專利名稱：微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
碳酸鈣是一種重要的無(wú)機(jī)粉體材料，隨著碳酸鈣微細(xì)化及表面處理技術(shù)的進(jìn)步，使碳酸鈣產(chǎn)品由單一填充型向?qū)Ｓ没⒕?xì)化、功能化方向發(fā)展，人們對(duì)微細(xì)顆粒碳酸鈣的需求量越來(lái)越大，例如，人們對(duì)納米級(jí)碳酸鈣有了越來(lái)越多的需要。納米碳酸鈣被廣泛地用于涂料、塑料、橡膠、膠粘劑、造紙、油墨、轎車漆、化妝品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。
目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用鼓泡碳化法制備微細(xì)顆粒碳酸鈣，它是將含CO2的氣體通入裝有Ca(OH)2漿液的帶或不帶攪拌器的鼓泡塔或反應(yīng)罐中完成碳化反應(yīng)，通過(guò)制冷控制反應(yīng)溫度和加入分散劑、晶型控制劑等添加劑實(shí)現(xiàn)微細(xì)碳酸鈣的制備。由于氣相分布的不均勻性，導(dǎo)致氣、液、固相間的界面接觸面積小，傳質(zhì)速度慢，微觀混合差，產(chǎn)品顆粒不夠細(xì)，一般在0.1μm～幾個(gè)μm，粒徑分布不均勻，分散性和穩(wěn)定性也差，難以制備出高檔納米級(jí)產(chǎn)品，碳化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，間歇生產(chǎn)效率低，規(guī)模小，能耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種生產(chǎn)微細(xì)碳酸鈣的合成反應(yīng)裝置，特別是在電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)協(xié)同作用條件下制備微細(xì)顆粒碳酸鈣的合成反應(yīng)裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是在現(xiàn)有碳化機(jī)構(gòu)的外殼上設(shè)置能在外殼內(nèi)碳化反應(yīng)區(qū)域形成磁場(chǎng)或電場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)。
電磁場(chǎng)對(duì)碳化反應(yīng)的影響是結(jié)晶速率大幅度提高。含有Ca(OH)2的液體中的各種離子(Ca2+、CO32-、OH-、H+、HCO3-)、各類帶電粒子流經(jīng)磁場(chǎng)時(shí)將受到洛倫茲力的作用產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)(磁泳)，在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力的作用產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)(電泳)，極性分子在交變電磁場(chǎng)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)都具有分子攪拌效應(yīng)，這極大地強(qiáng)化了基于離子、分子尺度上的微觀擴(kuò)散、混合和傳質(zhì)過(guò)程，引起傳質(zhì)系數(shù)和界面面積的增加，加快了氣、液、固相間的傳質(zhì)速率，提高了Ca(OH)2在液膜內(nèi)的溶解速度及CO2吸收速度，克服了液膜阻力對(duì)反應(yīng)全過(guò)程速率的影響，使Ca2+和CO32-的過(guò)飽和度增加，形成很多反應(yīng)中心。
由于電磁場(chǎng)的作用，水的締合大分子團(tuán)結(jié)構(gòu)遭受破壞，裂解成小分子團(tuán)，這有利于離子遷移的兩個(gè)平衡位置之間的能壘降低，離子淌度因而增加，離子間反向運(yùn)動(dòng)頻繁地多次(隨電磁場(chǎng)頻率f次變更方向)劇烈相互碰撞，提高了Ca2+和CO32-實(shí)現(xiàn)“有效碰撞”的或然率，聯(lián)結(jié)形成一定數(shù)量的具有足夠穩(wěn)定性的CaCO3“離子締合體”，從而構(gòu)成了大量的結(jié)晶核心，這類似于加入晶種的作用。
