CN100548463C - 多用途气泡液膜反应器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种气泡液膜反应器，它是将泡罩碟式搅拌器组件安装在容器组件内，配置旋转动力机构，该设备由支架支撑构成气泡液膜反应器。它应用于化学、化工、食品、医药等领域，特别适用于沉降法制备纳米粒子、亚微米粒子或微米粒子材料。它设计合理、结构严谨，操作方便，应用范围广，制造成本低。本发明包含旋转动力机构3、支架4等，其特征是在支架4连接容器组件2；在支架4上横梁架29上和容器组件2内连接泡罩碟式搅拌器组件1；搅拌器组件1包括搅拌器固定组件5、罩筒6和旋转圆盘组件7；搅拌器固定组件5由固定圆接头9、圆筒14、固定轴承15和法兰盘16组成；容器组件2由圆筒体24和围盘25组成，围盘25上方连接围盘盖25-1，下方有反应物料出口26。

Description

多用途气泡液膜反应器

【技术领域】

本发明涉及一种气泡液膜反应器。这种反应器适用于化学、化工、食品、医药、化妆品、烟道气脱硫和污水处理的实验室研究和工业生产，特别适用于化学沉降法制备纳米粒子材料和需要疏松型产品的场合，属于化工机械设备制造业。

【背景技术】

装置月牙型、螺旋桨型、板框型、铰链型等一般搅拌器的反应器，具有使反应体系均匀的作用，但缺乏分散、乳化和充气功能。均质机的主要功能是均质和乳化作用，缺乏充气功能。强力剪切乳化机的主要功能是分散、均质和乳化作用，有一定的充气作用，但不能使反应体系充满均匀的微细气泡。气泡液膜反应工艺要求具有强力充气功能以及分散、均质和乳化作用的反应器。广东省中山市专利申请人杨第伦已经获得《一种泡罩碟式搅拌器》的实用新型专利证书，专利号：ZL200420044185.8，申请日：2004年3月31日，公告日：2005年4月6日；还申请了相关的发明专利4项，《疏松型纳米离子胶囊块体及溶胶的制造方法》，申请号：200410028172.6，申请日：2004年7月21日，公开号：CN1597084A，公开日：2005年3月23日；《氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂》，申请号：200510033253.X，申请日：2005年2月23日，公开号：CN1667029A，公开日：2005年9月14日；《一种制造纳米粒子的气泡液膜法》，申请号：200510101811.1，申请日：2005年12月2日；《气泡液膜法制造超微红磷复合阻燃剂》，申请号：200610033637.6，申请日：2006年2月16日。上述4个发明专利均不涉及本专利《气泡液膜反应器》的具体细节内容。《一种泡罩碟式搅拌器》实用新型专利仅是一个单独的搅拌工具，没有和其它化工设备进行有机的组合，不带热交换设备，且不能实施连续式操作，因而，使用范围不广。在发明人再经过一段时间实践和不断探索下，克服原单独工具的诸多弱点，一个全新的发明专利诞生了。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种用途广泛的气泡液膜反应器。它是将泡罩碟式搅拌器组件安装在容器组件的适当位置，配置旋转动力机构，整个设备由方框形的支架支撑，构成气泡液膜反应器。在旋转动力机构的带动下，具有开口泡罩的圆盘旋转时，反应容器内的反应物和气体进入泡罩的开口，受泡罩的控制，通过泡罩底部的孔，到达圆盘的另一侧，形成与圆盘的旋转方向相反的气泡和反应液射流，足够量的微细气泡流充入反应液中，使全部反应液被气泡分隔成液膜，气泡为分散相，液膜为连接相，形成纳米、亚微米或/和微米反应环境，为制备纳米粒子、亚微米粒子和/或微米粒子材料，以及需要制备疏松型物料产品提供一种先进的设备。它设计合理、结构严谨、配置精巧、操作方便、应用广泛、制造成本低，发明人为解决本发明的技术问题而提出的技术方案是这样的：要实现上述目的，提出的气泡液膜反应器，包括四个部分，即泡罩碟式搅拌器组件、容器组件、旋转动力机构和支架机构。泡罩碟式搅拌器组件连接在支架机构的上横梁架和容器组件内。所述的泡罩碟式搅拌器组件包括三部分，即搅拌器固定组件、罩筒及旋转圆盘组件。搅拌器固定组件有两种结构形式：第一种由固定圆接头、圆筒、固定轴承和法兰盘组成，固定圆接头固定在罩筒顶板的中心部上，圆筒的一端与法兰盘连接，固定轴承在固定圆接头内，由圆筒的另一端与固定圆接头紧固锁定，圆筒上设有气孔和气槽；第二种由若干根连接柱的两端将法兰盘与罩筒的顶板连结，在固定圆接头内的固定轴承，由空管锁头紧固锁定。罩筒的顶板中心设有圆孔，供传动转轴通过。罩筒为圆柱形或圆台形。罩筒由顶板和与顶板下面连接的，横截面为“凵”形的圆环热交换室组成，并设有加热液(汽)导入口和导出口。在罩筒顶板的适当位置设有气体和反应物导入口。旋转圆盘组件由传动转轴和具有若干个泡罩的圆盘组成，传动转轴穿过圆盘的中心，与一个、两个或两个以上圆盘垂直串连，传动转轴穿过罩筒顶板的中心孔、固定轴承和圆筒，与法兰盘连接，圆盘在罩筒内可以自由水平旋转。圆盘上面设有若干个开口的泡罩，每个泡罩的底部开有相应的底孔。泡罩的开口方向是顺时针方向排列，或者是逆时针方向排列，或者是由顺时针方向到逆时针方向过渡的任意方向排列。泡罩的形状是球形的一部分，圆柱体的一部分、椭球形的一部分、长方形的一部分，或者是它们过渡形状的一部分。所述的容器组件由上部敞开的圆筒体和与圆筒体周边连接的围盘组成，围盘的剖面为

