專利名稱：材料處理的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料處理的方法和設(shè)備，所述材料處理包括一種組分或組分之間的化學(xué)和/或物理作用或反應(yīng)。本發(fā)明所涉及的處理例如包括加熱、冷卻、攪動(dòng)、反應(yīng)、分散、包括溶解和乳化的狀態(tài)改變、氧化、還原、混和、中和、形狀的改變、密度的改變、分子量的改變、粘性的改變或pH值的改變。具體涉及的化學(xué)反應(yīng)例如包括鹵化、硝化、還原、氰化、水解、脫羥、環(huán)氧化、臭氧化重氮化、烷化、酯化、濃縮、Mannichand Friedel-Crafts反應(yīng)和聚合。
背景技術(shù)：
包括可繞著公共軸相對(duì)于彼此轉(zhuǎn)動(dòng)的同軸圓筒的材料處理設(shè)備是已知的，其中待處理的材料被供給到圓筒之間的環(huán)形空間中。例如，1994年12月6日授權(quán)給Colorado State University Research Foundation的美國(guó)專利No.5,370,999披露了通過(guò)將纖維生物質(zhì)漿注入到“高頻轉(zhuǎn)子—定子裝置”中所產(chǎn)生的擾動(dòng)庫(kù)艾特流中對(duì)纖維生物質(zhì)進(jìn)行高剪切處理的工藝，該裝置具有環(huán)形腔室，所述環(huán)形腔室容納裝有同軸齒環(huán)的固定定子，所述同軸齒環(huán)與連接于轉(zhuǎn)子的相對(duì)的同軸齒環(huán)相配合。1994年8月23日授權(quán)給Nippon Paint Co.，Ltd.的美國(guó)專利No.5,430,891披露了連續(xù)乳液聚合工藝，其中包含可聚合材料的溶液在可形成Taylor旋渦的條件下被輸送到同軸的可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒之間的環(huán)形空間中，從而可獲得期望的全混合狀態(tài)。
我的美國(guó)專利No.5,279,463(授權(quán)日為1 994年1月18日)和No.5,538,191(授權(quán)日為1996年7月23日)披露了高剪切材料處理的方法和設(shè)備，一種類型的設(shè)備包括在定子中轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子以提供環(huán)形流動(dòng)通道，所述環(huán)形通道包括容納有高剪切處理區(qū)的流動(dòng)路徑，在高剪切處理區(qū)中的通道空間小于高剪切處理區(qū)的其他空間，以提供輔助高剪切處理區(qū)，在材料通過(guò)輔助高剪切處理區(qū)的過(guò)程中能夠抑制自由supra-Kolmogoroff旋渦。
Couette開(kāi)發(fā)了一種測(cè)量液體粘度的設(shè)備，其中包括浸沒(méi)于被裝在轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒形容器中的液體中的圓筒，測(cè)量被因此施加在圓筒上的扭矩來(lái)測(cè)量粘度。發(fā)現(xiàn)在粘度測(cè)量和轉(zhuǎn)子表面的角速度之間獲得一個(gè)線性關(guān)系，并且在轉(zhuǎn)子表面的角速度超過(guò)某一數(shù)值后，這種線性關(guān)系被破壞。G.I.Taylor對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了研究，G.I.Taylor證明當(dāng)超過(guò)某一雷諾數(shù)時(shí)，在兩個(gè)圓筒表面之間的環(huán)形空間中的先前層流變得不穩(wěn)定并且出現(xiàn)旋渦，現(xiàn)被稱為Taylor旋渦，Taylor旋渦的軸的位置沿著轉(zhuǎn)子的圓周且平行于其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，所述Taylor旋渦沿著交替相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。利用被稱為Taylar數(shù)的特征數(shù)表示以這種方式變得不穩(wěn)定的流動(dòng)條件，Taylar數(shù)取決于環(huán)形間隙的徑向?qū)挾?、轉(zhuǎn)子的半徑及其圓周速度。盡管Nippon Paint為了達(dá)到它們特定的目的而希望Taylor旋渦存在，但是我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用這樣的用于如上述示例所給出的多種工藝的設(shè)備時(shí)，特別是在需要完全且均勻微混合的情況下，旋渦的存在會(huì)抑制所需的作用或者反應(yīng)，這是由于待處理的材料被夾帶在旋渦中并且在旋渦中被部分析出，從而使混合不完全并且必須依賴于很慢的擴(kuò)散過(guò)程。
發(fā)明概述本發(fā)明的基本目的是提供新的材料處理方法以及實(shí)施該方法的設(shè)備，并且所用的設(shè)備可被操作，不存在泰勒旋渦以有助于所需的混合。
本發(fā)明的的一個(gè)特定的目的是提供這樣的方法以及實(shí)施該方法的設(shè)備，其中使所包含的材料在不產(chǎn)生會(huì)抑制混合的泰勒旋渦的情況下流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種新的處理材料的方法，其中包括使在流動(dòng)路徑中待處理的材料通過(guò)一個(gè)環(huán)形處理通道，所述環(huán)形處理通道在由彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的各個(gè)圓筒形設(shè)備元件所提供的兩個(gè)相互靠近且間隔的光滑表面之間；其特征在于，所述兩個(gè)表面之間的徑向間隔等于或者小于抵靠在兩個(gè)表面上的材料的兩個(gè)邊界層的背對(duì)背徑向厚度；以及表面的光潔度能夠使在處理通道中泰勒旋渦形成受到抑制。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種新的處理材料的設(shè)備，其中包括兩個(gè)彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒形設(shè)備元件，并且提供兩個(gè)相互靠近且間隔的光滑表面，所述使兩個(gè)光滑表面提供一個(gè)環(huán)形處理通道，所述環(huán)形處理通道構(gòu)成了材料的流動(dòng)路徑；其特征在于，所述兩個(gè)表面之間的徑向間隔等于或者小于抵靠在兩個(gè)表面上的并且將在處理通道中通過(guò)的材料的兩個(gè)邊界層的背對(duì)背徑向厚度；以及表面的光潔度能夠使在處理通道中泰勒旋渦形成受到抑制。