碳化反應(yīng)中隨著碳化率的升高，漿液的黏度會(huì)逐漸增高，外加磁場(chǎng)的磁通量Φ恰當(dāng)時(shí)，能使水的內(nèi)能增大、表面張力及粘滯系數(shù)減小，能在某種程度上削弱溶液黏度增高帶來(lái)的不利影響，改善結(jié)晶條件，有利于亞穩(wěn)相中的結(jié)晶物質(zhì)由液相向固相的轉(zhuǎn)變，從而加快結(jié)晶過(guò)程。
水分子及其締合物，水合離子等微觀顆粒，都進(jìn)行著不間斷的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)應(yīng)于一定的能級(jí)，當(dāng)受到電磁場(chǎng)最佳頻率場(chǎng)的作用時(shí)，就可能發(fā)生共振，這種共振現(xiàn)象的短暫效應(yīng)，可降低系統(tǒng)中結(jié)晶過(guò)程的活化能，強(qiáng)化了溶液體積內(nèi)結(jié)晶的能力。
進(jìn)入碳化末期，氣相中CO2的濃度不變，溶液中Ca(OH)2(s)濃度很底(＜1％)，Ca(OH)2固相的液固界面面積遠(yuǎn)小于CO2的氣液界面面積，加上Ca(OH)2粒子的溶解活性差，溶解速率顯著減小，pH值很快下降，后期反應(yīng)環(huán)境逐漸趨向弱堿性，另外CO2的吸收、溶解、電離僅靠水合反應(yīng)和碳酸的離解反應(yīng)生成CO32-的速度較慢，這都成為制約后期反應(yīng)速率的關(guān)鍵(后期碳化時(shí)間占總碳化時(shí)間的一半以上)，由于電磁場(chǎng)效應(yīng)提高了Ca(OH)2在液膜內(nèi)的溶解速度，OH-離子在磁場(chǎng)、電場(chǎng)力的作用下增強(qiáng)了沖破液膜阻力的能力，進(jìn)入液相中，直至進(jìn)入CO2液膜，將有利地促進(jìn)CO2氣體溶解、電離、擴(kuò)散過(guò)程，從而大大提高后期碳化反應(yīng)的速率。
電磁場(chǎng)對(duì)碳化反應(yīng)的另一影響是是使結(jié)晶粒徑微細(xì)化、均一化，產(chǎn)品分散性、返堿性得以顯著改善。
磁場(chǎng)、電場(chǎng)的磁化、極化作用可使微粒子的極性增強(qiáng)，在強(qiáng)離子化區(qū)域內(nèi)分極作用消失，凝聚力減弱，結(jié)果改變了這些分子、離子的外層電子云分布和離子的變形，破壞了離子間的靜電吸引力改變了結(jié)晶條件，這種作用等于將結(jié)晶劈開(kāi)成為非常薄的薄層，進(jìn)而使其離子的排列與磁場(chǎng)的軸向一致，對(duì)碳酸鈣結(jié)晶顆粒的影響是形成分散的微小晶體穩(wěn)定地浮散在溶液中。
水通過(guò)電磁場(chǎng)時(shí)受電場(chǎng)、磁場(chǎng)作用，水分子偶極矩將增大或分裂，從而也增大了水分子的極性，締合的大分子團(tuán)被裂解形成小分子團(tuán)或一些單個(gè)水分子，它們極易吸附在剛生成的極性CaCO3晶核上，形成水分子與反應(yīng)生成物CaCO3微晶的締合分子團(tuán)。
另外溶液橫向切割在時(shí)間、空間上變化的磁場(chǎng)，可引起對(duì)水溶液中鹽類分子和離子的磁性力偶的磁滯效應(yīng)，因而改變了鹽類在水中的溶解性，同時(shí)使鹽類分子相互間的親和性(結(jié)晶性)減弱，而和水分子的親和性增加，這種效應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化了，形成水分子與反應(yīng)生成物碳酸鈣微晶的締合分子團(tuán)的數(shù)量和穩(wěn)定性，這種吸附層的位阻效應(yīng)對(duì)碳酸鈣晶核起到良好的分散作用，不但使其不易在反應(yīng)物Ca(OH)2表面沉淀(這可有效減輕碳酸鈣產(chǎn)品的返堿現(xiàn)象)，而且由于靜電作用CaCO3難以作晶狀有序排列，不易生成重晶、孿晶及二次聚晶凝聚，即難以生長(zhǎng)成大晶體，而是大量帶相同靜電微晶的松散聚合，形成絮狀聚合體，懸浮于溶液中。
