УСТРОЙСТВО УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МИКРОПОВЕРХНОСТНОЙ РЕАКЦИИ ГИДРИРОВАНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области техники усовершенствования реакции, более точно, к устройству усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время реакции типа газ-жидкость, газ-жидкость-твердое тело и другие газожидкостные процессы широко используются в энергетике, нефтехимии, производстве чистых химикатов и других отраслях. Для многофазных реакций типа газ-жидкость, таких как окисление, гидрирование и хлорирование, макроскопическая скорость реакции обычно ограничивается процессом массопереноса. На коэффициент объемного массопереноса в реакции газ-жидкость в основном влияют коэффициент массопереноса и площадь границы раздела фаз газ-жидкость. Исследования показали, что площадь границы раздела фаз влияет на объемный коэффициент массопереноса в большей степени и ее легко контролировать. Следовательно, увеличение площади границы раздела считается эффективным способом увеличения скорости макроскопической реакции газ-жидкость.
В настоящее время для реакций типа газ-жидкость обычно используются барботажные реакторы и барботажные реакторы с перемешиванием. Например, колонные барботажные реакторы окисления терефталевой кислоты (ТА), приготовленной из п-ксилола (PX), имеют пузырьки с диаметром, обычно превышающим 3 мм, даже на уровне сантиметров, и имеют ограниченную площадь поверхности раздела переноса масс. Для ускорения макрореакции должна обеспечиваться турбулентность жидкости путем увеличения количества продуваемого воздуха, так, чтобы усиливался поток и количество пузырьков, что вызывало бы увеличение площади поверхности раздела. Однако этот подход неизбежно снизит коэффициент использования газа, увеличит мощность компрессора и выбросы выхлопных газов, что приведет к увеличению потребления энергии, потерь материалов и загрязнения окружающей среды. Барботажные газожидкостные реакторы с перемешиванием часто образуют большие вихри, которые влияют на макро-движение пузырьков, но мало влияют на их разрушение, и пузырьки не могут быть эффективно раздроблены, их диаметр остается больше оптимального, а площадь переноса массы ограничивается, что приводит к снижению скорости реакции.
Для усиления газожидкостного массопереноса колонный барботажный реактор обычно снабжен тарелками, статическими смесителями и другими внутренними частями в колонне для улучшения перемешивания, в то время как резервуар для перемешивания снабжен лопастями для перемешивания или внутренним цилиндром различной конструкции для увеличения газосодержания жидкого слоя. Для этих двух типов реакторов, поскольку диаметр образующегося пузырька обычно составляет 3-30 мм, площадь границы раздела фаз и коэффициент массопереноса (для жидкости, газа, комбинации твердого тела и жидкости) ограничены; поэтому значительно труднее добиться значительного улучшения характеристик реакции.
Краткое описание полезной модели
Ввиду этого, полезная модель обеспечивает систему усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, которая направлена на решение проблем, препятствующих организации промышленного массового производства, таких как высокое потребление энергии и высокие производственные затраты, большой объем необходимых инвестиций, короткий срок эксплуатации оборудования, большое количество поломок и низкий уровень внутренней безопасности при увеличении скорости переноса массы за счет увеличения площади границы каждой фазы реакции при помощи высокой температуры и высокого давления во время процесса улучшения реакции существующей системы усовершенствованной реакции гидрирования. Полезная модель обеспечивает систему усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, которая включает: корпус реактора, используемый в качестве реакционной камеры для реакции гидрирования, обеспечивающий ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей (ГМП), соединенный с корпусом реактора, предназначенный для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей на микропузырьки и/или микрокапли микронного диаметра путем пропускания реагента сквозь механическую и/или турбулентную микроструктуру в заданном режиме функционирования до того, как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора, для увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов во время протекания реакции, для повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и увеличения скорости реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования предварительно заданный режим функционирования выбирается из одного или нескольких следующих режимов: микроканального режима функционирования, режима