專利名稱：一種磁驅(qū)沖擊混合及研磨結(jié)合的多相反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁驅(qū)沖擊混合及研磨結(jié)合的多相反應(yīng)器，適應(yīng)于液固、氣固反應(yīng)系統(tǒng)的固體物料研磨及反應(yīng)物料混合，也適應(yīng)于液液、氣液等多相反應(yīng)體系的強(qiáng)力混合反應(yīng)。
背景技術(shù)：
多相反應(yīng)體系經(jīng)常需要不同想的兩種以上物料充分混合，在槽式反應(yīng)器中采用攪拌式反應(yīng)器加快流體間的傳質(zhì)。攪拌式反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的90%，攪拌式反應(yīng)器的操作條件如溫度、濃度和停留時間等可控范圍較大，容積大小可調(diào)，設(shè)備的適應(yīng)性很強(qiáng)(化學(xué)反應(yīng)器分析，張濂和許志美編著，華東理工大學(xué)出版社，上海，2005年)。對于帶腐蝕性氣體或者液體的攪拌反應(yīng)器，需要反應(yīng)器進(jìn)行嚴(yán)格的密封，同時對密封元件或者攪拌槳的要求很嚴(yán)。對于管式反應(yīng)器，攪拌軸的密封和軸承的設(shè)計更加困難。本發(fā)明的目的是要構(gòu)建一個無機(jī)械傳遞元件的攪拌反應(yīng)裝置，可以很容易的地安裝在反應(yīng)管(或罐)外。本發(fā)明采用外加旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動管(或罐)內(nèi)磁料快速運(yùn)動，可以很好地解決反應(yīng)設(shè)備的密封問題。對于高粘度液相物料反應(yīng)系統(tǒng)，攪拌槳對于物料的混合作用并不理想。反應(yīng)物料在攪拌槳的作用下，容易形成宏觀同心旋轉(zhuǎn)流體，而很難形成微觀混合。而本發(fā)明采用的磁驅(qū)振子運(yùn)動攪拌的辦法，由于磁性振子是分散的粒子，大量的磁性振子相對運(yùn)動可以起到很好的微觀混合作用，加速反應(yīng)進(jìn)行。現(xiàn)有的磁力驅(qū)動有磁力泵在無攪拌裝置反應(yīng)釜上的應(yīng)用(陸軍.磁力泵在無攪拌裝置反應(yīng)釜上的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，1999，11:33)、磁力驅(qū)動攪拌反應(yīng)釜(楊建玲，胥敏一，耿殿榮.磁力驅(qū)動攪拌反應(yīng)釜的應(yīng)用[J].中國氯堿，2010，11(11): 19)、超薄磁力攪拌器(陳竹，解永平，隋玉增.超薄磁力攪拌器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011 (30，13): 16-17)、磁力攪拌法(王曉東，趙恂，李廷舉.磁力攪拌法的研究與開發(fā)[J].材料科學(xué)與工藝，2000，12(8):2)等幾種方式。磁力泵在無攪拌裝置反應(yīng)釜上的應(yīng)用解決問題的方式是:磁力泵從釜底抽液，從出料管輸出，再從進(jìn)料管打入釜內(nèi)液面下，打入的液體對釜內(nèi)的液體進(jìn)行劇烈沖擊，從而實(shí)現(xiàn)釜內(nèi)液體的劇烈震蕩，實(shí)現(xiàn)攪拌的目的；其缺陷在于釜內(nèi)物料震蕩不均勻，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)。磁力驅(qū)動攪拌反應(yīng)釜是將磁力耦合器應(yīng)用于攪拌反應(yīng)釜的一種新型設(shè)備，是機(jī)械密封和填料密封反應(yīng)釜的全新替代產(chǎn)品，它可以將傳動攪拌裝置的動力輸出部分和動力輸入部分完全隔離開來，即可以將反應(yīng)釜配帶的電機(jī)、減速機(jī)與反應(yīng)釜內(nèi)攪拌軸無接觸地分開，從根本上取消了攪拌軸的動密封結(jié)構(gòu)，使釜內(nèi)處于全封閉狀態(tài)，達(dá)到攪拌反應(yīng)過程無泄漏的目的；其缺陷在于其使用的是永磁體，溫度過高時會引起磁體的失磁和退磁等現(xiàn)象。超薄磁力攪拌器是采用在超薄的不導(dǎo)磁的反應(yīng)釜外安裝成對的螺旋線圈，分別控制各對螺旋線圈中電流的通斷及方向，就可以控制各對線圈不同時刻所產(chǎn)生的合成磁場的方向，進(jìn)而控制以永磁體為材質(zhì)的攪拌子的轉(zhuǎn)動；其缺陷與磁力驅(qū)動攪拌反應(yīng)釜相同。