綜上所述，電磁場(chǎng)對(duì)碳化反應(yīng)的影響是不僅僅高度強(qiáng)化基于離子、分子尺度上的微觀擴(kuò)散、混合和傳質(zhì)過(guò)程，而且還直接影響晶核的形成和晶體的生長(zhǎng)過(guò)程。既能加速生成大量碳酸鈣的晶核，又能不使晶核長(zhǎng)成大晶體，且由于這種效應(yīng)均勻、瞬時(shí)發(fā)生在液相的各個(gè)空間使得各晶核的成長(zhǎng)、長(zhǎng)大速度幾近相同，對(duì)加速碳酸鈣晶核的均一化生成和顆粒微細(xì)化、為控制最終產(chǎn)品粒徑在100nm以內(nèi)創(chuàng)造了條件。這在納米碳酸鈣生產(chǎn)中是十分關(guān)鍵的技術(shù)措施。同時(shí)也有效地加快了碳化反應(yīng)的速率，縮短了碳化時(shí)間。
本實(shí)用新型中的磁場(chǎng)或電場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)，具體可采用下述結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)構(gòu)包括在碳化機(jī)構(gòu)中央通過(guò)支架安裝有一外覆絕緣層的內(nèi)電極，和內(nèi)電極同軸的碳化裝置的金屬外殼為外電極，內(nèi)、外電極通過(guò)同軸電纜與電磁振蕩發(fā)生器連接或通過(guò)電纜與高壓直流發(fā)生器連接。當(dāng)內(nèi)、外電極通過(guò)同軸電纜接至電磁振蕩發(fā)生器的輸出端時(shí)，便能在本實(shí)用新型的外殼內(nèi)形成交變電磁場(chǎng)其電場(chǎng)和磁場(chǎng)都分布在塔體的橫截面內(nèi)，電場(chǎng)只有Er分量，磁場(chǎng)只有H分量。當(dāng)內(nèi)、外電極通過(guò)電纜接至高壓直流發(fā)生器的輸出端時(shí)，外殼內(nèi)便能形成徑向電場(chǎng)。當(dāng)在外殼內(nèi)中央設(shè)置有磁芯，外殼上安裝有線圈或磁鐵，則能在外殼內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，另外，可以同時(shí)安裝電場(chǎng)和磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，以產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同作用的效應(yīng)。
本實(shí)用新型所述及的碳化機(jī)構(gòu)可以采用現(xiàn)有鼓泡碳化機(jī)構(gòu)，還可以在本實(shí)用新型外殼的鼓泡碳化區(qū)域殼壁上安裝產(chǎn)生超聲場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)，使本實(shí)用新型的工作過(guò)程處在磁場(chǎng)或電場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)與超聲場(chǎng)協(xié)同作用下進(jìn)行。這一過(guò)程主要是利用超聲空化伴隨產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波、(1500m/s)和時(shí)速達(dá)400Km微射流、微聲流，使局部微小區(qū)域的液體受到強(qiáng)烈攪拌，高速流動(dòng)等機(jī)械效應(yīng)，使液體運(yùn)動(dòng)橫向切割在時(shí)間、空間上變化的磁場(chǎng)時(shí)的速度加大，從而磁場(chǎng)作用于運(yùn)動(dòng)電荷上的洛倫茲力F＝qv×B也越大，顯然在超聲空化效應(yīng)的協(xié)同作用下電磁場(chǎng)對(duì)碳化反應(yīng)施加影響的磁場(chǎng)效應(yīng)將得到極大強(qiáng)化。超聲場(chǎng)發(fā)生機(jī)構(gòu)安裝的具體實(shí)施方案在上述之磁場(chǎng)或電場(chǎng)或電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)效應(yīng)區(qū)相對(duì)應(yīng)的金屬塔體的外部，自液面線以下安裝一組或多組(例如三組)超聲場(chǎng)，每組超聲場(chǎng)由若干個(gè)超聲換能器并聯(lián)組合組成，由一個(gè)或幾個(gè)超聲波發(fā)生器同時(shí)驅(qū)動(dòng)，電能通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換為聲能并傳遞給液體，產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化效應(yīng)。