функционирования на основе силы поля и режима функционирования на основе механической энергии, при этом микроканальный режим функционирования заключается в создании микроструктуры каналов для текучих сред, чтобы газ и/или жидкость, проходящие через микроканалы для текучих сред, дробились на микропузырьки и/или микрокапли; режим функционирования на основе силы поля заключается в использовании силы внешнего поля для бесконтактного ввода энергии в текучую среду, чтобы раздробить текучую среду на микропузырьки или микрокапли; режим функционирования на основе механической энергии заключается в использовании механической энергии текучей среды для преобразования энергии текучей среды в поверхностную энергию пузырьков или капель, чтобы пузырьки или капли дробились на микропузырьки или микрокапли. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования микроканальный режим функционирования выбирается из одного или нескольких следующих способов: способа микропористой вентиляции, способа микронанопористой мембраны, микроканального способа и способа микрофлюидального контроля. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования режим функционирования на основе силы поля включает воздействие поля давления, воздействие поля супергравитации, воздействие ультразвукового поля или воздействие поля электромагнитной волны. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования режим функционирования на основе механической энергии включает способы дробления ударным потоком, дробления с использованием циклотронного сдвига, способ распыления или способ перекачки смешанной газожидкостной текучей среды. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования корпус реактора может состоять из бакового реактора, трубчатого реактора, колонного реактора, реактора с фиксированным слоем или реактора с псевдоожиженным слоем. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования генератор микроповерхностей соединен с впускным концом 4 корпуса реактора для газообразной и/или жидкой фазы, и генератор микроповерхностей имеет по крайней мере одну группу генераторов микроповерхностей. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования заданный диапазон давления составляет от 10 до 80 процентов от давления, требуемого для протекания реакции в существующих системах усовершенствованной реакции. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования диапазон микронного уровня больше или равен 1 мкм и меньше 1 мм. Кроме того, в вышеупомянутой системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования такая система может применяться к реакции гидрирования в отраслях химической промышленности, металлургии, биоинженерии, нефтехимической промышленности, медицины, управления окружающей средой, биохимической ферментации, нефтепереработки, водного сельского хозяйства, производстве чистых химикатов, биологической ферментации и добыче полезных ископаемых.
По сравнению с предшествующим уровнем техники, полезная модель имеет следующие преимущества: в системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, предусмотренной полезной моделью, путем соединения генератора микроповерхностей с корпусом реактора для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования перед тем, как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора, область межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции эффективно увеличивается, эффективность массопереноса между фазами реакции значительно возрастает, и достигается цель ускорения реакции в нижнем диапазоне заданного давления при значительном снижении потребления энергии и низких производственных затратах в процессе реакции, уменьшении объема необходимых инвестиций, продлении срока эксплуатации оборудования и обеспечении внутренней безопасности процесса реакции, что эффективно обеспечивает массовое промышленное производство продуктов реакции. В частности, в системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, обеспечиваемой настоящей полезной моделью, могут быть выбраны различные методы дробления в соответствии с характеристиками различных фаз реакции и требованиями процесса, например, дробление газа и/или жидкости в реакционной среде посредством пропускания их через микроканалы, воздействия силы поля или механической энергии, эффективность дробления газа и/или жидкости в реакционной среде эффективно обеспечивается до того, как реакционная среда входит в корпус реактора во время процесса гидрирования, и эффективность массопереноса газовой фазы, жидкой и/или газовой фазы, жидкой и твердой фазы обеспечиваются во время процесса реакции, тем самым дополнительно увеличивая скорость реакции.