所述圓筒形設(shè)備元件可圍繞一個(gè)公共軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或者圍繞各自的軸線指定以使所述元件偏心指定，并且所需的間隔是由所述表面的各自區(qū)段界定的。上述、以及本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)可從下面參照附圖的詳細(xì)描述中明顯地看出。


下面將參照附圖通過(guò)示例描述本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是完整的材料處理系統(tǒng)的局部正視、局部縱向截面圖；圖2是另一個(gè)完整的材料處理系統(tǒng)的類似的局部正視、局部縱向截面圖，其中外部能量可被施加到系統(tǒng)上以增強(qiáng)和/或促進(jìn)所述處理；圖3是如圖1和圖2中所示的處理設(shè)備的橫截面圖，以便于示出圓筒形元件和它們之間的相互關(guān)系，其中配合的表面可涂覆有催化劑以增強(qiáng)和/或促進(jìn)所述處理；圖4是與圖3中所示的類似的設(shè)備的截面圖，其中，定子和轉(zhuǎn)子的縱向軸被移位以便于給出繞其圓周在徑向?qū)挾确矫婵勺兊沫h(huán)形通道；以及圖5是設(shè)備的縱向橫截面圖，以便當(dāng)條件適合于泰勒旋渦形成時(shí)在環(huán)形通道中形成泰勒旋渦。
為了方便起見(jiàn)，在所有的附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相似或等同的元件。為了清楚起見(jiàn)，某些表面之間的間隔被放大。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的系統(tǒng)中，第一反應(yīng)物(反應(yīng)物A)從供應(yīng)罐10中通過(guò)計(jì)量泵12被供給到入口14，而第二反應(yīng)物(反應(yīng)物B)從供應(yīng)罐16中通過(guò)計(jì)量泵18被供給到入口14。如果需要的話，可從供應(yīng)罐20中將可選擇的催化劑或反應(yīng)氣體供給到入口14。如果使用獨(dú)立的入口14的話，它們相互之間必須是在切向上彼此靠近的。處理設(shè)備包括基板22，基板22上安裝有轉(zhuǎn)子軸承支座24、定子支座26以及變速電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)28。包括設(shè)備定子的圓筒形管30被安裝于支座24上，并且圓筒形管30還沿其大部分長(zhǎng)度支撐另一個(gè)圓筒形管32，所述圓筒形管32構(gòu)成熱交換器的外殼，氣體或液體可通過(guò)所述熱交換器以控制處理室中的溫度。圓筒30和32之間的環(huán)形通道34可充有適合的熱交換介質(zhì)，諸如金屬絲網(wǎng)或已知的商標(biāo)為“Sphere Matrix”的專用熱交換結(jié)構(gòu)，冷卻劑(或者如果適當(dāng)?shù)脑?，加熱流體)通過(guò)入口36進(jìn)入以及通過(guò)出口38排出。轉(zhuǎn)子軸40在支座24之間延伸并由支座24支撐，其中所述軸的一端與馬達(dá)28相連接。該軸帶有圓筒形轉(zhuǎn)子42，在本實(shí)施例中，所述圓筒形轉(zhuǎn)子42是實(shí)心的，并且其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與定子圓筒30的縱向軸線重合。環(huán)形截面的處理腔室44形成于定子30的圓筒形內(nèi)表面46和轉(zhuǎn)子42的圓筒形外表面46以及表面體51之間；所述處理腔室44的端部由圍繞軸40的端封50封閉以防泄漏。已反應(yīng)的材料通過(guò)出口52排出。
當(dāng)待處理的材料在處理通道44中流動(dòng)時(shí)，各自的邊界層形成于每個(gè)圓筒形表面46和48上，所述邊界層的厚度是由待處理材料的粘性和其他因素以及材料在表面上的相對(duì)流速確定的?？赏ㄟ^(guò)以下等式確定沿路徑長(zhǎng)度x的在平表面上流動(dòng)的流體層狀邊界層，在本發(fā)明中，路徑長(zhǎng)度x被設(shè)為圍繞轉(zhuǎn)子表面的一個(gè)圓周流動(dòng)長(zhǎng)度，所述等式即δ＝4.91/(NR)1/2其中NRx為長(zhǎng)度x和被運(yùn)動(dòng)粘度所除的流速的乘積。
在一個(gè)示例中，如果我們把轉(zhuǎn)子圓周設(shè)為x＝0.2394m、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)為2,000以及運(yùn)動(dòng)粘度設(shè)為0.000001m2/s，我們獲得的單層狀邊界的厚度＝0.85mm，以及2個(gè)背對(duì)背層狀邊界層的厚度＝1.7mm。
定子表面46的內(nèi)徑和轉(zhuǎn)子表面48的外徑是這樣的，即，使處理通道44的徑向尺寸大致等于兩個(gè)層狀邊界層的背對(duì)背的總厚度，因此在它們之間沒(méi)有用于使得居間容積層轉(zhuǎn)變擾動(dòng)的空間，并且形成泰勒旋渦且中斷在兩個(gè)接觸邊界層中的材料進(jìn)行完全且均勻的微混合。這樣，如上所述的，如圖5中所示在形成泰勒旋渦57時(shí)，并且泰勒旋渦57能夠使得待處理材料中的不同組分在部分析出的狀態(tài)下被混合，因此大大地甚至完全抑制了其混合，特別是微混合的可能性，需要極低的分子擴(kuò)散過(guò)程以完成期望的反應(yīng)。在上述具體示例中，對(duì)于這樣的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)子42具有0.0762m的外徑48，處理通道44需要1.7mm的間隙以確保在邊界層之間不存在任何容積層。如果間隙只增加至5mm，所形成的居間容積層明顯表現(xiàn)出較強(qiáng)的泰勒不穩(wěn)定性(如在旋渦57中)，從而如圖1和2中以不同陰影示出的使來(lái)自于供給容器10、16和20的不同流不均勻地混合到不可接受的程度，而利用本發(fā)明的較小間隙能夠基本上使來(lái)自于供給容器10、16和20的不同流瞬時(shí)混合，當(dāng)增大間隙時(shí)，如在處理通道44中所示的，旋渦57沿著處理通道44中的流動(dòng)呈現(xiàn)不同顏色的條紋。
