CN100542663C - 一种永磁体旋转搅拌装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种永磁体旋转搅拌装置，包括内部装有磁性离子液体(10)的密闭容器(4)，且容器(4)底部中心设有向内突起的中心磁体凹槽(19)，一位于所述中心磁体凹槽(19)内的第一永磁体(5)，以及带动第一永磁体(5)在中心磁体凹槽(9)内转动的旋转马达(6)，其特征在于，所述容器(4)底部还设有至少一个圆环形磁体凹槽，和至少一个位于所述圆环形磁体凹槽内、可以在旋转马达(6)带动下沿所述圆环形磁体凹槽转动的第二永磁体(22)，并且所述第二永磁体(22)的磁极方向与第一永磁体(5)相同；本发明克服了现有永磁体旋转搅拌装置中磁性离子液体因为与永磁体距离增大造成磁力降低，而使旋转动力降低的缺陷。

Description

一种永磁体旋转搅拌装置
技术领域
本发明涉及一种搅拌装置，具体地说是一种磁性离子液体作为介质的永磁体旋转搅拌装置。
技术背景
磁稳定床是针对磁性催化剂的应用而研究的气液反应器，即在反应器外部加上几组固定线圈，当电流通过线圈时产生磁场，磁性催化剂颗粒在磁场的作用下呈规律排列，对反应器中的气泡有破碎切割作用，磁性颗粒催化剂不会随反应介质高速流动而被带出反应器而流失，同时可以利用磁场对磁性催化剂进行回收。磁稳定床在工业上已经取得令人满意的效果，对处理量为70kt的己内酰胺加氢精制过程显示出它的优越性。与工业上常用的连续搅拌釜相比，体积由10m3下降为1.8m3，而且生产质量大幅度提高。但是因为磁场在反应器内部的分布不均匀，磁场随反应器外壁到中心的距离的平方成反比衰减，造成气体分布不均匀，中心磁场低，磁颗粒的浓度低于反应器内壁附近的浓度，故气泡会向中心汇集，同时产生凝并，使气体的利用率降低。为此，又开发了新型的磁反应器，在反应器外加上线圈，当通电时会产生一个旋转磁场，使反应器内部的磁颗粒成自转状态，很大程度上改变气泡分布和液体流动状态。但此研究仍处于小型阶段，尚未放大和工业应用。
离子液体(ionic liquids)是在室温及相邻温度下呈液态的物质，由不对称的有机阳离子和有机或无机阴离子组成。常见的离子液体有疏水性离子液体[bmim]PF6，亲水性离子液体[bmim]BF4，[bmim]Cl等。离子液体具有污染少，毒害小，溶解能力强，挥发性低，热稳定性强，结构可调，回收容易等优点，是新型的绿色溶剂，在许多气体吸收、萃取等方面有广泛的应用。
磁性离子液体是一种特殊的物质，近年来，日本Hayashi等发现将亲水性离子液体[bmim]Cl与FeCl3·6H2O或FeCl3在N2环境下混合即可得疏水的[bmim]FeCl4，这种离子液体能够强烈的感应磁场，具有顺磁性(Chem.Lett.，Vo1.33，1590～1591，2004)。
在名称为“带有旋转、稳定磁力搅拌的萃取装置及其操作方法”的中国专利申请(申请号：200610089480.9)中，披露了一种具有磁性功能的疏水性离子液体作为萃取剂的磁性搅拌分散体系的萃取装置，该装置包括一底部中间部位为向内凹的反应罐，在凹槽里有一与旋转马达的轴相连接的立式圆形钕铁硼永磁铁；在反应罐的下部一侧的壁上开有磁性离子液体出口，另一侧的壁上开有磁性离子液体进口和料液进口，在反应器上部的外侧壁上安装有磁稳定床线圈；在反应器里，一环形分布器的进液口与该料液进口相对接；磁稳定床线圈控制处于分散相的磁性离子液体液珠的相互碰撞、凝并；然而，该装置的反应罐中的磁场随着与永磁铁距离的增加，成平方衰减，造成了反应罐中的磁场分布不均，磁力降低，从而造成旋转动力降低。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有永磁体旋转搅拌装置中磁性离子液体因为与永磁体距离增大造成磁力降低，而使旋转动力降低的缺陷，从而提供一种永磁体旋转搅拌装置。