Краткое описание чертежей
Прочитав подробное описание предпочтительных вариантов осуществления, приведенное ниже, специалистам в данной области станут понятны различные другие признаки и преимущества. Чертежи используются только с целью иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не рассматриваются как ограничение полезной модели. Кроме того, на всех чертежах одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых компонентов. На чертежах:
Фиг. 1 – структурная схема системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования с баковым реактором в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели;
Фиг. 2 – структурная схема трубчатой системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели;
Фиг. 3 – структурная схема колонной системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели;
Фиг. 4 – структурная схема системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования на основе реактора с фиксированным слоем в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели;
Фиг. 5 – структурная схема системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования на основе реактора с эмульгированным слоем в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели;
Фиг. 6 – структурная схема системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования на основе суспензионного реактора в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели;
Фиг. 7 – структурная схема системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования на основе реактора с псевдоожиженным слоем в соответствии с одним из вариантов осуществления данной полезной модели. Подробное описание полезной модели Технические схемы вариантов осуществления настоящей полезной модели четко и полностью описаны ниже со ссылками на сопроводительные чертежи вариантов осуществления настоящей полезной модели, и очевидно, что описанные варианты осуществления являются только частью вариантов осуществления полезной модели, а не всеми возможными вариантами. На основе представленных вариантов осуществления настоящей полезной модели все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники без изобретательских усилий, находятся в пределах объема настоящей полезной модели. Со ссылкой на Фиг. 1-7 показана система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования в соответствии с вариантом осуществления полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, при этом корпус реактора 1 используется в качестве реакционной камеры в процессе реакции гидрирования, для обеспечения полноценного протекания реакции гидрирования; генератор микроповерхностей 2 соединен с корпусом реактора 1 для дробления реагента водородной и/или жидкой фазы в генераторе микроповерхностей на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора, чтобы сформировать микроповерхности, микронаноповерхности и ультрамикроповерхности в других фазах реакции, а также для создания многофазной текучей среды, образованной частицами микронного размера, такой как многофазная микроперемешанная текучая среда, многофазная микронанотекучая среда, многофазная эмульгированная текучая среда, многофазная микроструктурная текучая среда, микроперемешанная газово-жидкостно-твердая текучая среда, газово-жидкостно-твердая микронанотекучая среда, газово-жидкостно-твердая эмульгированная текучая среда, газово-жидкостно-твердая микроструктурная текучая среда, микропузырьки, микропузырьковая текучая среда, микрогазово-жидкостная текучая среда, газо-жидкостная микронанoэмульгированная текучая среда, ультра-микро текучая среда, микродисперсионная текучая среда, двухфазная микроперемешанная текучая среда, микротурбулентная текучая среда, микронанопузырьки и микронанопузырьковая текучая среда, многофазная текучая среда, образованная микронаноразмерными частицами (называемая микроповерхностной текучей средой) с другими фазами реакции, чтобы дополнительно эффективно увеличить площадь массообмена на границе раздела фаз между газом и/или жидкостью и жидкостью и/или твердым веществом во время реакции, и, наконец, достигнуть цели усиления реакции гидрирования при более низких заданных условиях температуры и давления, при этом эффективно решая проблемы высокой температуры, высокого давления, высокого расхода материалов, большого объема необходимых инвестиций и высоких рисков безопасности в традиционном процессе реакции гидрирования, таким образом значительно снижая инвестиционные затраты на оборудование и эксплуатационные расходы.
