本发明属于化学反应设备领域，具体涉及一种内含组合流场结构的气液反应装置。
背景技术：
1、气液反应装置广泛应用于油井开采、气体回收和污水处理等工业方面。由于气体和液体的密度差异大，欲使气体以小气泡的形式分散在液体中，仅仅依靠自身的扩散以及对流是很难实现的，只有借助一定的结构强化气液之间的对流，使流体被打散并重新排列，才有可能实现混合。通过微界面增大气液接触面积是强化气液传质的重要途径，具体的气液分散微界面强化方式分为微液滴和微气泡两种。
2、在工业废水处理等应用中，需要在较高的液体流速下产生小气泡来增加气液分散界面，以此在保证处理废液量的前提下提高污水处理效率进而节能减碳。传统的污水处理设备存在体积大、成本高和传质效率低等缺点，迫切需要传质效率高、结构简单、成本低且完善的污水处理设备。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，为了产生尺寸更小的气泡以强化气液的混合与传质效率，本发明提供一种内含组合流场结构的气液反应装置。
2、本发明提出了一种内含组合流场结构的气液反应装置，包括微泡发生器、液体驱动泵、气瓶和反应水槽，所述液体驱动泵和气瓶连接微泡发生器分别通入液体和气体，所述微泡发生器连接反应水槽通入混合气液进行反应。所述微泡发生器中至少设有两对流场结构，其中一对流场结构相对于微泡发生器内壁倾斜。
3、气液反应装置包括连接管道将液体驱动泵和反应水槽连接成液体循环系统。
4、进一步的，所述微泡发生器包括文丘里型流体通道，所述流体通道内连接多组第一流场结构和第二流场结构，第一流场结构和第二流场结构依次交替设置，多个重复的流场结构能够减少文丘里管的进气量，在管道内带来更多的扰动，使气泡产生二次破碎。可有效增加气液反应器内的涡流，抑制气泡汇聚，维持小气泡尺寸。
5、进一步的，所述文丘里型流体通道包括收缩段、喉管、扩散段和混合段，所述喉管连接气体入口通道。
6、进一步的，所述第一流场结构为椭圆柱形流场结构，所述第二流场结构为螺旋形流场结构；所述第一流场结构倾斜连接流体通道，相邻第一流场结构与流体通道内壁产生的夹角互补，相邻第二流场结构的中心轴线相互垂直。
7、所述第一流场结构可增加沿通道方向的涡流，但在垂直通道方向涡流不够完整；所述第二流场结构则可使流体在垂直通道方向形成完整的涡流且流速较为均匀。流体在两种流场结构的组合作用下，既能保持沿通道方向的涡流数量，同时又可增加垂直通道方向的涡流数量与完整性。很大程度上增加了气液两相的接触面积，对气泡进行二次破碎并且抑制气泡在出口处汇聚，维持较小的气泡尺寸。
8、进一步的，所述第一流场结构厚度为5-15mm，相邻的第一流场结构间隔为5-20mm，与通道内壁的夹角为30-160°，数量为0-24个，成对设置，所述第一流场结构上设有通孔，所述通孔直径为1-5mm，数量为4-12个，呈椭圆形分布，椭圆长径为4-18mm，短径为2-16mm，通孔的设计能够增加流体碰撞，其孔洞能够影响流体在通道内的流动方向与流动速度，增加沿通道方向的涡流，从而增加气泡破碎过程，实现低能耗条件下减小气泡体积。。
9、进一步的，所述第二流场结构厚度为1-5mm，相邻的第二流场结构间隔为5-20mm，扭转角为30-90°，长度为3-20mm，数量为0-24个，成对设置，螺旋形的设计可以对流体产生再次产生垂直通道方向的扰动，抑制气泡在出口处重新汇聚。
10、进一步的，所述流体通道的外壳厚度为1-5mm，所述液体入口直径为6-22mm，气体入口直径为2-10mm；所述收缩段的收缩角度为6-22°；喉管直径为3-12mm，长度为4-30mm；气体入口通道长度为2-10mm；扩散段的扩散角度为4.5-14.5°；混合段的直径为10-25mm，长度为15-300mm。
11、在实际应用中，多种反应需要精确的气液流量与合适的反应温度，因此需要流量、压力与温度传感器等，避免设备运行期间电机发热而导致整个反应体系温度升高的问题，保证稳定的反应条件，确保装置高效运行。
12、进一步的，所述反应水槽包括温度控制系统和气体回收装置，温度控制范围为-25～200℃，所述温度控制系统可将液体循环系统控制在所需温度范围内，避免设备运行期间电机发热而导致整个反应体系温度升高的问题，保证稳定的反应条件，确保装置高效运行。
13、进一步的，所述反应水槽为长方体，长、宽、高分别为0.2-0.5m、0.15-0.5m、0.25-0.4m,容量为5-100l。
14、进一步的，所述气液反应装置适用范围为：液体流量4-133l/min，气体流量1-20l/min，液体密度700-1200kg/m3，液体粘度0.0003-0.003kg/m·s。
15、有益效果：
16、文丘里型气泡发生器是一种常见的气泡发生器，其原理是利用管径变化促使流体流速发生改变，进而减小流体入口所需压力并在扩散段利用流速变化产生气泡。仅靠无结构文丘里管难以维持微小气泡的尺寸，因此在混合通道内设置加强流体扰动的流场结构来抑制气泡汇聚是一种较为理想的技术选择。