如在Trans.ASME 80，753-765(1958)的“Modes of adiabatic diabaticfluid flow in an annulus with inner rotating cylinder.”中披露的由J.Kaye和E.C.Edgar提出的測(cè)量方法表明在兩個(gè)圓筒形相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)表面之間的環(huán)形通道中流動(dòng)的四個(gè)主要的可能性。如果雷諾數(shù)和泰勒數(shù)低，例如雷諾數(shù)小于1,700并且泰勒數(shù)低于41.3，流動(dòng)將為層流和呈流線。當(dāng)雷諾數(shù)低到適中的數(shù)值，并且泰勒數(shù)在41.3和300之間，流動(dòng)仍然為層流，但具有泰勒旋渦系統(tǒng)。對(duì)于大于150的較大泰勒數(shù)和較高的雷諾數(shù)，流動(dòng)為帶有旋渦的紊流，但仍然是比較“有序”的。對(duì)于低于150的適中泰勒數(shù)和大于100的較大雷諾數(shù)，流動(dòng)現(xiàn)完全紊流。但是達(dá)到泰勒不穩(wěn)定性的數(shù)值稍微不一致，如在“Boundary-layer Theory”by Dr.Hermann Schlichting，publishedby McGraw Hill，Inc.中披露的由F.Schultz-Grunow和H.Hein開(kāi)發(fā)的等效圖組所示的。它們表明，當(dāng)雷諾數(shù)為94.5并且泰勒數(shù)為41.3時(shí)，流動(dòng)為層流，但是旋渦開(kāi)始形成。當(dāng)雷諾數(shù)為322和868并且相應(yīng)的泰勒數(shù)為141和387時(shí)，流動(dòng)為層流，但具有明顯的旋渦。當(dāng)雷諾數(shù)為3960和泰勒數(shù)為1715時(shí)，渦流非常擾動(dòng)。遺憾的是，上述著者沒(méi)有指示各個(gè)定子和轉(zhuǎn)子表面的最終條件。因此，上述觀測(cè)是不確定的，并且不能用作確定通過(guò)消除泰勒旋渦達(dá)到微混合和宏混合所需的條件的基礎(chǔ)。
盡管在上述實(shí)施例中，中心體是轉(zhuǎn)子42，并且在機(jī)械方面這是最便利的結(jié)構(gòu)，但在理論方面也能夠轉(zhuǎn)動(dòng)外部圓筒形元件，或者使中心元件和外部元件轉(zhuǎn)動(dòng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)或者在轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生最小的圓周速度是必需的以維持邊界層。在目前所述的優(yōu)選實(shí)施例中，這差動(dòng)切向速度應(yīng)該不小于每秒1.2米，最好大于每秒2.0米。還意想不到地發(fā)現(xiàn)，表面46和48的光潔度是防止可能導(dǎo)致不穩(wěn)定性和使混合組分析出的泰勒旋渦形成的一個(gè)關(guān)鍵因素。正常的機(jī)加工不足以將圓筒形表面加工到上述參數(shù)所需的公差(例如，對(duì)于直徑為7.5厘米的轉(zhuǎn)子需要1-1.5毫米的徑向間隙)，并且所得到的表面粗糙度(盡管通常不稱之為“粗糙度”)仍然足以產(chǎn)生泰勒旋渦。對(duì)于目前的優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)現(xiàn)，因此需要采取并不想采用的對(duì)這些表面進(jìn)行拋光以達(dá)到所謂的鏡面精加工或者更好的步驟。盡管我并不想受到其限制，但此時(shí)可提出的唯一的說(shuō)明是，在利用正常機(jī)加工產(chǎn)生的表面光潔度(盡管是高質(zhì)量的)方面的缺陷足以導(dǎo)致不穩(wěn)定性的產(chǎn)生，泰勒旋渦可以證明不穩(wěn)定性的產(chǎn)生。大約40微英寸的標(biāo)準(zhǔn)光潔度太粗糙，并且發(fā)現(xiàn)，好于5微英寸的珩磨后的光潔度能夠避免任何流動(dòng)穩(wěn)定性的形成；此時(shí)相信，如果需要避免泰勒不穩(wěn)定性，那么需要10微英寸的上限。但是，這些數(shù)值會(huì)根據(jù)所包含的物理因素而改變。
圖2的實(shí)施例與圖1中的類似。這里，沿著轉(zhuǎn)子30的長(zhǎng)度提供多個(gè)換能器54，由換能器發(fā)射的能量盡可能透過(guò)制作轉(zhuǎn)子所用的材料或者至少其在換能器和轉(zhuǎn)子之間的部分。在附圖中，所示的換能器是磁控管或者調(diào)速管，磁控管或者調(diào)速管當(dāng)然產(chǎn)生很短波長(zhǎng)(例如2mm-50cm)的電磁輻射。另一種選擇是，它們可是波長(zhǎng)(顏色)適合該工藝的光源、X射線源、γ射線源，或者它們可是產(chǎn)生縱向振蕩的換能器，其振蕩頻率通常為超聲頻。
圖3表示的是圖1的定子和轉(zhuǎn)子組件的橫截面。如果圖3中的配合表面46和48涂覆有一種催化劑以促進(jìn)構(gòu)成處理步驟的化學(xué)反應(yīng)。所施加的涂層必須仍然符合本發(fā)明提出的關(guān)于光潔度的標(biāo)準(zhǔn)以達(dá)到極好的混合效果。圖4的實(shí)施例適用于發(fā)酵工藝，并且轉(zhuǎn)子42的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不再與定子30的相應(yīng)的縱向軸線重合，從而使處理腔室的徑向間隙44在圍繞轉(zhuǎn)子的圓周上尺寸不同。提供一種具有外殼32和熱交換材料34的熱交換結(jié)構(gòu)，這是由于這樣的工藝通常是放熱的，并且余熱必須被排出以達(dá)到適合微生物的最佳操作環(huán)境。沿著定子的長(zhǎng)度布置一系列供氧入口14，并且使供給到其中的氧迅速地乳化在漿中，提供均勻分散的微細(xì)氣泡，而不是如利用常規(guī)的發(fā)酵系統(tǒng)那樣將氧噴射到其中產(chǎn)生非均勻分布的毫米級(jí)尺寸大小的氣泡。產(chǎn)生的二氧化碳從處理通道的上部通過(guò)排出口56被排出。圖4中所示的發(fā)酵器被設(shè)計(jì)成連續(xù)工作的形式，并且能夠沿著轉(zhuǎn)子的上部連續(xù)且均勻地排出二氧化碳，所述轉(zhuǎn)子的上部始終被均勻混合的所有成分的漿膜潤(rùn)濕。