В настоящем варианте осуществления водород и другие фазовые среды, такие как сырье для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2 перед поступлением в корпус реактора 1, для дробления жидкости и/или водорода во время реакции гидрирования на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня путем внутреннего механического и/или турбулентного микроструктурирования посредством пропускания их через микроканалы, воздействия силы поля или механической энергии и т.д. для формирования микроповерхностей, микронаноповерхностей или ультрамикроповерхностей и т.д.; затем вышеупомянутый водород и другие фазовые среды полностью смешиваются с другими компонентами реакции, чтобы сформировать систему микроповерхностной реакции текучих сред, такую как многофазная микроперемешанная текучая среда, многофазная микронанотекучая среда, многофазная эмульгированная текучая среда, многофазная микроструктурная текучая среда, микроперемешанная газово-жидкостно-твердая текучая среда, газово-жидкостно-твердая микронанотекучая среда, газово-жидкостно-твердая эмульгированная текучая среда, газово-жидкостно-твердая микроструктурная текучая среда, микропузырьки, микропузырьковая текучая среда, микрогазово-жидкостная текучая среда, газо-жидкостная микронанoэмульгированная текучая среда, ультра-микро текучая среда, микродисперсионная текучая среда, двухфазная микроперемешанная текучая среда, микротурбулентная текучая среда, микронанопузырьки и микронанопузырьковая текучая среда; наконец, вышеупомянутый водород и другие фазовые среды поступают внутрь корпуса реактора 1 через впускное отверстие корпуса реактора 1 и полностью реагируют под воздействием катализатора и подвергаются последующей обработке для образования различных продуктов реакции, чтобы дополнительно эффективно увеличивать площадь массообмена на границе раздела фаз между водородом и/или жидкостью и жидкостью и/или твердым веществом во время протекания реакции, а также для дальнейшего повышения эффективности массопереноса между водородом и каждой реакционной фазой во время реакции гидрирования, тем самым, наконец, достигая цели улучшения реакции гидрирования в диапазоне давлений от 10 до 80 процентов от давления, требуемого для протекания реакции в существующих системах усовершенствованной реакции; при этом эффективно решая проблемы высокой температуры, высокого давления, высокого расхода материалов, большого объема необходимых инвестиций и высоких рисков безопасности в традиционном процессе реакции гидрирования, а также значительно снижая инвестиционные затраты на оборудование и эксплуатационные расходы. В частности, корпус реактора 1 используется в качестве основного места, где каждый компонент сырья для реакции вступает в реакцию в процессе гидрирования, и в целом представляет собой корпусную конструкцию, более точно, баковый реактор, трубчатый реактор, колонный реактор, реактор с фиксированным слоем или реактор с псевдоожиженным слоем, если он действует в качестве реакционной камеры для процесса реакции гидрирования, обеспечивая полноценное протекание реакции гидрирования, при этом реактор с псевдоожиженным слоем может быть реактором любого типа, таким как реактор с эмульгированным слоем, суспензионный реактор и реактор с псевдоожиженным слоем в соответствии с различными фазами реакции в сырье для реакции.
В настоящем варианте осуществления конкретный тип и конструкция корпуса реактора 1 могут быть выбраны или спроектированы в соответствии с параметрами процессов в таких отраслях как химическая промышленность, металлургия, биоинженерия, нефтехимическая промышленность, медицина, окружающая среда и биохимия, а также в различных других отраслях применения; температура реакции, давление реакции, требования к качеству и другие параметры продукта могут изменяться, при условии, что требования к использованию, т. е. максимизация скорости реакции, улучшение качества готового продукта, сокращение стоимости и обеспечение безопасной эксплуатации во время процесса реакции, будут удовлетворены в наибольшей степени.
Следует понимать, что конкретная конструкция корпуса реактора 1 в различных отраслях или различных процессах реакции неизбежно имеет определенную степень различий, например, расположение и количество входных и выходных отверстий могут быть не одинаковы. В частности, в качестве основного оборудования для дробления газа и/или жидкости в процессе реакции гидрирования выступает генератор микроповерхностей 2, который имеет впускное отверстие для газа и/или жидкости на корпусе реактора 1 для преобразования газа и/или жидкости во время процесса реакции гидрирования из механической энергии в поверхностную энергию газа и/или жидкости путем механического и/или турбулентного микроструктурирования посредством пропускания их через микроканалы, воздействия силы поля или механической энергии и т.д. для дальнейшего дробления газа и/или жидкости на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня от 1 до 1000 мкм и формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, чтобы дополнительно эффективно увеличить площадь массопереноса на границе раздела фаз между газом и/или жидкостью и жидкостью и/или твердым веществом во время реакции, достигнуть цели усиления реакции гидрирования при более низких заданных условиях температуры и давления, при этом эффективно решая проблемы высокой температуры, высокого давления, высокого расхода материалов, большого объема необходимых инвестиций и высоких рисков безопасности в традиционном процессе реакции гидрирования, что значительно снижает инвестиционные затраты на оборудование и эксплуатационные расходы.