本发明提供的一种永磁体旋转搅拌装置，包括内部装有磁性离子液体10的密闭容器4，且所述容器4底部中心设有向容器4内突起的中心磁体凹槽19，一位于所述中心磁体凹槽19内的第一永磁体5，以及带动第一永磁体5在中心磁体凹槽19内转动的旋转马达6，其特征在于，所述容器4底部还设有至少一个向容器4内突起的圆环形磁体凹槽，和至少一个位于所述圆环形磁体凹槽内、可以在旋转马达6带动下沿所述圆环形磁体凹槽转动的第二永磁体22，并且所述第二永磁体22的磁极方向与第一永磁体5相同。
进一步地，上述装置中，所述容器4内的底部还设有至少一个环形气体分布器，所述环形气体分布器为圆环形中空管，其进气口通过气路与容器4的气体入口连通，并且所述环形气体分布器壁上设有至少一个孔洞作为气体分布孔15。
进一步地，所述环形气体分布器的圆心位于所述容器4的底部中心位置。
进一步地，所述圆环形磁体凹槽以中心磁体凹槽19为中心。
进一步地，所述永磁体为钕铁硼永磁体，磁场强度为1000一3000奥斯特。
进一步地，所述旋转马达6的转速小于300转/分钟。
进一步地，所述磁性离子液体10为[bmim]FeCl4。
磁性离子液体[bmim]FeCl4的合成方法为：等摩尔FeCl3·6H2O或FeCl3与离子液体[bmim]Cl在氮气环境下混合，产生磁性离子液体[bmim]FeCl4(Chem.Lett.，Vol.33，1590～1591，2004)。
本发明的优点如下：
1.采用多个永磁体进行旋转搅拌，克服了现有永磁体旋转搅拌装置中磁性离子液体因为与永磁体距离增大造成磁力降低，而使旋转动力降低的缺陷；
2.使用顺磁性的磁性离子液体，采用旋转磁场，底部采用永磁体提供旋转磁场搅拌，设备底部有环流扰动，并逐渐带动整个磁性离子液体转动，促进溶质在吸收剂中的分散，加快吸收速率；
3.以顺磁性的磁性离子液体为吸收剂，采用本发明的磁体旋转搅拌装置制成的吸收装置，避免了传统挥发性有机溶剂的使用，实验表明，磁性离子液体的饱和蒸汽压几乎为零。
4.磁体与吸收体系隔离，避免与体系内物质的直接接触，在高压吸收过程中容易实现体系的密闭；
5.使用永磁铁对磁性离子液体搅拌，剪切力低，适用于含有生物活性物质的体系；
6.永磁体搅拌所需电量更低，电机调速功率比搅拌桨更小，功率远远低于常规搅拌装置，大大减少了过程能耗。
附图说明
图1测量磁性离子液体对苯的吸收能力的测量系统示意图；
图2a永磁体旋转搅拌装置容器底部示意图；
图2b环形气体分布器示意图；
图3磁性离子液体对苯蒸汽的吸收曲线图。
附图标记
1、氮气钢瓶            2、气体流量计           3、溶质储罐
4、容器                5、第一永磁体           6、旋转马达
7、第一环形气体分布器  8、磁体连接轴           9、第二环形气体分布器
10、磁性离子液体       11、第三环形气体分布器  12、气体出口
13、液氮冷阱           14、真空泵              15、气体分布孔
18、第二环形磁体凹槽   19、中心磁体凹槽        20、第一环形磁体凹槽
22、第二永磁体         23、第三永磁体          24、第四永磁体
25、第五永磁体         26、第三气路            27、第一气路
28、第二气路
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释和说明。