磁力攪拌法的原理是以釹鐵硼(NbFeB )永磁體為工作介質(zhì)的攪拌器在電動機(jī)帶動下高速旋轉(zhuǎn)，在空間產(chǎn)生交變的磁場，根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，它會在空間感應(yīng)出交變的電場，于是在導(dǎo)電的金屬熔體內(nèi)部將有交變的電流存在，空間電流與磁場相互作用產(chǎn)生洛侖茲力而對金屬復(fù)合熔體進(jìn)行磁力攪拌；其缺陷在于磁感應(yīng)強(qiáng)度在高度方向上衰減很快，并且其仍以永磁體為介質(zhì)，具有前述的磁力驅(qū)動攪拌反應(yīng)釜和超薄磁力攪拌器的共同缺陷。而本發(fā)明采用交流電源或交變直流電源發(fā)生磁場，磁場具有可設(shè)計性，設(shè)備和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。固體物料的研磨有很多手段，最典型的是球磨等機(jī)械研磨。固體物料與磨料(可以使球、棒等形狀)同時加入旋轉(zhuǎn)或振動的磨腔中，由于磨料運(yùn)動對固體粒子的沖擊和粒子之間相對運(yùn)動形成摩擦，使粒子受力破碎。這類磨機(jī)的特點(diǎn)是機(jī)體整體運(yùn)動，在進(jìn)料、出料等連續(xù)過程很難做到密封。因此，很難滿足加壓、氣氛調(diào)節(jié)等反應(yīng)要求。本發(fā)明采用磁驅(qū)振動磨料的方法，可以很好實(shí)現(xiàn)連續(xù)、密封設(shè)計。在一些礦物加工反應(yīng)過程中，如鈦鐵礦硫酸酸解反應(yīng)、磷礦硫酸浸取反應(yīng)以及含貴金屬難溶礦物與酸反應(yīng)體系。礦物粒度越細(xì)，通常反應(yīng)活性越高。但是，由于研磨表面活性粒子淬滅的原因，研磨的效率會逐漸降低，長時間磨料并不會無限制減小礦物粒子的粒度。在酸溶液中同時進(jìn)行研磨和反應(yīng)，可以大大提高反應(yīng)效率和研磨效率。傳統(tǒng)的研磨手段，很難進(jìn)行密封，同時也很難實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度和氣氛條件調(diào)節(jié)。機(jī)械活化是常用的氣相/固相、液相/固相反應(yīng)體系的強(qiáng)化手段。在球磨過程中，粉末顆粒被強(qiáng)烈塑性變形，產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，顆粒內(nèi)產(chǎn)生大量的缺陷(反應(yīng)球磨技術(shù)原理及其在材料制備中的應(yīng)用，嚴(yán)紅革和陳振華等，功能材料，1997，28(1))，可以明顯提高固體反應(yīng)活性；在磷礦、鈦礦等礦物與酸反應(yīng)過程中，很容易生成表面固體產(chǎn)物，阻止進(jìn)一步的反應(yīng)。本發(fā)明所提出的方法恰好能夠在反應(yīng)過程中不斷活化礦物，同時用研磨的方法去掉表面固體產(chǎn)物層，進(jìn)一步加快反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了構(gòu)造一種易于密封、利于制造反應(yīng)液相(或氣相)反應(yīng)氣氛的，具有強(qiáng)烈攪拌和研磨活化作用的反應(yīng)裝置，本發(fā)明提供一種磁驅(qū)沖擊混合及研磨活化的多相反應(yīng)器，該反應(yīng)器無需直接的機(jī)械傳動裝置，采用磁驅(qū)的方法驅(qū)動反應(yīng)器內(nèi)的磁性磨料快速運(yùn)動并起到研磨和物料混合的作用。所述反應(yīng)器適應(yīng)于液固、氣固反應(yīng)系統(tǒng)的固體物料研磨及反應(yīng)物料混合，也適應(yīng)于液液、氣液等多相反應(yīng)體系的強(qiáng)力混合反應(yīng)，具有零泄漏、無磨損、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等特點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在非金屬管式或罐式反應(yīng)器外設(shè)置一個交變磁場裝置，所述的交變磁場裝置是使用均勻分布于管(或罐)外的勵磁線圈，采用交流電源或交變直流電源，產(chǎn)生于反應(yīng)器內(nèi)部空間交變磁場的裝置。