專利名稱：撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置及使用方法，它屬于一種多流體強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程的裝置及使用方法。
背景技術(shù)：
撞擊流利用兩股或多股流體進(jìn)行撞擊接觸快速混合，主要應(yīng)用于混合、快速反應(yīng)和粉碎及燃燒等領(lǐng)域，雖然其撞擊流形式混合快速，但是在其中心區(qū)域部分混合效果好，邊緣效應(yīng)混合效果差，混合不夠均勻。旋轉(zhuǎn)填料床混合均勻性優(yōu)于撞擊流，但是其混合不及撞擊流快速。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有設(shè)備中多種物料(均相或非均相)之間存在的混合不均勻、混合時(shí)間長(zhǎng)的技術(shù)難點(diǎn)，并提供一種快速均勻混合的、混合效果好的撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置及使用方法。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置，它包括由環(huán)形內(nèi)擋板、圓形外擋板、內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓、填料、轉(zhuǎn)軸和殼體，填料裝在轉(zhuǎn)鼓空心圓環(huán)型的空腔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸設(shè)在外擋板的中心且穿過(guò)殼體，其中它還包括由若干根進(jìn)料管和設(shè)在進(jìn)料管底部的形成撞擊流的噴嘴組成的撞擊流裝置、氣體出口和液體出料口；由環(huán)形內(nèi)擋板、圓形外擋板、內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓設(shè)在殼體內(nèi)的中部，撞擊流裝置的噴嘴一端安放在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔的中央；氣體出口設(shè)在殼體的上部；液體出料口設(shè)在殼體的底部。
所述內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板由金屬板制成，金屬板上設(shè)有若干個(gè)能通過(guò)流體的小孔；或內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板由框架結(jié)構(gòu)和微孔金屬網(wǎng)構(gòu)成，微孔金屬網(wǎng)設(shè)在框架結(jié)構(gòu)上；或內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板有一個(gè)是由框架結(jié)構(gòu)和微孔金屬網(wǎng)構(gòu)成，另一個(gè)由設(shè)有若干個(gè)能通過(guò)流體的小孔的金屬板制成。
所述填料是金屬絲網(wǎng)、耐腐蝕的塑料絲網(wǎng)、尼龍絲網(wǎng)、波紋板條或化工填料中的任意一種。
該撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置可以是立式結(jié)構(gòu)，也可以是臥式結(jié)構(gòu)。
一種使用撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置的方法是兩股或兩股以上的流體分別經(jīng)過(guò)加壓后進(jìn)入撞擊流裝置的進(jìn)料管中，流體通過(guò)撞擊流裝置的噴嘴，在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔進(jìn)行相互撞擊，在相互撞擊的過(guò)程中，流體之間進(jìn)行首次的快速混合、反應(yīng)；流體隨即從轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔通過(guò)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)板進(jìn)入填料層中，轉(zhuǎn)鼓在轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下，使流體在離心力作用下，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)填料層的徑向和軸向曲折的過(guò)程中流體之間進(jìn)行二次深度均勻混合、反應(yīng)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)鼓外環(huán)板排出，最后經(jīng)過(guò)液體出料口排出。
所述流體是氣、液的任意組合，且至少一種為液流，即氣—液、液—液的組合。
所述氣流是單組分氣體或兩個(gè)組分以上的多組分混合氣體；所述液流是單組分液體或溶液或含兩種組分以上的混合液體。
由于本發(fā)明采用了對(duì)撞流技術(shù)與旋轉(zhuǎn)填料床技術(shù)，突破了傳統(tǒng)混合器(或反應(yīng)器)的技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效快速均勻混合，提供了良好的快速微觀混合環(huán)境。因此，與背景技術(shù)相比，具有混合均勻、混合速度快、混合效果高的優(yōu)點(diǎn)。特別是能縮短混合(或反應(yīng))時(shí)間，提高傳質(zhì)速度。本發(fā)明主要應(yīng)用于快速均相或非均相混合、化學(xué)反應(yīng)、萃取、吸收、制備納米材料和廢水、廢氣的治理等領(lǐng)域。
