整物料進口與物料出口的流量，確保流體在氣液分離緩沖器中的穩(wěn)定性，從而提高整個智能監(jiān)測裝置的調(diào)控精度和響應速度，同時避免人為操作的誤差和局限性，進而能夠實現(xiàn)不同變量下膜污染的高效監(jiān)測；另外，氣液分離緩沖器除了與激光測距儀配合智能控制液位，還具有分離氣相的作用，與其連接的齒輪泵可以測量單一液相流量，同時借助激光測距儀與計算機的協(xié)同調(diào)節(jié)，可以保持氣液分離緩沖器內(nèi)液位高度的恒定，從而使得齒輪泵準確監(jiān)測分離膜流出的單一液相流量。這一改進解決了在固液兩相體系中引入氣相后膜連續(xù)過濾難以穩(wěn)定監(jiān)測的問題，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和流量的準確實時監(jiān)測，還將氣液分離與液體緩沖設備耦合于同一裝置中，提高了智能監(jiān)測裝置的集成度；改進的曝氣組件也能夠實現(xiàn)更精確的氣體供應量調(diào)節(jié)，優(yōu)化的氣體流量控制減少了能源消耗，同時減少了因不均勻反應導致的原料浪費，模塊化的設計進一步提高了設備經(jīng)濟性。

7、優(yōu)選地，所述反應器的內(nèi)部設置有攪拌槳，所述攪拌槳的末端連接有攪拌電機。

8、優(yōu)選地，所述反應器為浸沒式膜反應器。

9、所述反應器是智能監(jiān)測裝置中進行化學反應的主體，反應器的設計考慮了多相相互作用的高效性，配備了攪拌槳與攪拌電機，攪拌槳通過攪拌電機的驅動實現(xiàn)攪拌，確保反應物料的均勻混合。

10、優(yōu)選地，所述分離膜包括管狀外式膜。

11、所述管狀外式膜用于實現(xiàn)液體和固體的分離。

12、本發(fā)明中，氣液分離緩沖器與真空泵連接，真空泵提供抽濾壓力，確保膜連續(xù)過濾過程的正常運行。

13、優(yōu)選地，所述沿液相流向依次連接所用連接管道包括連通管。

14、所述連通管設置于反應器的物料出口和物料進口之間，通過連通管以及設置于連通管上的壓力計，管狀外式膜的壓力可以被監(jiān)測，這有助于控制膜的壓力，并確保連續(xù)過濾過程的穩(wěn)定性。

15、優(yōu)選地，所述沿氣相流向依次連接所用連接管道包括四氟管。

16、優(yōu)選地，所述氣體壓縮裝置包括空壓機。

17、本發(fā)明中，空壓機的主要用途是提供穩(wěn)定且連續(xù)的壓縮空氣?？諌簷C的選型依據(jù)包括其輸出的氣體流量、壓力范圍以及能源效率，以滿足不同規(guī)模的三相反應器系統(tǒng)的需求。

18、優(yōu)選地，所述除水裝置與氣體質(zhì)量流量控制裝置之間設置有減壓閥。

19、優(yōu)選地，所述除水裝置包括儲水罐。

20、本發(fā)明中，除水裝置為一體化設計，通過自動排水系統(tǒng)排出，這樣的設計確保了從空壓機輸出的壓縮空氣在進入下一處理階段前是干燥的，從而避免了水分帶來的設備腐蝕問題；所述減壓閥為精密控制組件，用于將除水裝置后的高壓空氣減壓至適合氣體質(zhì)量流量控制裝置工作的壓力。

21、優(yōu)選地，所述氣體質(zhì)量流量控制裝置包括氣體質(zhì)量流量控制器，所述氣體質(zhì)量流量控制器連接有氣體質(zhì)量流量顯示儀。

22、氣體質(zhì)量流量控制器和氣體質(zhì)量流量顯示儀協(xié)同工作，實現(xiàn)對進入反應器的氣體流量的精確控制和實時顯示，所述氣體質(zhì)量流量控制器為智能型數(shù)字流量控制器，它能夠根據(jù)反應器內(nèi)的實時化學反應狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整氣體流量，以實現(xiàn)最佳的曝氣效果。氣體質(zhì)量流量顯示儀則直觀地展示當前的流量和壓力數(shù)據(jù)，使操作人員可以輕松監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)并進行必要的手動調(diào)節(jié)。

23、優(yōu)選地，所述卡固裝置包括穿板卡套。

24、所述穿板卡套為連接結構，其外端通過快插接口快速插拔曝氣組件管路，內(nèi)端用于將氣體分布器穩(wěn)定地固定于反應器內(nèi)。穿板卡套的設計允許氣體分布器在不同的反應器之間快速轉移，穿板卡套的快插接口設計簡化了曝氣系統(tǒng)的組裝與拆卸流程，使得氣體分布器可以快速插入或拔出，提高設備的模塊化和維護效率，提高了操作便捷性。