該交變磁場可以采用變頻器控制交流電源的頻率，或時間繼電器控制電流的交變方式，改變磁場的旋轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)而控制。所述反應(yīng)管或反應(yīng)罐內(nèi)填裝在鐵磁性振子或磨料外包覆耐磨或耐腐蝕的材料的磁性振子或磁性磨料，反應(yīng)物料通過反應(yīng)器空間時，所述的磁性振子或磁性磨料在交變磁場的作用下發(fā)生運(yùn)動，從而達(dá)到反應(yīng)物料混合或研磨的目的，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果有以下三點(diǎn)。第一，本發(fā)明所構(gòu)建的反應(yīng)器無需傳動軸、無需軸封裝置，容易實(shí)現(xiàn)防腐蝕和防泄漏的問題，結(jié)構(gòu)簡單。第二，本發(fā)明所構(gòu)建的多相反應(yīng)器，很容易實(shí)現(xiàn)反應(yīng)所需的氣氛條件和液體濃度條件，可以在反應(yīng)器中在線實(shí)現(xiàn)固體物料活化和研磨效果。第三，本發(fā)明所構(gòu)建的反應(yīng)器，可以同時增加加熱等原件，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的溫度控制和調(diào)節(jié)。


圖1是本發(fā)明的反應(yīng)器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的反應(yīng)器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的反應(yīng)器的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1的反應(yīng)器的A— A剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:請參閱圖1,本發(fā)明的反應(yīng)器包括一個反應(yīng)罐,該反應(yīng)罐包括非金屬罐體(尺寸為:長3840mm;<j5 3200mmX20mm)l和罐體的物料進(jìn)口管(管徑為Φ600ι πιΧ10πιπι)9和出口管(管徑為Φ600πιπιΧ10_) 4，反應(yīng)物料由進(jìn)口管9進(jìn)入反應(yīng)器。罐體I的中間區(qū)域有兩層阻攔網(wǎng)3。反應(yīng)完成的物料由出口管4卸除，罐體的右上方是人孔(尺寸為Φ 800mmX IOmm) 5。該反應(yīng)器的外加交變磁場裝置8由交變電源或交變直流電源6提供，該交流電源或交變直流電源6經(jīng)過變頻器7調(diào)節(jié)頻率后輸入到交變磁場裝置8而提供其能量，勵磁線圈10和鐵芯11在交變電壓的作用下產(chǎn)生交變磁場。反應(yīng)物料通過反應(yīng)器空間時，磁性振子或磁性磨料2在所述交變磁場的作用下發(fā)生運(yùn)動，從而達(dá)到反應(yīng)物料混合或研磨的目的，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。實(shí)施例2:同實(shí)施例1，只是反應(yīng)器的反應(yīng)罐改變成了反應(yīng)管(長為8000_ ;管徑為Φ750πιπιΧ20πιπι)，材料仍然為非金屬材料，并且進(jìn)口管9和出口管4在反應(yīng)管的兩端。實(shí)施例3:請參閱圖3，本發(fā)明的反應(yīng)器包括一個反應(yīng)罐，該反應(yīng)罐包括非金屬罐體(尺寸為:長3840mm ; <i)3200mmX20mm) I,該非金屬罐體I的最下端是角度為45°的尖錐形，便于反應(yīng)器內(nèi)的物料被反應(yīng)器最下端的進(jìn)口管(管徑為Φ325_Χ10_) 5中的流體沖擊而不停留在死區(qū)，該進(jìn)口管5中的進(jìn)料由進(jìn)料泵6從儲蓄池7打入。該罐體I的上端是人孔(尺寸為<t800mmX10mm) 9,右上端是出料管(管徑為<i)500mmX10mm) 8,反應(yīng)后的物料由此管循環(huán)回到儲蓄池7。在該罐體I的中間外部是交變磁場裝置2，所述交變磁場裝置2由交變電源或交變直流電源4提供，該交流電源或交變直流電源4經(jīng)過變頻器3調(diào)節(jié)頻率后輸入到交變磁場裝置2而產(chǎn)生交變磁場。