使用本實(shí)用新型電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化可比目前應(yīng)用的鼓泡碳化裝置碳化時(shí)間縮短3～6倍，碳酸鈣顆粒粒徑可控制在100nm以內(nèi)，產(chǎn)品的分散性，穩(wěn)定性、返堿性均有很大的提高和改善。但欲大幅度縮短碳化時(shí)間和得到更微細(xì)化的產(chǎn)品，可在電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化之前增加霧化碳化工序，就本實(shí)用新型而言，即在電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)之前加裝霧化碳化機(jī)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)可為在電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)的上方或一側(cè)有霧化碳化機(jī)構(gòu)，霧化碳化后的未完全反應(yīng)的含有Ca(OH)2霧流出口通于電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)內(nèi)腔，霧化碳化機(jī)構(gòu)的內(nèi)腔中裝有與液體及氣體輸入管連接的霧化機(jī)構(gòu)。上述的霧化機(jī)構(gòu)可采用如氣流噴霧、壓力噴霧、離心噴霧等現(xiàn)有設(shè)備。為強(qiáng)化霧化碳化的效果本實(shí)用新型采用電磁場(chǎng)效應(yīng)作用下的氣流超聲霧化碳化工序，即用含有CO2的氣體對(duì)含有Ca(OH)2的液體經(jīng)氣流超聲霧化機(jī)構(gòu)霧化，其霧化過(guò)程是用高壓氣泵把含有CO2的氣體通入氣流超聲霧化器內(nèi)的超聲發(fā)生裝置，從其出氣口噴出的含有CO2的高速氣流(100～350m/s)，負(fù)載具有一定頻率(40～100)kHz的超聲波，和從超聲霧化器的進(jìn)液管流出的含有Ca(OH)2的精漿液體流猛烈撞擊，將超聲波能量作用于液流，當(dāng)超聲頻帶彈動(dòng)在液體中傳播時(shí)，強(qiáng)烈的聲波振動(dòng)產(chǎn)生空化作用，使液體介質(zhì)發(fā)生爆破化為液滴，液滴繼續(xù)受到聲波振動(dòng)而液體被霧化成極微小液滴(50～500nm)。霧化的同時(shí)兩者在磁場(chǎng)或電場(chǎng)或電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)效應(yīng)作用下進(jìn)行碳化反應(yīng)。這樣，需要在霧化碳化機(jī)構(gòu)中的碳化反應(yīng)區(qū)域加裝形成磁場(chǎng)或電場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)。
上述電磁場(chǎng)、霧化碳化機(jī)構(gòu)與電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)可以是相互獨(dú)立的設(shè)置，它們之間通過(guò)管道、泵等進(jìn)行連接。它們也可以使用同一外殼，此時(shí)，其具體結(jié)構(gòu)為電磁場(chǎng)、霧化碳化機(jī)構(gòu)的下邊與電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)上之間有一上錐下圓且圓柱下端開(kāi)口的隔離罩，隔離罩的上部有除霧器，其錐形頂部上方有通于外殼之外的氣體出口，隔離罩與外殼之間有電磁場(chǎng)、霧化碳化機(jī)構(gòu)與電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)連接的通道或環(huán)隙，使兩工序之間，雖隔而相通。這種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，不必另外設(shè)置電磁場(chǎng)、霧化碳化設(shè)備，能夠降低設(shè)備成本。它與外殼之間留有可使含未完全碳化的Ca(OH)2霧流靠重力下降的通道或環(huán)隙，使兩工序之間，雖隔而相通。
