超重力强化反应技术与设备


一、超重力反应技术的基本概念

超重力反应技术是具有高度强化传质、微观混合、瞬间反应等特征,其技术核心是对传质过程和微观混合过程进行强化混合反应。在超重力反应器的作用下,气~液、液~液两相、气~液~固三相等液体瞬间被反应器的旋转装置切割分散、破碎研磨后其液粒被撕裂成微纳米级液体微元,并且形成极大的而且不断更新的表面积,其次,在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度逆向接触,使相间传质速率比传统的反应塔器提高1~3个数量级,微观混合和传质过程得到极大强化。

超重力反应器是一种通过应用高倍重力场使物质进入超重力状态,从而在非常短的时间内控制物质的结构和性质的反应器。这种独特的工作原理可以极大地提高反应速率和反应占有率,对于快速合成新型材料、催化反应等具有重要应用价值。

二、超重力反应器的工作原理

超重力反应器的工作原理,是一种利用机械高速旋转中产的超重力原理对基于相对论物理和化学进行反应,在高速重力湍流的作用下,它的分子和原子之间的相互作用将会被控制和改变,从而实现化学反应的自发发生,由于超重力场可以改变物质分子的结构和形态,从而产生新的物质组成,提高反应产物的纯度。

1、高速重力场的作用,在超重力反应器是将物料反应组分受到极高的剪切离心力,达到平时无法获得的高倍重力状态,通常在1000到100000倍重力之间。在超高重力场下,物质分子之间的相互作用会被大大增强,因此反应速率和反应占有率将显著提高。

2、分子构象的改变,在高速超重力剪切离心力及湍流的作用下,物质分子的构象也会产生改变。分子的键长和键角度等参数将被改变,从而影响它们之间的相互作用和反应机理。这种局部分子构象的改变有利于加速反应的进行。

3、反应动力学的变化,由于超重力反应器中的反应组分受到强烈剪切湍流的重力场控制中,其反应速率也将发生变化。一些分子之间的反应将直接处于活化状态,从而促进反应速率的提高。此外,相互作用受到控制,反应中间体的稳定性也将得到增强,从而提高反应占有率和总的反应产率。

三、超重力反应器的应用

超重力反应器可以用于各种化学反应、材料合成、生物技术、能源开发等领域的研究。其中一些应用实例包括:

1、新型材料的合成

超重力反应器可用于合成新型纳米材料、薄膜材料、陶瓷材料、纳米碳酸钙等,这些材料通常具有优异的性能和特点,例如高强度、低导电率、良好的耐腐蚀性能等。

2.、生物技术及能源开发的应用

超重力反应器可用于细胞壁破裂、DNA分离和提取、蛋白质结晶等生物技术领域、高温等离子体,开发新型核聚变反应器等。这些应用极大地促进了生物技术的发展和进步。

 

四、超重力成套设备在碳酸化反应中的应用简述

首先,将反应罐内物料A通过循环泵恒压计量供给预混反应装置,同时计量罐内物料B也通过流量计进入预混反应装置的分配器与物料A进行初级混合反应,然后被经重力反应器吸入反应工作腔,由于反应器内的定子相对转速达~3000r/min,将物料及物料B在超重力作用下进行高速剪切、粒液撕裂、破碎研磨等过程中,所形成了微纳米气包液、液包气的颗粒,使物料A,B不断混合均质、强化反应,经过重力反应出来的A与B再一次通过反应器继续进行混合均质、反应之后,又重新返回反应罐底部继续反应,A可以是液体或固体浆料,B可以是气、固、液。

超重力反应成套设备是由搅拌反应釜、管式反应器、超重力反应器、冷凝反管式应器,流量计等设备组合成一种的新型反应成套设备,这种技术实现了在超重力环境中通过填料的旋转而产生的巨大剪切力,促使液、气固、 液等非均或多相的气~液颗粒撕裂成微纳米级液体微元,使相间传质速率比传统的反应塔器提高2~4个数量级,微观混合和传质过程得到极大强化

五、超重力反应装置主要配套设备

1、搅拌釜反应器

反应釜内搅拌是提高混合效应的最常用的反应手段,也是出现最早使用最为广泛的混合器,搅拌机轴采浆式或锚式,根据不同物料的粘度进行选型,反应外边可配冷却夹套或内部盘管,起到冷却加热作用。

2、管式反应器

管式反应器是由固定在管道中多组结构单元的作用下,提高气体与液体在管道内的湍流及接触面积,能明显改善管式反应器内微观混合,其微观混合效率可比相同条件的普通空管反应提高1个数量级。而且在相同的能量耗散率条件下,管式反应器无论是在层流还是湍流壮态下都能明显改善的微观混合,其微观混合效率高于连续搅拌釜反应器。

3、冷凝管式反应器

冷凝管式反应器是由管式反应器与冷凝器相结合的一种新型反应热质技术。这种技术既能提高管内流体湍动而产生二次涡流从而达到微观混合效率,又能通过另种传热介质的逆向流动从而增强换热面积,改善了管内的混合均质吸收的反应效应。

六、用户案例

1.氧化钙与水超重力反应,同质量氧化钙生成氢氧化钙比常规水泡法多30%

2.溶解氧,氧气与水超重力反应,常温条件下水中溶解氧达25mg/L,一般在20摄氏度条件下饱和溶解氧8—925mg/L。而且可保持25天。

3.非均相,氯丁烷与氰化钠在超重力反应,12小时可完成反应,常规反应则需要40多小时才完成。

4.铝酸钠碳酸化在超重力条件下反应,二氧化碳利用率接近100%

七、超重力反应器主机的技术参数

型号

   液体流量1.5/S//h

   气体流量10/S//h

   电机功率kw

进出口尺寸mm

  CZL~FY5

≤5

≤50

11

 40~气50~出65

   CZL~FY10

≤10

≤100

30

 50~气65~出80

   CZL~FY20

≤20

≤200

37

  65~气80~出100

   CZL~FY30

≤30

≤300

55

   80~气100~出125

  CZL~FY50

≤50

≤500

75

    100~气125~出175

  CZL~FY80

≤80

≤800

90

   125~气175~出200

 CZL~FY100

≤100

≤1000

110

   150~气175~出250

八、超重力反应成套设备工艺流程图

 

超重力反应器成套设备小试装置

超重力反应器成套设备中试装置