本發(fā)明的設(shè)備通常是一種反應(yīng)器，并且反應(yīng)器包括能夠利用物理或者化學(xué)手段產(chǎn)生所需產(chǎn)物的容器，反應(yīng)器通常是商用處理設(shè)備的心臟。其構(gòu)造、操作特征以及基本工程原理構(gòu)成了反應(yīng)器技術(shù)。除了化學(xué)計(jì)量學(xué)和動(dòng)力學(xué)以外，反應(yīng)器技術(shù)包括對(duì)引入和排出反應(yīng)物和產(chǎn)物、供給和帶走熱量、適合的相變和材料轉(zhuǎn)變、保證反應(yīng)物之間的有效接觸以及補(bǔ)充和再生催化劑等的技術(shù)要求。當(dāng)人們將反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成有效實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)該考慮這些問(wèn)題，接著將這樣的裝置擴(kuò)展到較大尺寸的單元，最終設(shè)計(jì)和操作商用設(shè)備。
商用反應(yīng)器設(shè)計(jì)和使用大多數(shù)反應(yīng)器都是在對(duì)一種類型的反應(yīng)器進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。很少的工藝是利用大不相同的反應(yīng)器類型并行開(kāi)發(fā)而得到的。在大多數(shù)情況下，實(shí)驗(yàn)室研究所選擇的反應(yīng)器已經(jīng)變?yōu)樯逃玫姆磻?yīng)器類型。進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)通常會(huì)有助于使該技術(shù)發(fā)展。關(guān)于一些工業(yè)上重要的石油化工工藝及其反應(yīng)器的記述應(yīng)用了幾十年。下面是根據(jù)反應(yīng)器類型分類的反應(yīng)器使用方法的實(shí)施例。
間歇式反應(yīng)器。間歇式反應(yīng)器是用于制造塑性樹(shù)脂的優(yōu)選構(gòu)造。這樣的反應(yīng)器通常為6-40立方米(大約200-1400ft3)的帶隔板的罐，其中設(shè)有由長(zhǎng)馬達(dá)軸從上方驅(qū)動(dòng)的混合葉片或者葉輪。熱量通過(guò)套壁或者利用內(nèi)置線圈被傳輸?shù)絻?nèi)容物和從內(nèi)容物輸出。在頂部附近使用指狀隔板而不是全長(zhǎng)隔板?？梢曰鞠嗤姆绞缴a(chǎn)所有樹(shù)脂，包括聚酯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、脲甲醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂和呋喃樹(shù)脂。原材料在高達(dá)275℃的溫度下例如保溫12小時(shí)，直至聚合液體變得足夠粘稠。已經(jīng)設(shè)計(jì)了能夠在三個(gè)18立方米(大約640ft3)的反應(yīng)器中產(chǎn)生200種不同類型和等級(jí)的合成樹(shù)脂的設(shè)備。大規(guī)模操作對(duì)于間斷聚合能夠節(jié)省成本。聚氯乙烯(PVC)的全世界產(chǎn)量大于15×106t/yr，但是至今仍然沒(méi)有開(kāi)發(fā)出適合PVC生產(chǎn)的連續(xù)處理反應(yīng)器。但是，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了體積為200立方米(大約7060ft3)、直徑為5.5米并且高10米的商用間歇式懸浮型PVC聚合反應(yīng)器。
可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的反應(yīng)工藝的一些示例是包括有機(jī)金屬化學(xué)的反應(yīng)工藝；液態(tài)氨反應(yīng)；鹵化；硝化；Friedel Craft反應(yīng)；還原；高溫反應(yīng)(高達(dá)260℃)；氰化反應(yīng)；水解、脫羥、環(huán)氧化、重氮化、烷化、酯化、濃縮反應(yīng)、Mannich反應(yīng)和苯化學(xué)。
由G.I.Taylor于1923年發(fā)表的標(biāo)題為“Stability of a viscous liquidcontained between two rotating cylinders”的文章首先對(duì)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和實(shí)踐中遇到的關(guān)于不穩(wěn)定性模型形成預(yù)測(cè)進(jìn)行直接比較。同心圓筒之間流動(dòng)的泰勒分析產(chǎn)生一個(gè)無(wú)量綱控制參數(shù)的意義明確的臨界值，現(xiàn)稱之為“泰勒數(shù)”，在達(dá)到該臨界值時(shí)基流變得不穩(wěn)定，產(chǎn)生小的擾動(dòng)，形成圍繞內(nèi)圓筒并且在軸向上堆疊的“泰勒旋渦”。Taylor進(jìn)行了精心的試驗(yàn)，這些試驗(yàn)在參數(shù)的寬范圍的百分之幾的范圍內(nèi)與其理論相符，從而證實(shí)線性穩(wěn)定性分析可進(jìn)行定量的模型預(yù)測(cè)。體現(xiàn)Taylor做出的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)的其他模型形成現(xiàn)象包括快速轉(zhuǎn)動(dòng)流體方面的泰勒柱(遵循Taylor-Proudman法則的泰勒柱是二維的)；在較稠的流體的流動(dòng)方向加速的兩種流體之間的界面的Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性；朝向較粘的流體前進(jìn)的流體界面的Saffman-Taylor指進(jìn)不穩(wěn)定性；以及在具有電場(chǎng)的流體中的氣泡?，F(xiàn)在泰勒的論文對(duì)于這些領(lǐng)域關(guān)于模型的理解產(chǎn)生巨大影響。