本實(shí)用新型的碳化機(jī)構(gòu)還可以采用電磁場(chǎng)、霧化碳化裝置，即在外殼內(nèi)腔中裝有與液體及氣體輸入管連接的霧化機(jī)構(gòu)。與前述的霧化機(jī)構(gòu)相同，這里的霧化機(jī)構(gòu)可以采用氣流噴霧、壓力噴霧、離心噴霧等現(xiàn)有設(shè)備，其中優(yōu)選氣流超聲霧化器，在進(jìn)行電磁場(chǎng)、霧化碳化時(shí)，可以直接利用含有CO2的氣體對(duì)含有Ca(OH)2的漿液進(jìn)行霧化，并同時(shí)進(jìn)行電磁場(chǎng)效應(yīng)作用下的碳化反應(yīng)。
此外，為防止碳化黏壁和結(jié)垢現(xiàn)象，至少應(yīng)在霧化碳化機(jī)構(gòu)的外殼內(nèi)壁(若使用同一外殼則在液面線以上部分)或外殼內(nèi)所用金屬件外表面涂覆防蝕、防垢的樹(shù)脂涂層。這樣能夠防止外殼內(nèi)壁因液滴附著后流速緩慢，導(dǎo)致晶體粒徑長(zhǎng)大，以及在內(nèi)壁上結(jié)垢而部分脫落進(jìn)入產(chǎn)品造成粒徑分布不均勻，影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題。


圖1為實(shí)施例一的剖視示意圖；圖2為實(shí)施例二的剖視示意圖；圖3為氣流超聲霧化器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-精漿貯槽；2-精漿泵；3-熟漿出料管；4-氣體分布器；5-鼓泡碳化進(jìn)氣管；6-2#內(nèi)電極引線管；7-2#外電極接線柱；8-2#內(nèi)電極；9-2#內(nèi)電極支架；10-超聲波換能器；11-溢流口；12-液面控制線；13-除霧器；14-鼓泡碳化尾氣出口；15-CO2氣中轉(zhuǎn)管道；16-高壓氣泵；17-氣閥；18-CO2氣總管；19-氣流超聲霧化器進(jìn)氣管；20-1#外電極接線柱；21-1#內(nèi)電極；22-1#內(nèi)電極支架；23-除霧器；24-霧化碳化尾氣出口；25-1#內(nèi)電極引線管；26-氣流超聲霧化器；27-氣流超聲霧化器進(jìn)液管；28-精漿管道；29-隔離罩；30-鼓泡碳化進(jìn)液管；31-液漿中轉(zhuǎn)管道；32-霧化碳化出料管；33-液漿中轉(zhuǎn)泵；34-液漿中轉(zhuǎn)貯槽，35-CO2氣體進(jìn)口；36-超聲波發(fā)生裝置；37-CO2氣體出口；38-連接板。
Y-液面控制計(jì)接口，T-溫度計(jì)接口，D-電導(dǎo)率儀接口。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖1所示，本實(shí)施例包括外殼和裝于外殼上部的電磁場(chǎng)、氣流超聲霧化碳化機(jī)構(gòu)、下部有電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)以及兩者之間的連接機(jī)構(gòu)。其中，氣流超聲霧化碳化機(jī)構(gòu)內(nèi)的氣流超聲霧化器26分別與精漿進(jìn)液管27和CO2的進(jìn)氣管19連接，在霧化碳化區(qū)域的中央通過(guò)支架22安裝有1#內(nèi)電極21，外殼為其外電極并有1#外電極接線柱20，兩電極通過(guò)同軸電纜接電磁振蕩發(fā)生裝置或通過(guò)電纜接高壓直流發(fā)生裝置。1#內(nèi)電極21的上端有除霧器23和霧化碳化反應(yīng)后CO2的尾氣出口24。