В настоящем варианте осуществления генератор микроповерхностей 2 соединяется перед впускным отверстием в корпусе реактора 1 и имеет конкретное положение и номер, определяемый в соответствии с конкретным положением и номером впускных отверстий для газа и/или жидкости на корпусе реактора 1, например, они могут быть расположены отдельно на верхней, нижней или боковой стенке реактора, для создания соответствующей устанавливаемой сверху, снизу и сбоку системы усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, или могут быть расположены одновременно на верхней, нижней или боковой стенках реактора, для создания множества находящихся друг напротив друга систем усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования. Генератор микроповерхностей 2 расположен внутри и/или снаружи корпуса реактора 1. В частности, конкретный метод дробления генератором микроповерхностей газа и/или жидкости в реакции гидрирования также может быть выбран в соответствии с конкретными требованиями процесса реакции как один из или комбинация микроканального режима функционирования, режима функционирования на основе силы поля и режима функционирования на основе механической энергии; микроканальный режим функционирования заключается в создании микроструктуры каналов для текучей среды, так что газ и/или жидкость, проходящие через микроканалы для текучей среды, дробятся на микропузырьки и/или микрокапли, например, с помощью способа микропористой вентиляции, способа микронанопористой мембраны (различные металлические, неорганические или органические мембраны), микроканального способа и способа микрофлюидального контроля; режим функционирования на основе силы поля предназначен для использования воздействия внешнего поля, такие как воздействие поля давления, воздействие поля супергравитации, воздействие ультразвукового поля или воздействие поля электромагнитной волны для бесконтактного ввода энергии в текучую среду, чтобы раздробить текучую среду на микропузырьки или микрокапли; режим функционирования на основе механической энергии заключается в использовании механической энергии текучей среды для преобразования энергии текучей среды в поверхностную энергию пузырьков или капель, чтобы пузырьки или капли дробились на микропузырьки или микрокапли, например, с помощью способа дробления ударным потоком, дробления с использованием циклотронного сдвига, способа распыления или способа перекачки смешанной газожидкостной текучей среды. Во время использования водород, необходимый для реакции, и другие реакционные среды дробят газ и/или жидкость в процессе гидрирования на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1 мкм≤de<1 мм за счет воздействия микроканалов, силы поля или механической энергии и т.д. перед их попаданием в корпус реактора 1 для формирования микроповерхностей, микронаноповерхностей или ультрамикроповерхностей, чтобы дополнительно эффективно увеличить площадь массообмена на границе раздела фаз между газом и/или жидкостью и жидкостью и/или твердым веществом во время реакции гидрирования и дополнительно повысить эффективность переноса массы между реакционными фазами, наконец, достигая цели усиления реакции гидрирования в диапазоне давлений от 10 до 80 процентов от давления, требуемого для протекания реакции в существующих системах усовершенствованной реакции; при этом эффективно решая проблемы высокой температуры, высокого давления, высокого расхода материалов, большого объема необходимых инвестиций и высоких рисков безопасности в традиционном процессе реакции гидрирования, что значительно снижает инвестиционные затраты на оборудование и эксплуатационные расходы. Со ссылкой на Фиг. 1 показана система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования по полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, причем корпус реактора 1 представляет собой баковый реактор, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей 2 соединен с впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости снаружи бакового реактора и снабжен одним реактором для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей на микропузырьки и/или микрокапли с микронным диаметром 1 мкм≤de <1 мм посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как как водород и  жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды, увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и достижения улучшения реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. В настоящем варианте осуществления, перед попаданием в баковый реактор водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов, выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2, дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня с помощью микроканального метода и метода дробления ударным потоком, и образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в баковый реактор, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки для образования различных продуктов реакции. Во время использования системы давление реакции в баковом реакторе составляет 20-50% от внутреннего давления в существующих баковых реакторах, а температура реакции составляет 87-90% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление энергии и производственные затраты в процессе реакции, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой баковый реактор используется для усиления реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание усиленной реакции. Со ссылкой на Фиг. 2 показана трубчатая система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования по настоящей полезной модели, которая включает в себя корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, причем корпус реактора 1 представляет собой трубчатый реактор, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей 2 расположен перед впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости за пределами трубчатого реактора и внутри трубчатого реактора одновременно для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей 2 на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1 мкм≤de <1 мм посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как как водород и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора, для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды, увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и скорости реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. Более точно, в настоящем варианте осуществления, перед попаданием в трубчатый реактор водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов, выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2, и дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня, посредством способа микропористой вентиляции и способом ударного дробления, и образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в трубчатый реактор, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки с образованием различных продуктов реакции. Во время использования системы в трубчатом реакторе давление реакции составляет 30-70% от внутреннего давления существующих трубчатых реакторов, а температура реакции составляет 91-94% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление энергии и производственные затраты в процессе реакции, уменьшает объем необходимых инвестиций, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой трубчатый реактор используется для усиления реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание усиленной реакции. Со ссылкой на Фиг. 3 показана колонная система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования по настоящей полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, причем корпус реактора 1 представляет собой колонный реактор, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей 2 соединяется с впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости перед наружной стороной нижней части колонного реактора для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей 2 на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1 мкм≤de <1 мм посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как как водород и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды, увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и дальнейшего достижения цели улучшения реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. Более точно, в настоящем варианте осуществления, перед попаданием в колонный реактор водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов, выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2 и дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня с помощью способа микропористой вентиляции, микроканального метода, способа микрофлюидального контроля, поля давления, поля высокой силы тяжести, ультразвукового поля, поля электромагнитной волны, метода ударного дробления, метода разрушения циклотронным сдвигом, метода распыления и метода перекачки смешанной газожидкостной текучей среды и образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в колонный реактор, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки для образования различных продуктов реакции. Во время использования системы в колонном реакторе давление реакции составляет 10- 55% от внутреннего давления существующих колонных реакторов, а температура реакции составляет 87-91% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление энергии и производственные затраты в процессе реакции, уменьшает объем необходимых инвестиций, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой колонный реактор используется для усиления реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание улучшенной реакции. Со ссылкой на Фиг. 4 показана система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования с фиксированным слоем по настоящей полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, где корпус реактора 1 представляет собой реактор с фиксированным слоем, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей 2 расположен перед впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости снаружи реактора с фиксированным слоем и внутри реактора с фиксированным слоем, соответственно, для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей 2 на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня в заданном режиме функционирования до того, как как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, для увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и достижения цели улучшения реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. Более точно, в настоящем варианте осуществления, перед поступлением в реактор с фиксированным слоем водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов, выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2 и дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1мкм≤de <1 мм за счет микроканального или механического воздействия, и образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в реактор с фиксированным слоем, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки для образования различных продуктов реакции. Во время использования системы в реакторе с фиксированным слоем давление реакции составляет 65-80% от внутреннего давления существующих реакторов с фиксированным слоем, а температура реакции составляет 