如上所述，本發(fā)明適用的工藝通常為加熱、冷卻、攪動(dòng)、反應(yīng)、狀態(tài)改變、氧化、還原、混和、中和、形狀的改變、密度的改變、分子量的改變、粘性的改變、pH值的改變或改變?nèi)萜髦械奈镔|(zhì)的任何性質(zhì)，并且這樣的工藝可被稱為化學(xué)反應(yīng)器技術(shù)。人們不斷努力開(kāi)發(fā)能夠以更高的效率生產(chǎn)產(chǎn)品的新技術(shù)。例如，加熱和冷卻循環(huán)的改進(jìn)可減少生產(chǎn)時(shí)間，無(wú)論對(duì)于連續(xù)操作或者間歇操作的工藝。構(gòu)成材料和制造手段已經(jīng)改變，并且明顯有助于理解反應(yīng)器設(shè)計(jì)和技術(shù)的現(xiàn)有工藝水平。本發(fā)明特別(但非排他地)涉及利用混合作用和/或化學(xué)反應(yīng)改變?nèi)芤夯蛘邞腋∫褐械牟牧匣蛘呓M分的方法和設(shè)備，所述混合作用和/或化學(xué)反應(yīng)的速度可通過(guò)以熱、可見(jiàn)光、紫外線或者紅外線以及縱向壓力振蕩、微波、X射線和γ輻射的形式體現(xiàn)的能量的引入或者去除來(lái)控制。
許多化學(xué)反應(yīng)方法包括液/液、液/固、液/氣或者液/固/氣混合，其會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期存在的關(guān)于溫度分布非均勻性、反應(yīng)物分布非均勻性以及由于所述非均勻性而產(chǎn)生的不希望產(chǎn)生的副產(chǎn)品的問(wèn)題。這樣的化學(xué)反應(yīng)方法通常包括結(jié)晶、沉淀、乳液聚合、茂金屬催化聚合、聚合、酶反應(yīng)和溶膠凝膠生產(chǎn)。關(guān)于非均勻性的這樣的問(wèn)題在攪動(dòng)罐反應(yīng)器、管狀反應(yīng)器、氣液接觸器等中是普遍存在的。關(guān)于上述反應(yīng)器處理的另一個(gè)問(wèn)題是，它們是間歇式處理并且從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)擴(kuò)展到商業(yè)生產(chǎn)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，在任何地方都需要花費(fèi)2至5年的時(shí)間，因此會(huì)導(dǎo)致很高的成本，并且具有錯(cuò)失市場(chǎng)機(jī)會(huì)的可能性，這些機(jī)會(huì)在開(kāi)始第一次試驗(yàn)時(shí)存在但在經(jīng)過(guò)多年后擴(kuò)展至新的工藝后消失。
本發(fā)明應(yīng)用的一個(gè)特定實(shí)例是所謂的溶膠凝膠處理。這種手段始于適合分子的原材料，這種原材料簡(jiǎn)單地混合在溶液中。在前體之間發(fā)生聚合反應(yīng)，接著產(chǎn)生固態(tài)基質(zhì)。例如，金屬醇鹽通過(guò)水解和濃縮可被轉(zhuǎn)變成氧化物。這些材料日益重要，在技術(shù)上發(fā)現(xiàn)它們本身作為電動(dòng)汽車、心房脈沖產(chǎn)生器和個(gè)人隨身聽(tīng)等所用的電池陰極的組分以及各種類型的傳感器裝置。但是目前主要的一種用途是，通過(guò)在玻璃窗上提供沉積的SiO2-TiO2的防反射沉積涂層來(lái)改善玻璃窗的光學(xué)性能。這種能夠?yàn)槠湓诓牧峡茖W(xué)方面帶來(lái)日益成功的應(yīng)用的手段具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。最基本的優(yōu)點(diǎn)是，與標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)合成方法相比能夠節(jié)省能源?？梢院艿偷臏囟缺容^容易地生產(chǎn)耐火氧化物材料。它還具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，能夠利用溶液合成固體且無(wú)需不便利的費(fèi)時(shí)的粉末反應(yīng)。這樣可直接利用溶液生產(chǎn)玻璃和陶瓷。另外，由于該手段包括溶解，因此工業(yè)科學(xué)家能夠?qū)ζ鋺?yīng)用進(jìn)行開(kāi)發(fā)以使它們涂有在高于400℃的溫度下具有熱穩(wěn)定性的功能薄膜，而不管它們的分子起源。制備包含有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的混合材料是理想的。這樣的合成物本身屬于玻璃和聚合物之間的種類并且具有一些吸引人的性質(zhì)。商業(yè)應(yīng)用中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)幾種?；旌喜牧系闹饕再|(zhì)是“溶膠凝膠光學(xué)性質(zhì)”。它們例如可用于在溶膠凝膠二氧化硅中俘獲有機(jī)染料以提高在激光器、非線性光學(xué)裝置應(yīng)用和彩色照相應(yīng)用中所用的染料的光學(xué)性能。這種溶膠凝膠手段對(duì)合成開(kāi)辟了新的前景，能夠制備以前沒(méi)有的具有綜合性能的產(chǎn)品。Corriu和他的同事發(fā)表了混合陶瓷的制備，諸如碳化硅的相互貫通的網(wǎng)絡(luò)。Stanley Whittingham，在Binghamton的the State Universityof New York的一位科學(xué)家，并且他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在通常常規(guī)合成保持的溫度(100-300℃)下利用水溶液(熱液處理)制備氧化物陶瓷而不是利用固態(tài)化學(xué)方法進(jìn)行制備，從而再次突出了較溫和的手段的優(yōu)點(diǎn)。
溶膠凝膠方法也可用于生物邊界處，其中酶和活細(xì)胞可被俘獲在諸如溶膠凝膠二氧化硅的材料內(nèi)并且保持一種生物活性狀態(tài)。用于任何可支持酶或者活細(xì)胞的技術(shù)可直接應(yīng)用在生物傳感器和生物反應(yīng)器中，其中所述材料有助于為活性組分提供一種保護(hù)性或者支持性環(huán)境，所述活性組分是酶、活細(xì)胞或者其他種類。Fluka首次將生物凝膠商業(yè)應(yīng)用在脂肪酶(酶)的封裝中以形成生物分壓器，其中可精心地控制產(chǎn)品外形。也已經(jīng)證實(shí)了基于被俘獲在溶膠凝膠二氧化硅內(nèi)的葡糖氧化酶的生物傳感器，但還未被商業(yè)化。