17、本发明气泡发生装置具有完整的液体循环系统和压力、流量及温度控制系统，能够满足多种实际应用中的反应条件。其中微泡发生器为文丘里型，气相流道与液相流道相互垂直，通过管径大小的变化改变流体的流速，因而产生气泡。但仅靠无内置结构的文丘里管难以维持微小气泡状态。多孔结构增强了对流体的扰动性，当流体经过多孔板时，孔道结构可以改变流体速度与方向，使气液两相在湍流中互相撞击，增加沿通道方向的涡流，易于促进气泡破碎过程。螺旋流场结构可以对流体产生再次产生垂直通道方向的扰动，抑制气泡在出口处重新汇聚。两种流场结构组合可对气泡进行二次破碎并且抑制气泡汇聚，从而在没有外加场的条件下实现将微气泡长时间维持在小尺寸范围内的目的。
1.一种内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，包括微泡发生器(1)、液体驱动泵(2)、气瓶(3)和反应水槽(5)，所述液体驱动泵(2)和气瓶(3)连接微泡发生器(1)分别通入液体和气体，所述微泡发生器(1)连接反应水槽(5)通入混合气液进行反应，所述微泡发生器(1)中至少设有两对流场结构，其中一对流场结构相对于微泡发生器(1)内壁倾斜。
2.根据权利要求1所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述微泡发生器(1)包括文丘里型流体通道(11)，所述流体通道(11)内设有多组流场结构，所述流场结构包括第一流场结构(12)和第二流场结构(13)，第一流场结构(12)和第二流场结构(13)依次交替设置。
3.根据权利要求2所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述文丘里型流体通道(11)包括收缩段(111)、喉管(112)、扩散段(114)和混合段(115)，所述喉管(112)连接气体入口通道(113)，混合段(115)中设有第一流场结构(12)和第二流场结构(13)。
4.根据权利要求2所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述第一流场结构(12)为椭圆柱形流场结构，所述第二流场结构(13)为螺旋形流场结构；所述第一流场结构(12)倾斜连接流体通道(11)，相邻第一流场结构(12)的中轴线与流体通道(11)中轴线产生的夹角互补，相邻第二流场结构(13)的中心轴线相互垂直。
5.根据权利要求2所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述第一流场结构(12)厚度为5-15mm，相邻的第一流场结构(12)间隔为5-20mm，与通道内壁的夹角为20-160°，数量为0-24个，成对设置，所述第一流场结构(12)上设有通孔，所述通孔直径为1-5mm，数量为4-12个，呈椭圆形分布，椭圆长径为4-18mm，短径为2-16mm。
6.根据权利要求2所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述第二流场结构(13)厚度为1-5mm，相邻的第二流场结构(13)间隔为5-20mm，扭转角为30-90°，长度为3-20mm，数量为0-24个，成对设置。
7.根据权利要求3所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述流体通道(11)的外壳厚度为1-5mm，所述液体入口直径为6-22mm，气体入口直径为2-10mm；所述收缩段(111)的收缩角度为6-22°；喉管(112)直径为3-12mm，长度为4-30mm；气体入口通道(113)长度为2-10mm；扩散段(114)的扩散角度为4.5-14.5°；混合段(115)的直径为10-25mm，长度为15-300mm。
8.根据权利要求1所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述反应水槽(5)包括温度控制系统(4)和气体回收装置(7)，温度控制范围为-25-200℃。
9.根据权利要求1所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述气液反应装置适用范围为：液体流量4-133l/min，气体流量1-20l/min，液体密度700-1200kg/m3，液体粘度0.0003-0.003kg/m·s。
10.根据权利要求1所述的内含组合流场结构的气液反应装置，其特征在于，所述气液反应装置应用于废水处理，流入气液反应装置的反应流体流量为4.8l/min，所述气体入口通道(113)通入臭氧，所述反应水槽(5)中废水cod浓度为339mg/l。