90-94% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление энергии и производственные затраты в процессе реакции, уменьшает объем необходимых инвестиций, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой реактор с фиксированным слоем используется для улучшения реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание улучшенной реакции. На Фиг. 5 показана система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования с эмульгированным слоем по настоящей полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, причем корпус реактора 1 представляет собой реактор с эмульгированным слоем, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей 2 соединен с впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости на боковой стороне реактора с эмульгированным слоем и оснащен двумя генераторами, один из которых находится снаружи реактора с эмульгированным слоем, а другой расположен внутри реактора с эмульгированным слоем, соответственно, для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей 2 на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1 мкм ≤ de <1 мм посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды, для увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и последующего достижения цели улучшения реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. В частности, в настоящем варианте осуществления, перед поступлением в реактор с эмульгированным слоем водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов, выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2 и дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня за счет механического воздействия или воздействия сил поля, образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в реактор с эмульгированным слоем, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки для образования различных продуктов реакции. Во время использования системы давление реакции в реакторе с эмульгированным слоем составляет 53-76% от внутреннего давления существующих реакторов с эмульгированным слоем, а температура реакции составляет 84-89% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление  энергии и производственные затраты в процессе реакции, уменьшает объем необходимых инвестиций, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой реактор с эмульгированным слоем используется для улучшения реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание улучшенной реакции. Со ссылкой на Фиг. 6 показана система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования с суспензионным слоем по настоящей полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, причем корпус реактора 1 представляет собой реактор с суспензионным слоем, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей соединен с нижним концом реактора с суспензионным слоем, впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости на внешней стороне нижней части реактора с суспензионным слоем для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1мкм≤de<1мм посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды, для увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и дальнейшего достижения цели улучшения реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. В частности, в настоящем варианте осуществления, перед поступлением в реактор с суспензионным слоем водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов, выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2 и дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня с помощью микроканального метода или воздействия сил поля, образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в реактор с суспензионным слоем, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки для образования  различных продуктов реакции. Во время использования системы давление реакции в реакторе с суспензионным слоем составляет 30-48% от внутреннего давления существующих реакторов с суспензионным слоем (слоем взвешенного осадка), а температура реакции составляет 78-84% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление энергии и производственные затраты в процессе реакции, уменьшает объем необходимых инвестиций, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой реактор с суспензионным слоем используется для улучшения реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание улучшенной реакции. Со ссылкой на Фиг. 7 показана система усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования с псевдоожиженным слоем по настоящей полезной модели, которая включает корпус реактора 1 и генератор микроповерхностей 2, причем корпус реактора 1 представляет собой реактор с псевдоожиженным слоем, который будет использоваться в качестве камеры для реакции гидрирования, обеспечивая ее полноценное протекание; генератор микроповерхностей соединен с нижним концом реактора с псевдоожиженным слоем, впускным отверстием для газа и впускным отверстием для жидкости на внешней стороне нижней части реактора с псевдоожиженным слоем для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей 2 на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня 1мкм≤de <1 мм посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора для формирования системы микроповерхностного сопряжения текучей среды, для увеличения площади межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции, повышения эффективности массопереноса между фазами реакции и дальнейшего достижения цели улучшения реакции гидрирования при заданных условиях температуры и давления. В частности, в настоящем варианте осуществления, перед поступлением в реактор с псевдоожиженным слоем водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов,  