本發(fā)明能夠利用一種使反應(yīng)物(其中一種是液體)連續(xù)通過(guò)溫度和壓力控制的反應(yīng)器的方法來(lái)解決上述問(wèn)題，在所述溫度和壓力控制的反應(yīng)器中，在相互靠近且間隔的通道表面之間的輔助較高剪切處理區(qū)44包圍設(shè)置在轉(zhuǎn)子42和定子30表面之間的整個(gè)環(huán)形空間。也可解決擴(kuò)展問(wèn)題。另外，能夠通過(guò)與使用薄壁管的背對(duì)背的輔助轉(zhuǎn)子性能結(jié)合的邊界層流提供異常溫度控制。通過(guò)具有平穩(wěn)熱阻的異常高的U值可獲得增強(qiáng)熱控制，具有平穩(wěn)熱阻的異常高的U值可通過(guò)平穩(wěn)的邊界層厚度控制和在定子的外表面處提供SphereMatrix(商標(biāo))增強(qiáng)冷卻以及在定子的內(nèi)表面處提供背對(duì)背邊界層高剪切流來(lái)達(dá)到。另外，它可通過(guò)在背對(duì)背邊界層流中的氣體乳化來(lái)提供增強(qiáng)氣液反應(yīng)。目前的工藝使用攪動(dòng)罐反應(yīng)器、沖擊反應(yīng)器、在線“靜態(tài)混合器”反應(yīng)器等，如上面詳細(xì)描述的，所有的反應(yīng)器都遇到反應(yīng)物非均勻混合以及非均勻加熱和帶走熱量。
令人驚異的是，與由于使容積層存在于邊界層之間的大間隙尺寸而導(dǎo)致的情況相反，利用本發(fā)明的方法和設(shè)備能夠獲得接近即時(shí)的均勻和恒定混合，所述接近即時(shí)的均勻和恒定混合始于混合組分的進(jìn)入點(diǎn)處，當(dāng)環(huán)形間隙僅使得背對(duì)背邊界層存在而排除居間的容積層時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)所述接近即時(shí)的均勻和恒定混合。為了產(chǎn)生這種在入口和出口之間的出乎意料的完美混合程度，大約每秒1.2米的最小切向速度是必需的，在該設(shè)備中，入口和出口間隔開(kāi)的長(zhǎng)度約為24英寸。例如，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，如果環(huán)形間隙設(shè)定為5毫米，使容積層存在于分層邊界層之間，待混合的組分的條紋在它們完全向下通過(guò)間隙的過(guò)程中是絕對(duì)可見(jiàn)的?，F(xiàn)在，在大于能夠產(chǎn)生這樣的有害旋渦的臨界泰勒數(shù)的情況下能夠避免對(duì)待混合的組分產(chǎn)生析出影響的泰勒旋渦，能夠在sub-Kolmogoroff規(guī)模上進(jìn)行理想的活塞式流動(dòng)混合。環(huán)形間隙表面可涂有一層催化劑并且能夠反射電磁波。在很薄的環(huán)形間隙中可基本上避免溫度梯度。在本發(fā)明中急劇減少表面污垢和除垢有助于進(jìn)行精密的熱控制。
本發(fā)明特別適用于生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其中微生物培養(yǎng)物的適當(dāng)混合對(duì)于發(fā)酵的許多方面是必需的，例如包括保證將養(yǎng)分適當(dāng)?shù)毓┙o到細(xì)胞以及從它們附近去除任何有毒物質(zhì)?；旌线€通過(guò)使大氣泡分裂成較小的氣泡并且使它們均勻地分散在液體中來(lái)影響氧的供給，從而使它們?cè)诜磻?yīng)器中的停留時(shí)間增加，因而對(duì)于氧氣輸送，增大了氣體停留界面區(qū)域。精確的溫度控制和有效的熱交換也需要有效的熱交換的良好混合。良好混合對(duì)于保持均質(zhì)培養(yǎng)物是必需的，其中特定代謝物的濃度可被精確地監(jiān)測(cè)?；旌蠈?duì)于確保任何添加的溶液(諸如酸、堿或者養(yǎng)分)的快速擴(kuò)散也是重要的，從而不會(huì)出現(xiàn)局部高濃度的聚集。
在生物反應(yīng)器中的混合是非常復(fù)雜的并且已經(jīng)成為集中研究和討論的主題。當(dāng)然，良好的液相混合的氣-液傳質(zhì)的最大需要是提供具有適當(dāng)氧量的微生物培養(yǎng)物。但是，機(jī)械混合會(huì)在發(fā)酵介質(zhì)中產(chǎn)生紊流和旋渦，尺寸大約在50-300微米之間。在這些旋渦內(nèi)將溶質(zhì)輸送到長(zhǎng)度大約為1-2微米的細(xì)胞受到擴(kuò)散限制，一種方法取決于介質(zhì)的粘度。由于這些限制，使培養(yǎng)物盡可能多地混合似乎是理想的。但是，混合量的增大會(huì)伴隨著流體力學(xué)應(yīng)力(通常用于剪切)的增大，從而會(huì)對(duì)微生物的生命力產(chǎn)生嚴(yán)重地影響。這種現(xiàn)象被稱為渦旋低生命力。介質(zhì)的流變性也會(huì)影響混合，這是由于當(dāng)粘度增大時(shí)，達(dá)到同等混合程度所需的功率輸入也增大；這對(duì)于生物反應(yīng)器的尺寸和結(jié)構(gòu)提出了非常嚴(yán)格的機(jī)械和費(fèi)用限制。但是，在所有的實(shí)踐中，這些限制對(duì)于小的生物反應(yīng)器是不存在的，因此普遍可以見(jiàn)到小(1-2L)的生物反應(yīng)器，其中混合器馬達(dá)的尺寸達(dá)到容器尺寸的25％以上。這樣的混合效率對(duì)于較大的生物反應(yīng)器在經(jīng)濟(jì)上是不能達(dá)到的。總之，為了有效的擴(kuò)展，在研究和試驗(yàn)階段盡可能接近最終的發(fā)酵是重要的。
對(duì)于一種已知的生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)，粘度和功率輸入將確定流動(dòng)模型，流動(dòng)模型會(huì)在微觀和宏觀規(guī)模上對(duì)反應(yīng)器性能產(chǎn)生影響。剪切可作為粘度的一種表現(xiàn)形式，并且它將直接影響熱質(zhì)傳輸。所有的傳輸現(xiàn)象最后與工藝的動(dòng)力成為一體以導(dǎo)致生物質(zhì)生長(zhǎng)和產(chǎn)品的形成。大容器在它們整個(gè)容積上沒(méi)有均勻流體動(dòng)力條件，并且有時(shí)有意根據(jù)速度和紊流在它們內(nèi)限定區(qū)域。這些區(qū)域的每一個(gè)構(gòu)成了不同的環(huán)境，不同的環(huán)境可具有不同的基體和產(chǎn)品濃度、不同pH、不同的細(xì)胞濃度、不同的溫度和不同的剪切條件。在這被限定后，表示該系統(tǒng)的方程式可被寫出，這是由于反應(yīng)的動(dòng)力和傳輸率取決于這些變量。