電磁場(chǎng)、氣流超聲霧化碳化機(jī)構(gòu)與電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)的連接機(jī)構(gòu)是靠位于外殼中部的隔離罩29，它呈上錐下圓且圓柱下端開(kāi)口的結(jié)構(gòu)，它與外殼內(nèi)壁之間留有可使含有未完全碳化的Ca(OH)2霧流靠重力下降的通道或環(huán)隙，使兩工序之間，雖隔而相通，隔離罩29的上部也帶有除霧器13，其頂部有鼓泡碳化反應(yīng)后的CO2尾氣出口14。尾氣出口14通過(guò)CO2氣中轉(zhuǎn)管道15、高壓氣泵16和氣流超聲霧化器進(jìn)氣管19相連接。外殼下部的電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)，在液面控制線12以下鼓泡碳化區(qū)域的中央通過(guò)支架9安裝有2#內(nèi)電極8，外殼為其外電極并有2#外電極接線柱7，兩電極通過(guò)同軸電纜接電磁振蕩發(fā)生裝置或通過(guò)電纜接高壓直流發(fā)生裝置。在外殼的外壁上安裝有超聲波換能器10。外殼的下部有與鼓泡碳化進(jìn)氣管5連接的氣體分布器4，外殼的底部有熟漿出料管3。本實(shí)施例外殼的中部液面控制線9上邊還設(shè)置有溢流口11，另外，還設(shè)置有精漿貯槽1、精漿泵2和精漿管道27、以及氣閥17。本實(shí)施例的外殼內(nèi)壁、以及外殼內(nèi)的其它金屬件表面涂覆有防蝕、防垢的樹(shù)脂涂層。
使用本實(shí)用新型，取適量的CaO進(jìn)行消化，對(duì)石灰乳溶液除雜、過(guò)濾，配制成一定濃度的Ca(OH)2的精漿液，置于精漿貯槽1中，經(jīng)精漿泵2輸入氣流超聲霧化器26，然后從超聲霧化器進(jìn)液管27，(圖3的27)流出；電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化反應(yīng)后逸出液面的含有CO2的氣體，繼續(xù)上升在隔離罩29內(nèi)匯集，經(jīng)隔離罩29上部的除霧器13除霧后，從隔離罩錐形頂部通于外殼之外的鼓泡碳化尾氣出口14，排入CO2氣中轉(zhuǎn)管道15，再用高壓氣泵16，加壓后通入電磁場(chǎng)、霧化碳化機(jī)構(gòu)的氣流超聲霧化器26的進(jìn)氣管19，然后從氣流超聲霧化器內(nèi)超聲發(fā)生裝置的出氣口(圖3的37)噴出含有CO2的高速氣流(280～350m/s)，負(fù)載具有一定頻率(75～100)kHz的超聲波，和從超聲霧化器的進(jìn)液管(圖3的27)流出的含有Ca(OH)2的精漿液體流猛烈撞擊，精漿被霧化成極微小液滴(50～500nm)，先和CO2氣體并流向上，再逆流向下，在電磁場(chǎng)極化、磁化效應(yīng)作用下進(jìn)行霧化碳化反應(yīng)，反應(yīng)后的尾氣經(jīng)除霧器23除霧后，從霧化碳化尾氣出口24排出，未完全碳化的Ca(OH)2霧流靠重力下降，通過(guò)隔離罩29與外殼內(nèi)壁之間留有的環(huán)隙，自流到電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)后聚集成液體，和由氣體分布器4微孔逸出，并向上升的CO2氣體，在電磁場(chǎng)的極化、磁化和超聲場(chǎng)的空化效應(yīng)協(xié)同作用下進(jìn)行鼓泡碳化反應(yīng)，完成碳化反應(yīng)的精漿即熟漿，由塔底的熟漿出料管3排出，再經(jīng)過(guò)濾、干燥等后處理工序，得到納米碳酸鈣產(chǎn)品。平均粒徑小，約為20～50nm，產(chǎn)品品質(zhì)高，通過(guò)控制各項(xiàng)工藝參數(shù)和加入不同的晶型控制劑，可以生產(chǎn)不同形狀的納米碳酸鈣產(chǎn)品。