反應(yīng)物料通過反應(yīng)器空間時，磁性振子或磁性磨料10在所述交變磁場的作用下發(fā)生運(yùn)動，從而達(dá)到反應(yīng)物料混合或研磨的目的，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為一種磁驅(qū)沖擊混合及研磨結(jié)合的多相反應(yīng)器，其特征在于在非金屬管式或罐式反應(yīng)器外設(shè)置一個交變磁場裝置，所述反應(yīng)管或反應(yīng)罐內(nèi)填裝磁性振子或磁性磨料，反應(yīng)物料通過反應(yīng)器空間時，磁性振子或磁性磨料在交變磁場的作用下發(fā)生運(yùn)動，從而達(dá)到反應(yīng)物料混合或研磨的目的，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于使用管式或者罐式流動反應(yīng)器，設(shè)有進(jìn)口和出口 ；反應(yīng)管(或罐)體采用陶瓷、玻璃等非金屬材料制成，或采用聚四氟乙烯、聚烯烴等聚合物材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器外交變磁場裝置，其特征在于使用均勻或者非均勻分布于管(或罐)外的勵磁線圈，采用交流電源或交變直流電源，產(chǎn)生反應(yīng)器內(nèi)部空間的交變磁場。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交變磁場，其特征在于可以采用變頻器控制交流電源的頻率，或時間繼電器控制電流的交變方式，改變磁場的旋轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，形成交變可控的內(nèi)部交變磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交變磁場，其特征在于可以采用電流調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)線圈的電壓或電流，控制磁場驅(qū)動功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)物料，其特征在于物料為多相液體物料，在磁性振子的作用下進(jìn)行混合，加強(qiáng)傳質(zhì)；或者為液固多相體系，可以在運(yùn)動的磁性磨料作用下，進(jìn)行固相活化或強(qiáng)化固液傳質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性振子或磁性磨料，其特征在于采用具有鐵磁性的材料制成的球、棒或者其他形狀的運(yùn)動元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁性振子或磁性磨料，其特征在于鐵磁性振子或磨料外可以包覆耐磨或耐腐蝕的材料，以便適用于腐蝕性介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁驅(qū)沖擊混合及研磨結(jié)合的多相反應(yīng)器，包括非金屬反應(yīng)管(或罐)，在非金屬反應(yīng)管(或罐)外部和內(nèi)部分別有交變磁場裝置和磁性振子或磁性磨料。其特征在于使用均勻分布于管(或罐)外的勵磁線圈，采用交流電源或交變直流電源，產(chǎn)生反應(yīng)器內(nèi)部空間可控的交變磁場，反應(yīng)物料由反應(yīng)管(或罐)的進(jìn)口和出口通過反應(yīng)器空間時，磁性振子或磁性磨料在交變磁場的作用下發(fā)生運(yùn)動，從而達(dá)到反應(yīng)物料混合或研磨的目的，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。該反應(yīng)器將反應(yīng)物料的混合和研磨巧妙地結(jié)為一體，縮短了工藝流程，具有零泄漏、無磨損、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等特點(diǎn)。
文檔編號B02C17/24GK103203214SQ201310130938
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者梁斌, 杜均, 李春, 王曉梅, 羅文波 申請人:四川大學(xué)