攪動(dòng)罐發(fā)酵器是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的一種生物反應(yīng)器。需要一個(gè)或者多個(gè)攪拌器實(shí)現(xiàn)寬范圍的功能適合的動(dòng)量、熱質(zhì)傳輸和混合以及懸浮液的均質(zhì)化。各個(gè)作業(yè)的最佳化導(dǎo)致葉輪的不同設(shè)計(jì)。由于所有這些要求必須同時(shí)建立，實(shí)踐中所用的攪拌器總是反映缺陷。發(fā)酵中所用的常規(guī)葉輪通常被分為軸向和徑向流動(dòng)葉輪。在多種葉輪幾何結(jié)構(gòu)中，在葉輪下方噴射氣體的六葉片盤狀葉輪是最常用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造。但是，已經(jīng)對(duì)于使用高流量、低功率型號(hào)的攪拌器(諸如以Intermig、Lightnin315、Prochem Maxflow T和Scaba 6SRGT為商標(biāo)出售的攪拌器)進(jìn)行研究并且已經(jīng)提出了利用這樣可選擇的設(shè)計(jì)形式能夠提高發(fā)酵工藝的性能。由于攪動(dòng)罐反應(yīng)器的輸氧效率相對(duì)于功率輸入是較低的，因此需要提供相當(dāng)高的特定功率輸入以提供足夠的輸氧速度，這與反應(yīng)器的尺寸無(wú)關(guān)。因此，在大型(大于500立方米)攪動(dòng)罐反應(yīng)器中通過(guò)攪動(dòng)產(chǎn)生較高的熱量在反應(yīng)器中是很難或不可能減少的。另外，在攪動(dòng)速度低時(shí)，氣體擴(kuò)散和攪動(dòng)器的混合效率是極低的。因此，對(duì)于以低的特定功率輸入在大型反應(yīng)器中進(jìn)行的低性能工藝(例如生物廢水處理)，使用攪動(dòng)反應(yīng)器在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是不適合的。在一些情況下，生物因素(例如細(xì)胞的剪切敏感性)需要除攪動(dòng)罐以外的反應(yīng)器。
已經(jīng)發(fā)表的幾篇論文涉及了這些反應(yīng)器在利用在高粘度培養(yǎng)介質(zhì)中的細(xì)菌(例如，鏈霉菌)、酵母或者真菌進(jìn)行的主代謝物和副代謝物的生產(chǎn)方面的應(yīng)用，其中由于介質(zhì)粘度和細(xì)胞形態(tài)的變化而使介質(zhì)的流變性在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生改變。在增大粘度和反應(yīng)器容積時(shí)，介質(zhì)組分在反應(yīng)器中的非均勻性逐漸變得重要。不再能夠提供集中參數(shù)或者液相的軸向擴(kuò)散模型；需要構(gòu)造的反應(yīng)器模型。但是，由于缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此目前在關(guān)于大型反應(yīng)器中的培養(yǎng)工藝的記述中缺少構(gòu)造的反應(yīng)器模型。因此，在這種情況下，僅可考慮集中參數(shù)或者簡(jiǎn)單的軸向擴(kuò)散模型。已經(jīng)提出了許多不同的類型。機(jī)械混合發(fā)酵器代表一種；它們可被外部光照以提供有助于反應(yīng)的光線?；蛘撸峁┩馓?環(huán))以通過(guò)中空軸或者插入手指排出由光提供的熱量。幾種具有內(nèi)部光照設(shè)備的商用生物反應(yīng)器是可得到的。第二種類型是能夠產(chǎn)生泰勒旋渦的具有內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)的環(huán)形設(shè)計(jì)。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于這種相對(duì)于紊亂混合屬于有序混合的設(shè)備能夠增強(qiáng)光合成。人們已經(jīng)提出了將設(shè)有熒光管的中空的光傳輸隔板插入矩形罐中。通常，矩形罐的一側(cè)設(shè)有光照設(shè)備。實(shí)際上，這樣的幾何結(jié)構(gòu)最容易定量處理。一種特定類型的環(huán)形反應(yīng)器是Algatron(商標(biāo))類型。在該反應(yīng)器中，利用離心力在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒的內(nèi)壁上保留一層薄的藻類膜。光源可位于培養(yǎng)環(huán)的內(nèi)部和外部。另外，已經(jīng)提出了一種落膜光生物反應(yīng)器。使藻類落在向下通過(guò)波紋狀面板的薄膜上并且最后再循環(huán)。
總之，對(duì)于化學(xué)處理工業(yè)，使用生物源材料或者利用能夠進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的微生物應(yīng)變的制造方法的發(fā)展需要多個(gè)步驟。始于研究者的試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)備的體積為幾毫升，繼續(xù)擴(kuò)展到工業(yè)規(guī)模，容積達(dá)到幾百或者幾千立方米。每一個(gè)階段之間的設(shè)計(jì)的擴(kuò)展是重要的，但通常僅是達(dá)到最大單位的最后步驟是關(guān)鍵的。這是由于在大多數(shù)情況下，規(guī)模和設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性變得越來(lái)越大，如果它沒(méi)有受到多個(gè)因素制約的設(shè)計(jì)限制，最重要的是體積/表面積比。
本發(fā)明的反應(yīng)器提供了一種允許最大可能進(jìn)行多種連續(xù)反應(yīng)的方法，它是通過(guò)下述過(guò)程來(lái)完成利用邊界層薄膜剪切作為均勻宏觀以及微觀混合的流體動(dòng)力原理，消除旋渦衰減，消除徑向溫度梯度，大大促進(jìn)系統(tǒng)的擴(kuò)展或者縮減，這是由于所有的僅有一種基本的幾何結(jié)構(gòu)要求(在管狀的定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的管狀轉(zhuǎn)子)，以及無(wú)需使大量液體在罐中再次循環(huán)或者克服靜態(tài)混合器中的過(guò)大的阻力而大大節(jié)省能源。例如精確的微混合與軸向區(qū)域溫度控制的結(jié)合能夠大大消除不希望的副反應(yīng)或者在聚合反應(yīng)中達(dá)到很窄的分子重量分布的生產(chǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)意想不到的特征是，在處理表面沒(méi)有污垢。