25、本發(fā)明中，氣體分布器本身具有多孔均布的設計，能夠使得氣體在反應器內(nèi)部均勻分布，提升反應效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

26、本發(fā)明中，所述曝氣組件的具體運行過程如下：首先啟動氣體壓縮裝置，并根據(jù)反應需求調(diào)整除水裝置和減壓閥的設置；待氣體質(zhì)量流量控制器接收到適宜的壓力和流量后，通過氣體質(zhì)量流量顯示儀進行監(jiān)控；根據(jù)氣體質(zhì)量流量顯示儀的反饋，通過控制系統(tǒng)進行微調(diào)，確保流量和壓力符合化學反應的具體要求；氣體經(jīng)過精確控制后通過卡固裝置輸送至氣體分布器，在反應器內(nèi)與液相和固相反應物質(zhì)進行充分地接觸和反應，攪拌電機根據(jù)需要調(diào)節(jié)攪拌槳的轉速，以確保物料的均勻混合和反應的均勻性。

27、需要說明的是，本發(fā)明基于安全性和維護方便性的考慮，所有的流體連接均配有快速斷開機制，以防止操作失誤或意外情況的發(fā)生。在維護時，可以快速地拆卸和更換卡固裝置和氣體分布器，無需對整個系統(tǒng)進行大規(guī)模停工，從而降低了維護成本和時間。

28、第二方面，本發(fā)明提供了一種氣液固三相體系中膜反應器的智能監(jiān)測方法，所述智能監(jiān)測方法通過第一方面所述的氣液固三相體系中膜反應器的智能監(jiān)測裝置進行，所述智能監(jiān)測方法包括如下步驟：

29、(1)將液相加入反應器中，開啟真空泵，由壓力計監(jiān)測壓力，通過計算機與齒輪泵控制分離膜的物料出口處真空壓力恒定，由齒輪泵測量所述分離膜的滲透通量的變化；

30、(2)膜連續(xù)過濾過程穩(wěn)定后，測量所述分離膜的初始滲透通量；

31、(3)開啟曝氣組件，調(diào)節(jié)氣體質(zhì)量流量控制裝置至目標氣體流量；向反應器內(nèi)加入固相顆粒；

32、(4)當所述分離膜的滲透通量的變化下降到預設值以下，認為膜連續(xù)過濾過程達到擬穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，停止過濾并記錄總運行時間；

33、(5)拍攝分離膜表面堆積的餅層，刮下所述分離膜表面的餅層，烘干后稱重。

34、優(yōu)選地，步驟(1)所述液相包括去離子水，步驟(3)所述曝氣組件中通入的氣相包括空氣，所述固相顆粒包括sio2顆粒。

35、優(yōu)選地，步驟(4)所述預設值為60ml·min-1。

36、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：

37、(1)本發(fā)明提供的氣液固三相體系中膜反應器的智能監(jiān)測裝置，能夠實現(xiàn)對膜連續(xù)過濾過程流量的智能精確控制，通過智能監(jiān)測和反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即激光測距儀精確測量液位變化，并根據(jù)數(shù)據(jù)反饋控制齒輪泵，實時調(diào)整物料進口與物料出口的流量，確保流體在氣液分離緩沖器中的穩(wěn)定性，從而提高了整個智能監(jiān)測裝置的調(diào)控精度和響應速度，避免人為操作的誤差和局限性，進而能夠實現(xiàn)不同變量下膜污染的高效監(jiān)測；

38、(2)氣液分離緩沖器兼具與激光測距儀配合智能控制液位與分離氣相的作用，借助激光測距儀與計算機的協(xié)同調(diào)節(jié)，可以保持氣液分離緩沖器內(nèi)液位高度的恒定，從而使得齒輪泵準確監(jiān)測分離膜流出的單一液相流量。這一改進解決了在固液兩相體系中引入氣相后膜連續(xù)過濾難以穩(wěn)定監(jiān)測的問題，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和流量的準確實時監(jiān)測，能夠適用于氣液固三相體系，還將氣液分離與液體緩沖設備耦合于同一裝置中，提高了智能監(jiān)測裝置的集成度；

39、(3)改進的曝氣組件也能夠實現(xiàn)更精確的氣體供應量調(diào)節(jié)，同時，新的快插接口設計簡化了曝氣組件的組裝與拆卸流程，提高了設備的模塊化和維護效率，提高了操作便捷性。優(yōu)化的氣體流量控制減少了能源消耗與因不均勻反應導致的原料浪費，模塊化的設計進一步提高了設備經(jīng)濟性。