[發(fā)明專利]一種高效強(qiáng)化多尺度混合傳質(zhì)裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911076887.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111185132A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東光;陶亨聰;文建軍;王玉華;陳勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J19/28
• 分類號(hào): B01J19/28;B01F13/00
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;薄盈盈

本發(fā)明涉及化學(xué)反應(yīng)工程與技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效強(qiáng)化多尺度混合傳質(zhì)裝置及方法，包括超重力快速反應(yīng)器，第一料液儲(chǔ)槽和第二料液儲(chǔ)槽，所述第一料液儲(chǔ)槽通過(guò)第一離心泵和第一流量計(jì)與超重力快速反應(yīng)器的入口一相連通；所述第二料液儲(chǔ)槽通過(guò)第二離心泵和第二流量計(jì)與超重力快速反應(yīng)器的入口二相連通；所述超重力快速反應(yīng)器的出口設(shè)有計(jì)量槽；所述超重力快速反應(yīng)器包括定子和轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的裝置具有高效強(qiáng)化傳質(zhì)與多尺度混合過(guò)程的功效，使快速反應(yīng)按照本征動(dòng)力學(xué)的方向進(jìn)行，裝置配合緊湊，調(diào)控簡(jiǎn)便，生產(chǎn)高效，拆裝方便，易清洗、易模擬、易放大，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本高效生產(chǎn)各種微觀結(jié)構(gòu)的材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)反應(yīng)工程與技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效強(qiáng)化多尺度混合傳質(zhì)過(guò)程的裝置及方法。

背景技術(shù)

超重力技術(shù)是強(qiáng)化流體傳遞過(guò)程的新技術(shù)，由于它的廣泛適用性以及具有傳統(tǒng)設(shè)備所不具有的體積小、重量輕、能耗低、易運(yùn)轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應(yīng)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，使得超重力技術(shù)在環(huán)保、材料、生物、化工等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力場(chǎng)條件下流體的獨(dú)特流動(dòng)行為,強(qiáng)化相與相之間，以及流體內(nèi)部的相對(duì)速度和相互接觸,從而實(shí)現(xiàn)高效的動(dòng)量、質(zhì)量和熱量傳遞過(guò)程。通常形成超重力場(chǎng)的慣用方式是通過(guò)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的整體或部件形成離心力場(chǎng)。

中國(guó)專利公開(kāi)了“一種基于八卦圖原理的超重力-連續(xù)微撞擊流反應(yīng)器”，其公告號(hào)為CN104437334A，該發(fā)明介紹了一種將A、B兩種料液實(shí)現(xiàn)快速多尺度混合的方法與裝置，反應(yīng)器屬于靜態(tài)反應(yīng)器。此發(fā)明采用了兩種方法實(shí)現(xiàn)了A、B兩種料液之間快速的多尺度混合過(guò)程：第一，A料液在流道內(nèi)通過(guò)高速的二次旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旺盛的二次流強(qiáng)化介觀與微觀混合過(guò)程，已經(jīng)測(cè)得其二次旋轉(zhuǎn)的平均傳質(zhì)系數(shù)達(dá)到16.7s^-1；第二，B料液先進(jìn)行兩級(jí)宏觀分配，再匯入A料液，實(shí)現(xiàn)兩者之間的宏觀混合。第一級(jí)是從設(shè)備尺度上先均分成4股料液，每股料液再均分成6股支料液，合計(jì)被均分成24股支料液，這24股支料液與24條半圓形流道之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，第二級(jí)是在每條半圓形流道區(qū)間內(nèi)將每股支料液以180度的扇形分布方式從不足10微米的狹縫中射入二次旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)，經(jīng)過(guò)上述兩級(jí)分配實(shí)現(xiàn)了B料液的宏觀大尺度均勻分布。

該發(fā)明存在兩個(gè)明顯不足之處：第一，反應(yīng)器屬于靜態(tài)反應(yīng)器，為了實(shí)現(xiàn)A、B料液之間快速的多尺度混合，需要很高的靜壓驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)器自身無(wú)法提供動(dòng)力，需要外配強(qiáng)動(dòng)力源，強(qiáng)動(dòng)力源的選擇不僅難度大，而且整套裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操控困難，實(shí)用性差；第二，該發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)B料液均分成24股料液，需配置多個(gè)流量計(jì)，還需采用指示劑示蹤法和手動(dòng)調(diào)節(jié)相結(jié)合，整個(gè)調(diào)控過(guò)程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且重現(xiàn)性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種高效強(qiáng)化多尺度混合傳質(zhì)的裝置與方法，該裝置配合緊湊，調(diào)控簡(jiǎn)便，生產(chǎn)高效，拆裝方便，易清洗、易模擬、易放大，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本高效生產(chǎn)各種微觀結(jié)構(gòu)的材料。該方法具有高效強(qiáng)化傳質(zhì)與多尺度混合過(guò)程的功效，能夠?qū)崿F(xiàn)兩股料液之間的快速反應(yīng)按照本征動(dòng)力學(xué)方向快速進(jìn)行，在化工、納米材料、工業(yè)催化、高分子材料等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的裝置與方法是基于超重力耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效強(qiáng)化多尺度混合傳質(zhì)過(guò)程。所述超重力耦合技術(shù)是指將一次與二次旋轉(zhuǎn)耦合在一起，充分利用一次旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的正能量流驅(qū)動(dòng)第一料液進(jìn)行快速的二次旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)快速的多尺度混合過(guò)程。同時(shí)，充分利用一次旋轉(zhuǎn)在強(qiáng)化宏觀大尺度分布方面的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化第二料液的大尺度宏觀均勻分布。最終，兩股料液在二次旋轉(zhuǎn)流內(nèi)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的、快速的、可調(diào)控的多尺度混合傳質(zhì)過(guò)程，該混合傳質(zhì)速率快于本征反應(yīng)速率，使兩股料液之間的快速反應(yīng)過(guò)程按照本征動(dòng)力學(xué)方向快速進(jìn)行。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：