相當(dāng)容易清潔反應(yīng)器內(nèi)部，其利用適合的溶劑快速?zèng)_洗細(xì)的化學(xué)間隙即可實(shí)現(xiàn)，通常在小于10秒的時(shí)間內(nèi)即可完成。本發(fā)明的流動(dòng)特征是理想的充分混合柱塞式流動(dòng)并且回混最小并且沒(méi)有溝道引導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.一種處理材料的方法，包括使在流動(dòng)路徑中待處理的材料通過(guò)一個(gè)環(huán)形處理通道，所述環(huán)形處理通道在至少一個(gè)相對(duì)另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的各個(gè)圓筒形設(shè)備元件所提供的兩個(gè)相互靠近且間隔的光滑表面之間；其中所述材料形成抵靠?jī)蓚€(gè)表面的材料邊界層；其中所述兩個(gè)表面之間的徑向間隔等于或者小于兩個(gè)邊界層的背對(duì)背徑向厚度；以及其中表面的光潔度能夠使在處理通道中泰勒旋渦的形成受到抑制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圓筒形設(shè)備元件圍繞各自的縱向軸線相互之間彼此轉(zhuǎn)動(dòng)，所述縱向軸線相互之間是同軸的以使兩個(gè)表面的徑向間隔在其圓周上是恒定的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)備元件被移動(dòng)，以在它們的存在表面之間產(chǎn)生相互之間至少每秒1.2米的線速度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述表面的光潔度為10微英寸或者更小。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述表面的光潔度為5微英寸或者更小。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中還包括通過(guò)兩個(gè)元件外部的壁向處理通道中提供處理能量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中施加在處理通道上的能量為下列中的任何一種微波頻率的電磁能量、光、X射線、γ輻射和超聲縱向振蕩。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述表面中的一個(gè)或者兩個(gè)上涂有能夠在處理通道中增強(qiáng)化學(xué)、生物化學(xué)和生物殺滅反應(yīng)中至少一種的催化劑材料。
9.一種處理材料的設(shè)備，包括兩個(gè)彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒形設(shè)備元件，并且限定了兩個(gè)相互靠近且間隔的光滑表面，所述兩個(gè)光滑表面提供一個(gè)環(huán)形處理通道，所述環(huán)形處理通道構(gòu)成了材料的流動(dòng)路徑；其中所述兩個(gè)表面之間的徑向間隔等于或者小于抵靠在兩個(gè)表面上的并且將在處理通道中通過(guò)的材料的兩個(gè)層狀邊界層的背對(duì)背徑向厚度；以及其中表面的光潔度能夠使在處理通道中泰勒旋渦的形成受到抑制。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述圓筒形設(shè)備元件圍繞各自的縱向軸線相互之間彼此轉(zhuǎn)動(dòng)，所述縱向軸線相互之間是同軸的，以使兩個(gè)表面的徑向間隔在其圓周上是恒定的。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備元件被移動(dòng)，以在它們的存在表面之間產(chǎn)生相互之間至少每秒1.2米的線速度。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述表面的光潔度為10微英寸或者更小。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述表面的光潔度為5微英寸或者更小。
14.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述表面的光潔度為10微英寸或者更小。
15.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述表面的光潔度為5微英寸或者更小。
16.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備元件是同軸安裝的并且至少一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中還包括用于通過(guò)兩個(gè)元件外部的壁向處理通道中提供處理能量的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中施加在處理通道上的處理能量為下列中的任何一種微波頻率的電磁能量、光、X射線、γ輻射和超聲縱向振蕩。
19.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述表面中的一個(gè)或者兩個(gè)上涂有能夠在處理通道中增強(qiáng)化學(xué)、生物化學(xué)和生物殺滅反應(yīng)中至少一種的催化劑材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理材料的方法和設(shè)備，它使用兩個(gè)圓筒形元件，一個(gè)安裝在另一個(gè)之內(nèi)，限定了一個(gè)環(huán)形處理腔室(44)。優(yōu)選地，外部元件是固定的(定子)(30)，而內(nèi)部元件轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)子)(42)。定子(30)內(nèi)表面(46)和轉(zhuǎn)子(42)的外表面(46)之間的徑向間隔(44)等于或者小于在表面(46)上形成的兩個(gè)層狀邊界層的背對(duì)背徑向厚度。
文檔編號(hào)B01F15/06GK1503690SQ02808614
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2002年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月7日
發(fā)明者理查德·A·霍爾, 艾倫·N·麥格雷, N 麥格雷, 理查德 A 霍爾 申請(qǐng)人:霍爾技術(shù)有限公司