四

圖1是本發(fā)明的立式結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的臥式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是用本發(fā)明裝置生產(chǎn)納米硫酸鋇的工藝流程圖；圖4是用本發(fā)明裝置生產(chǎn)納米氫氧化鋅的工藝流程圖。
五具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置為立式結(jié)構(gòu)，它包括由環(huán)形內(nèi)擋板12、圓形外擋板5、內(nèi)環(huán)板14和外環(huán)板4圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓11、金屬絲網(wǎng)填料3、轉(zhuǎn)軸7和殼體10，金屬絲網(wǎng)填料3裝在轉(zhuǎn)鼓11空心圓環(huán)型的空腔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸7設(shè)在圓形外擋板5的中心且穿過(guò)殼體10，其中它還包括由兩根進(jìn)料管1和設(shè)在進(jìn)料管1底部的形成撞擊流的噴嘴8組成的撞擊流裝置、氣體出口2和液體出料口9；由環(huán)形內(nèi)擋板12、圓形外擋板5、內(nèi)環(huán)板14和外環(huán)板4圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓11設(shè)在殼體10內(nèi)的中部，撞擊流裝置的噴嘴8一端安放在轉(zhuǎn)鼓11內(nèi)腔的中央；氣體出口2設(shè)在殼體10的上部；液體出料口9設(shè)在殼體的底部。內(nèi)環(huán)板14和外環(huán)板4由金屬板制成，金屬板上設(shè)有開(kāi)孔率在52％的能通過(guò)流體的小孔；撞擊流裝置與環(huán)形內(nèi)擋板12用動(dòng)密封裝置13將其密封，密封圈6設(shè)在轉(zhuǎn)軸7上且位于殼體10的下面中央。如果不涉及氣體時(shí)，氣體出口2可以不設(shè)或?qū)⑵浞忾]。
如圖2所示，本實(shí)施例中的撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置為臥式結(jié)構(gòu)，各部件的名稱和聯(lián)接方式與圖1中的相同。
上述實(shí)施例中的進(jìn)料管1還可以是3根或4根。
上述實(shí)施例中的內(nèi)環(huán)板14和外環(huán)板4還可以由框架結(jié)構(gòu)和微孔金屬網(wǎng)構(gòu)成，微孔金屬網(wǎng)設(shè)在框架結(jié)構(gòu)上；或內(nèi)環(huán)板14和外環(huán)板4有一個(gè)是由框架結(jié)構(gòu)和微孔金屬網(wǎng)構(gòu)成，另一個(gè)由設(shè)有若干個(gè)能通過(guò)流體的小孔的金屬板制成。
上述實(shí)施例中的填料3還可以是耐腐蝕的塑料絲網(wǎng)、尼龍絲網(wǎng)、波紋板條或化工填料中的任意一種。
使用上述撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置的方法是兩股流體分別經(jīng)過(guò)加壓后進(jìn)入撞擊流裝置的進(jìn)料管1中，流體通過(guò)撞擊流裝置的噴嘴8，在轉(zhuǎn)鼓11的內(nèi)腔進(jìn)行相互撞擊，在相互撞擊的過(guò)程中，流體之間進(jìn)行首次的快速混合、反應(yīng)；流體隨即從轉(zhuǎn)鼓11的內(nèi)腔通過(guò)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)板14進(jìn)入填料3層中，轉(zhuǎn)鼓11在轉(zhuǎn)軸7的帶動(dòng)下，使流體在離心力作用下，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)填料層的徑向和軸向曲折的過(guò)程中流體之間進(jìn)行二次深度均勻混合、反應(yīng)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)鼓外環(huán)板4排出，最后經(jīng)過(guò)液體出料口9排出。
上述流體還可以為兩股以上的流體。
上述流體是氣、液流的任意組合，且至少一種為液流，即氣—液、液—液的組合。
上述氣流是單組分氣體或兩個(gè)組分以上的多組分混合氣體；所述液流是單組分液體或溶液或含兩種組分以上的混合液體。