實(shí)施例二如圖2所示，本實(shí)施例的整個(gè)碳化工藝仍由電磁場(chǎng)、霧化碳化反應(yīng)工序和電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化反應(yīng)工序組成，電磁場(chǎng)、氣流超聲霧化碳化機(jī)構(gòu)和電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，這里不再贅述，但分別獨(dú)立設(shè)置，另外根據(jù)生產(chǎn)需要，與實(shí)施例一相比不同的是在電磁場(chǎng)、氣流超聲霧化碳化機(jī)構(gòu)的外殼底部，還單獨(dú)設(shè)計(jì)有未完全反應(yīng)含有Ca(OH)2的霧流匯集后的出料管32，在電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)的液面控制線12以上，單獨(dú)設(shè)計(jì)有鼓泡碳化進(jìn)液管30。兩工序之間用下述連接機(jī)構(gòu)連接霧化碳化出料管32、液漿中轉(zhuǎn)貯槽34、液漿中轉(zhuǎn)泵33、液漿中轉(zhuǎn)管道31和鼓泡碳化進(jìn)液管30。具體可以直接把霧化碳化出料管32通過(guò)液漿中轉(zhuǎn)泵33、液漿中轉(zhuǎn)管道31，或者通過(guò)液漿中轉(zhuǎn)貯槽34、液漿中轉(zhuǎn)泵33、液漿中轉(zhuǎn)管道31接至鼓泡碳化進(jìn)液管30，電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)頂部尾氣出口14和電磁場(chǎng)、氣流超聲霧化碳化機(jī)構(gòu)的氣流超聲霧化器的進(jìn)氣管19之間仍用CO2氣中轉(zhuǎn)管道15和高壓氣泵16連接，構(gòu)成連續(xù)碳化過(guò)程。
使用本實(shí)用新型實(shí)施過(guò)程除下述變化外，其余同實(shí)施例一。在電磁場(chǎng)、霧化碳化反應(yīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)碳化反應(yīng)后，而未完全碳化的Ca(OH)2霧流靠重力下降，匯集到塔底后的液漿，由霧化碳化出料管32流入液漿中轉(zhuǎn)貯槽34，再由液漿中轉(zhuǎn)泵33，通過(guò)液漿中轉(zhuǎn)管道31，從電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化機(jī)構(gòu)上部的鼓泡碳化進(jìn)液管30進(jìn)入塔內(nèi)，向下流入電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)效應(yīng)區(qū)進(jìn)行鼓泡碳化反應(yīng)，這一過(guò)程同實(shí)施例一，在此，不再贅述。電磁場(chǎng)、超聲場(chǎng)鼓泡碳化反應(yīng)后，逸出液面的CO2的氣體，繼續(xù)上升經(jīng)除霧器13除霧后，從鼓泡碳化尾氣出口14排入CO2氣中轉(zhuǎn)管道15，再用高壓氣泵16，加壓后通入電磁場(chǎng)、霧化碳化機(jī)構(gòu)的氣流超聲霧化器26的進(jìn)氣管19，再?gòu)某暟l(fā)生裝置的出氣口(圖3的37)高速噴出，對(duì)從超聲霧化器26內(nèi)氣流超聲霧化器進(jìn)液管27(圖3的27)流出的含有Ca(OH)2的精漿進(jìn)行氣流超聲霧化，然后在電磁場(chǎng)的極化、磁化效應(yīng)作用下進(jìn)行霧化碳化反應(yīng)。這一過(guò)程同實(shí)施例一，在此，不再贅述。
使用本實(shí)用新型生產(chǎn)納米碳酸鈣，產(chǎn)品粒徑小，約為20～50nm，分布范圍窄，品質(zhì)高，碳化反應(yīng)時(shí)間短，比傳統(tǒng)設(shè)備縮短5～15倍，設(shè)備產(chǎn)量大，生產(chǎn)效率高。通過(guò)調(diào)整氣液比、氣體流速、氫氧化鈣濃度、反應(yīng)溫度、電磁波的頻率和電磁場(chǎng)量、超聲波的頻率和聲強(qiáng)、控制精漿在電磁場(chǎng)、超聲鼓泡碳化裝置內(nèi)的停留時(shí)間或者添加分散劑、晶型控制劑等即可達(dá)到控制碳酸鈣晶體的粒徑和形狀的目的。
本實(shí)用新型在裝置的適宜位置安裝液面控制計(jì)接口Y、溫度計(jì)接口T、電導(dǎo)率儀接口D，通過(guò)它們連接儀表傳感器，可實(shí)現(xiàn)在線電腦自動(dòng)控制，是大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)納米碳酸鈣粉體材料的理想加工技術(shù)設(shè)備。