如图1所示的测量磁性离子液体对苯蒸汽吸收的系统，采用了本发明的永磁体旋转搅拌装置，氮气钢瓶1通过第一气路27连接至溶质储罐3底部，所述第一气路上设置有气体流量计2，溶质储罐3上部通过第二气路28分别连接至第一、第二和第三环形气体分布器7、9、11，所述第一、第二和第三环形气体分布器7、9、11固定于圆柱筒形容器4内的底部，且同心放置，如图2b和图2a所示，所述容器4底部除中心位置有一个用来容纳第一永磁体5的中心磁体凹槽19外，还设有两个以中心磁体凹槽19为中心的第一和第二环形磁体凹槽20、18，磁体连接轴8上以第一永磁体5为中心分别对称固定第二和第三永磁体22、23，以及第四和第五永磁体24、25，并且第一永磁体5安装在中心磁体凹槽19内，第二和第三永磁体22、23安装在第一环形磁体凹槽内，第四和第五永磁体24、25安装在第二环形凹槽内，五个永磁体都为立式圆柱钕铁硼永磁体，磁场强度为1000—3000奥斯特；旋转马达6可以带动磁体连接轴8绕着圆柱筒形容器4的轴心转动，从而使得固定在其上的五个立式圆柱钕铁硼永磁体在各自的磁体凹槽内转动，达到旋转磁场的目的，旋转马达6的转速小于300转/分钟；容器4的侧壁上部设有气体出口12，并通过第三气路26连接至液氮冷阱13的入口，所述液氮冷阱13的出口与真空泵14连接。
采用上述系统测量磁性离子液体对苯蒸汽吸收的步骤如下：
1.将10ml磁性离子液体[bmim]FeCl4置于容器4中；开启真空泵14，待真空度达到10-5Pa后，停止真空泵14；
2.启动旋转马达6，调整转数分别为0、7.5转/分钟、12转/分钟和17转/分钟；
3.开启氮气瓶1，调整流量为80ml/min，氮气作为载气将溶质储罐3内苯的挥发气经第一、第二和第三环形气体分布器7、9、11带入磁性离子液体10，在不同吸收时间下称量液氮冷阱13冷凝出的液态苯的质量以及溶质储罐3中苯减少的质量，计算出不同时间内磁性离子液体10对苯蒸汽的吸收曲线和饱和吸收量，如图3曲线所示。
本发明的永磁体旋转搅拌装置，可以用于吸收装置，也可以用以磁性离子液体为介质的萃取等反应过程中，另外，实施例1采用了两个圆环形磁体凹槽，每个圆环形磁体凹槽内对称设置2个永磁体的方式，根据容器的大小，也可以使用更多的圆环形磁体凹槽或者只使用一个圆环形磁体凹槽；每个圆环形磁体凹槽内可以只设有1个，也可以设置2个、3个、甚至更多个永磁体，来进一步增加磁场强度和均匀性，并且所有永磁体的N极朝同一方向设置，具体到上述实施例1，就是图1中第一至第五永磁体的N极全部朝上或者全部朝下。

Claims (6)

1.一种永磁体旋转搅拌装置，包括内部装有磁性离子液体(10)的密闭容器(4)，且容器(4)底部中心设有向内突起的中心磁体凹槽(19)，一位于所述中心磁体凹槽(19)内的第一永磁体(5)，以及带动第一永磁体(5)在中心磁体凹槽(19)内转动的旋转马达(6)，其特征在于，所述容器(4)底部还设有至少一个向容器(4)内突起的圆环形磁体凹槽，和至少一个位于所述圆环形磁体凹槽内、可以在旋转马达(6)带动下沿所述圆环形磁体凹槽转动的第二永磁体(22)，并且所述第二永磁体(22)的磁极方向与第一永磁体(5)相同；所述环形气体分布器的圆心位于所述容器(4)的底部中心位置。
2.按权利要求1所述的永磁体旋转搅拌装置，其特征在于，所述容器(4)内的底部还设有至少一个环形气体分布器，所述环形气体分布器为圆环形中空管，其进气口通过气路与容器(4)的气体入口连通，并且所述环形气体分布器壁上设有至少一个孔洞作为气体分布孔(15)。
3.按权利要求1所述的永磁体旋转搅拌装置，其特征在于，所述圆环形磁体凹槽以中心磁体凹槽(19)为中心。
4.按权利要求1所述的永磁体旋转搅拌装置，其特征在于，所述永磁体为钕铁硼永磁体，磁场强度为1000—3000奥斯特。
5.按权利要求1所述的永磁体旋转搅拌装置，其特征在于，所述旋转马达(6)的转速小于300转/分钟。
6.按权利要求1所述的永磁体旋转搅拌装置，其特征在于，所述磁性离子液体(10)为[bmim]FeCl4。
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