如圖3所示，使用本發(fā)明撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置23生產(chǎn)納米硫酸鋇的方法是稱硫化鋇(BaS)在水中溶解，形成1mol/L(摩爾/升)濃度的硫化鋇(BaS)溶液，經(jīng)過(guò)真空過(guò)濾去除雜質(zhì)，置于貯槽15中，加熱至65℃；同時(shí)稱取硫酸鈉(Na2SO4)在水中溶解，形成1mol/L(摩爾/升)濃度的硫酸鈉(Na2SO4)溶液，經(jīng)過(guò)真空過(guò)濾去除雜質(zhì)，置于貯槽16中，加熱至65℃。硫化鋇(BaS)溶液通過(guò)泵17經(jīng)調(diào)節(jié)閥19和轉(zhuǎn)子流量計(jì)21調(diào)節(jié)流量至100L/h(升/小時(shí))的流量后進(jìn)入撞擊流裝置的一根進(jìn)料管中，硫酸鈉(Na2SO4)溶液通過(guò)泵18經(jīng)調(diào)節(jié)閥20和轉(zhuǎn)子流量計(jì)22調(diào)節(jié)流量至100L/h(升/小時(shí))的流量后進(jìn)入撞擊流裝置的另一進(jìn)料管中，硫化鋇(BaS)溶液和硫酸鈉(Na2SO4)溶液通過(guò)撞擊流裝置的噴嘴，在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔進(jìn)行相互撞擊，在相互撞擊的過(guò)程中，流體之間進(jìn)行首次的快速混合、反應(yīng)，形成混合流體；混合流體隨即從轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔通過(guò)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)板進(jìn)入填料層中，轉(zhuǎn)鼓在轉(zhuǎn)速為1000rpm的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)下，使流體在轉(zhuǎn)鼓的離心力作用下，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)填料層的徑向和軸向曲折的過(guò)程中流體之間進(jìn)行二次深度均勻混合、反應(yīng)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)鼓外環(huán)板排出，最后經(jīng)過(guò)液體出料口9排出，獲得平均粒徑在20～40nm之間的硫酸鋇顆粒。
上述硫化鋇(BaS)溶液的進(jìn)料流量和硫酸鈉(Na2SO4)溶液的進(jìn)料流量要根據(jù)硫化鋇(BaS)溶液的濃度和硫酸鈉(Na2SO4)溶液的濃度，以生成硫酸鋇的化學(xué)當(dāng)量、(Na2SO4)溶液過(guò)量1％左右為條件，來(lái)分別設(shè)定硫化鋇(BaS)溶液和硫酸鈉(Na2SO4)溶液的進(jìn)料流量。
如圖4所示，使用本發(fā)明撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置23生產(chǎn)納米氫氧化鋅的方法是將貯槽15中濃度為0.7mol/L(摩爾/升)的硝酸鋅(Zn(NO3)2)溶液，由泵17經(jīng)調(diào)節(jié)閥19和轉(zhuǎn)子流量計(jì)21調(diào)節(jié)流量至60L/h(升/小時(shí))的流量后，進(jìn)入撞擊流裝置的一根進(jìn)料管中，氨氣(NH3)由儲(chǔ)氨罐24經(jīng)調(diào)節(jié)閥20和轉(zhuǎn)子流量計(jì)22按氣液比1∶1～3調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入撞擊流裝置的另一根進(jìn)料管中，硝酸鋅(Zn(NO3)2)和氨氣(NH3)通過(guò)撞擊流裝置的噴嘴，在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔進(jìn)行相互撞擊，在相互撞擊的過(guò)程中，流體之間進(jìn)行首次的快速混合、反應(yīng)，形成混合流體；混合流體隨即從轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔通過(guò)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)板進(jìn)入填料層中，轉(zhuǎn)鼓在轉(zhuǎn)速為800rpm的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)下，使流體在轉(zhuǎn)鼓的離心力作用下，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)填料層的徑向和軸向曲折的過(guò)程中流體之間進(jìn)行二次深度均勻混合、反應(yīng)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)鼓外環(huán)板排出，最后經(jīng)過(guò)液體出料口9排出，然后進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、干燥后得到超細(xì)氫氧化鋅。氫氧化鋅經(jīng)過(guò)煅燒可以得到粒徑在20～80nm之間的納米氫氧化鋅。反應(yīng)后的氣體從氣體出口2排出。
權(quán)利要求
1.一種撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置，它包括由環(huán)形內(nèi)擋板、圓形外擋板、內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓、填料、轉(zhuǎn)軸和殼體，填料裝在轉(zhuǎn)鼓空心圓環(huán)型的空腔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸設(shè)在外擋板的中心且穿過(guò)殼體，其特征是它還包括由若干根進(jìn)料管和設(shè)在進(jìn)料管底部的形成撞擊流的噴嘴組成的撞擊流裝置、氣體出口和液體出料口；由環(huán)形內(nèi)擋板、圓形外擋板、內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓設(shè)在殼體內(nèi)的中部，撞擊流裝置的噴嘴一端安放在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔的中央；氣體出口設(shè)在殼體的上部；液體出料口設(shè)在殼體的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置，其特征是所述內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板由金屬板制成，金屬板上設(shè)有若干個(gè)能通過(guò)流體的小孔；或內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板由框架結(jié)構(gòu)和微孔金屬網(wǎng)構(gòu)成，微孔金屬網(wǎng)設(shè)在框架結(jié)構(gòu)上；或內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板有一個(gè)是由框架結(jié)構(gòu)和微孔金屬網(wǎng)構(gòu)成，另一個(gè)由設(shè)有若干個(gè)能通過(guò)流體的小孔的金屬板制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置，其特征是所述填料是金屬絲網(wǎng)、耐腐蝕的塑料絲網(wǎng)、尼龍絲網(wǎng)、波紋板條或化工填料中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置，其特征是該撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置可以是立式結(jié)構(gòu)，也可以是臥式結(jié)構(gòu)。
5.一種使用權(quán)利要求1所述的撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置的方法，其特征是兩股或兩股以上的流體分別經(jīng)過(guò)加壓后進(jìn)入撞擊流裝置的進(jìn)料管中，流體通過(guò)撞擊流裝置的噴嘴，在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔進(jìn)行相互撞擊，在相互撞擊的過(guò)程中，流體之間進(jìn)行首次的快速混合、反應(yīng)；流體隨即從轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔通過(guò)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)板進(jìn)入填料層中，轉(zhuǎn)鼓在轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下，使流體在離心力作用下，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)填料層的徑向和軸向曲折的過(guò)程中流體之間進(jìn)行二次深度均勻混合、反應(yīng)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)鼓外環(huán)板排出，最后經(jīng)過(guò)液體出料口排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使用撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置的方法，其特征是所述流體是氣、液的任意組合，且至少一種為液流，即氣—液、液—液的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使用撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置的方法，其特征是所述氣流是單組分氣體或兩個(gè)組分以上的多組分混合氣體；所述液流是單組分液體或溶液或含兩種組分以上的混合液體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置及使用方法，它屬于一種多流體強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程的裝置及使用方法。本發(fā)明主要解決現(xiàn)有設(shè)備中多種物料(均相或非均相)之間存在的混合不均勻、混合時(shí)間長(zhǎng)的技術(shù)難點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該撞擊流——旋轉(zhuǎn)填料床裝置，它包括由環(huán)形內(nèi)擋板、圓形外擋板、內(nèi)環(huán)板和外環(huán)板圍成的空心圓環(huán)型的轉(zhuǎn)鼓、填料、轉(zhuǎn)軸和殼體，其中它還包括由若干根進(jìn)料管和噴嘴組成的撞擊流裝置、氣體出口和液體出料口；轉(zhuǎn)鼓設(shè)在殼體內(nèi)的中部，撞擊流裝置的噴嘴一端安放在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔的中央；氣體出口設(shè)在殼體的上部；液體出料口設(shè)在殼體的底部。本發(fā)明主要應(yīng)用于快速均相或非均相混合、反應(yīng)中。
文檔編號(hào)B01F3/06GK1425493SQ0215162
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者劉有智 申請(qǐng)人:華北工學(xué)院