выступающие в качестве сырья для реакции, сначала поступают в генератор микроповерхностей 2 и дробятся на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня с помощью микроканального метода, воздействия сил поля или механического воздействия, образуют систему микроповерхностного сопряжения текучей среды с другими фазами реакции, а затем поступают в реактор с псевдоожиженным слоем, чтобы полностью прореагировать под действием катализатора для последующей обработки для образования различных продуктов реакции. Во время использования системы давление реакции в реакторе с псевдоожиженным слоем составляет 45-78% от внутреннего давления существующих реакторов с псевдоожиженным слоем, а температура реакции составляет 87-93% от температуры реакции в существующих реакторах, что значительно снижает потребление энергии и производственные затраты в процессе реакции, уменьшает объем необходимых инвестиций, продлевает срок эксплуатации оборудования и обеспечивает внутреннюю безопасность процесса реакции, а также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. Следует понимать, что реакция в настоящем варианте осуществления представляет собой тип реакции, в которой реактор с псевдоожиженным слоем используется для улучшения реакции, поэтому тип катализатора конкретно не ограничивается и может представлять собой один или комбинацию из железных катализаторов, молибденовых катализаторов, никелевых катализаторов, кобальтовых катализаторов и вольфрамовых катализаторов, при условии, что они могут обеспечить плавное протекание улучшенной реакции. Кроме того, система по настоящей полезной модели также может быть применена к различным реакциям окисления, реакциям хлорирования, реакциям карбонилирования, добыче горючего льда и другим реакционным процессам для создания устройств для генерации микроповерхностей, устройств для генерации микронаноповерхностей, устройств для генерации ультрамикроповерхностей, микропузырьковых биореакторов или микрокапельных биореакторов и других устройств, которые заставляют материалы образовывать микро текучие среды, такие как многофазная микроперемешанная текучая среда, многофазная микронанотекучаясреда, многофазная эмульгированная текучая среда, многофазная микроструктурная текучая среда, микроперемешанная газово- жидкостно-твердая текучая среда, газово-жидкостно-твердая микронанотекучаясреда, газово-жидкостно-твердая эмульгированная текучая среда, газово-жидкостно-твердая микроструктурная текучая среда, микропузырьки, микропузырьковая текучая среда, микрогазово-жидкостная текучая среда, газожидкостная микронанoэмульгированная текучая среда, ультра-микро текучая среда, микродисперсионная текучая среда,  двухфазная микроперемешанная текучая среда, микротурбулентная текучая среда, микронанопузырьки и микронанопузырьковая текучая среда с помощью таких процессов или методов, как микроперемешивание, микропсевдоожижение, ультрамикропсевдоожижение, микропузырьковая ферментация, микропузырьковое барботирование, микропузырьковый массоперенос, микропузырьковый перенос, микропузырьковая реакция, микропузырьковая абсорбция, микропузырьковая оксигенация и микропузырьковый контакт для увеличения площади массопереноса и повышения эффективности реакции между фазами.
Очевидно, что в системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, обеспечиваемой настоящей полезной моделью, путем соединения генератора микроповерхностей с корпусом реактора для дробления водородного и/или жидкого реагента в генераторе микроповерхностей на микропузырьки и/или микрокапли с диаметром микронного уровня посредством механической и/или турбулентной микроструктуры в заданном режиме функционирования до того, как водород и жидкость и/или смесь твердых и жидких материалов в процессе реакции гидрирования войдут в корпус реактора, площадь межфазного переноса между водородом и жидкостью и/или смесью твердых и жидких материалов в процессе реакции эффективно увеличивается, эффективность массопереноса между фазами реакции существенно возрастает и достигается цель улучшения реакции в заданном диапазоне давления при значительном снижении потребления энергии и производственных затрат в процессе реакции, уменьшении объема необходимых инвестиций, продлении срока эксплуатации оборудования и обеспечении внутренней безопасности процесса реакции, что также эффективно позволяет организовать массовое промышленное производство продуктов реакции. В частности, в системе усовершенствованной микроповерхностной реакции гидрирования, обеспечиваемой настоящей полезной моделью, могут быть выбраны различные методы дробления в соответствии с характеристиками различных фаз реакции и требованиями процесса, например, дробление газа и/или жидкости в реакционной среде посредством микроканалов, воздействия силы поля или механической энергии, эффективность дробления газа и/или жидкости в реакционной среде эффективно обеспечивается до того, как реакционная среда входит в корпус реактора во время процесса гидрирования, и эффективность массопереноса газовой фазы, жидкой и/или газовой фазы, жидкой и твердой фазы обеспечиваются во время процесса реакции, тем самым дополнительно увеличивая скорость реакции.
Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что различные модификации и вариации полезной модели могут быть произведены без отклонения от сущности или объема полезной модели. Если эти различные модификации и варианты полезной модели относятся к объему формулы полезной модели и эквивалентному техническому объему, следует полагать, что полезная модель включает эти модификации и вариации.