本實(shí)用新型不僅應(yīng)用于納米碳酸鈣的合成，而且廣泛應(yīng)用于傳質(zhì)控制的氣、液、固或液、液、固反應(yīng)的輕工、石化和醫(yī)藥等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，包括碳化機(jī)構(gòu)，其特征是碳化機(jī)構(gòu)的外殼上設(shè)置能在外殼內(nèi)碳化反應(yīng)區(qū)域形成磁場(chǎng)或電場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是所述的發(fā)生機(jī)構(gòu)包括在碳化機(jī)構(gòu)中央通過(guò)支架安裝有一外覆絕緣層的內(nèi)電極，和內(nèi)電極同軸的碳化裝置的金屬外殼為外電極，內(nèi)、外電極通過(guò)同軸電纜與電磁振蕩發(fā)生器連接或通過(guò)電纜與高壓直流發(fā)生器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是外殼內(nèi)設(shè)置有磁芯，外殼上安裝有線圈或磁鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是所述的碳化機(jī)構(gòu)為鼓泡碳化機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是所述的外殼的殼壁上裝有在鼓泡碳化區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生超聲場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是有霧化碳化機(jī)構(gòu)，霧化碳化機(jī)構(gòu)內(nèi)的未完全反應(yīng)的含有Ca(OH)2的霧流出口通于鼓泡碳化機(jī)構(gòu)內(nèi)腔，霧化碳化機(jī)構(gòu)的內(nèi)腔中裝有與液體及氣體輸入管連接的霧化機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是霧化碳化反應(yīng)機(jī)構(gòu)與鼓泡碳化機(jī)構(gòu)之間有一上錐下圓且圓柱下端開(kāi)口的隔離罩，隔離罩的上部有除霧器，其錐形頂部上方有通于外殼之外的氣體出口，隔離罩與外殼之間有霧化碳化機(jī)構(gòu)與鼓泡碳化機(jī)構(gòu)相連接的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是所述的碳化機(jī)構(gòu)為霧化碳化機(jī)構(gòu)，外殼內(nèi)腔中裝有與液體及氣體輸入管連接的霧化機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是霧化機(jī)構(gòu)為氣流超聲霧化器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置，其特征是至少霧化碳化反應(yīng)機(jī)構(gòu)外殼內(nèi)壁或外殼內(nèi)所用金屬件外表面設(shè)置防蝕、防垢的樹(shù)脂涂層。
專利摘要本實(shí)用新型為一種微細(xì)碳酸鈣合成反應(yīng)裝置。其技術(shù)方案是在現(xiàn)有碳化機(jī)構(gòu)的外殼上設(shè)置能在外殼內(nèi)碳化反應(yīng)區(qū)域形成磁場(chǎng)或電場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同或交變電磁場(chǎng)的發(fā)生機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型能夠?qū)铀偬妓徕}晶核的均一化生成和顆粒微細(xì)化、為控制最終產(chǎn)品粒徑在100nm以內(nèi)創(chuàng)造了條件。這在納米碳酸鈣生產(chǎn)中是十分關(guān)鍵的技術(shù)措施。同時(shí)也有效地加快了碳化反應(yīng)的速率，縮短了碳化時(shí)間。
文檔編號(hào)C01F11/00GK2885831SQ20052012562
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者王茂森, 王玫, 王智毅 申請(qǐng)人:王茂森