形，上部连接圆盖。围盘的上端高于圆筒体的上端，一侧的底部设有反应物料出口。当泡罩碟式搅拌器组件安装在容器组件内时，罩筒的底部是悬在容器底部的上方。罩筒的底部与容器底部间由若干根下支柱连接。容器组件由其底端的横梁架支撑。因此，在反应过程中，反应物在罩筒内生成产物，在旋转圆盘的推动下，产物经罩筒外壁与容器内壁间上升，溢出容器上端，落入围盘中，并从围盘的一侧底部的物料出口流出。所述泡罩碟式搅拌器组件的罩筒的筒壁是单层的，适用于不需要加热和冷却的场所。所述的泡罩碟式搅拌器组件的罩筒不具有筒壁，只有圆弧形面、圆平面形或圆平台形的顶板。这种泡罩碟式搅拌器组件装置在不带有围盘的容器组件内，由支架固定，可以构成间隙式气泡液膜反应器。所述的容器组件的围盘上部为敞开的，即不连接围盘盖。所述的旋转动力机构是电动机、内燃机以及用流动液体或流动气体为动力的流体动力机。泡罩碟式搅拌器组件，容器组件和支架的材质为金属、复合、陶瓷、玻璃、塑料或它们的复合材料中的一种、两种或两种以上的组合物。本发明可以应用于化学、化工、食品、医药、化妆品、烟道气脱硫和污水处理的实验室研究和工业生产，特别适用于化学沉降法制备纳米粒子、亚微米粒子和/或微米粒子材料，以及需要制备疏松型产品的工艺生产中。因此，本发明的优点是明显的：

(一)、设计合理、结构严谨、配置精巧；

(二)、操作方便、自动连续、规模生产；

(三)、应用范围广、制造成本低；

(四)、能制造纳米粒子、亚微米粒子和/或微米粒子材料，以及制备疏松型产品。

【附图说明】

下面根据附图说明和具体实施方案来进一步阐述本发明的结构。

附图1为本发明的泡罩碟式搅拌器组件和容器组件的剖视立体图；

附图2本发明的部件为搅拌器固定组件的第一种结构形式实施的气泡液膜反应器的主视图；

附图3为本发明的部件搅拌器固定组件的第二种结构形式实施的气泡液膜反应器的部分剖视主视图；

附图4为本发明的部件泡罩的剖视视图；

附图5为附图4的左视图；

附图6为附图4的右视图；

附图7为附图4的仰视图；

附图8为附图4的俯视图。

附图中：1、泡罩碟式搅拌器组件，2、容器组件，3、旋转动力机构，4、支架，5、搅拌器固定组件，6、罩筒，7、旋转圆盘组件，8、罩筒顶板中心孔，9、固定圆接头，10、圆盘，11、传动转轴，12、泡罩，13、泡罩底孔，14、圆筒体，15、固定轴承，16、上法兰盘，17、气孔，18、气槽，19、连接柱，20、空管锁头，21、反应物和气体导入口，22、加热液(气)或冷却液导入口，23、加热液(气)或冷却液导出口，24、容器圆筒体，25、围盘，26、反应产物出口，27、上横梁架，28、下横梁架，29、下支柱，6-1、罩筒6的顶板，6-2、热交换室，6-3、罩筒6的筒壁，25-1、围盘盖，25-2、围盘盖中心孔，16-1、法兰盘中心孔。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。支架4可以支撑两种搅拌器固定形式的泡罩碟式搅拌器组件1，附图2是第一种连接形式，由固定圆接头9、圆筒14、固定轴承15和法兰盘16组成，固定圆接头9固定在罩筒顶板6-1的中心部，圆筒14的一端与法兰盘16连接，固定轴承15在固定圆接头9内，由圆筒6的另一端与固定圆接头9紧固锁定，圆筒6上设有气孔17和气槽18；第二种由若干根连接柱19将法兰盘16与罩筒的顶板6-1连接，在固定圆接头9内的固定轴承15，由空管锁头20紧固锁定。罩筒的顶板6-1中心设有圆孔8，供传动转轴11通过。罩筒6为圆柱形或圆台形。罩筒6由顶板6-1和与顶板下面连接的，横截面为“凵”形的圆环热交换室6-2组成，并设有加热液(汽)导入口22和导出口23。在罩筒顶板6-1的适当位置设有气体和反应导入口21。旋转圆盘组件7由传动转轴11和具有若干个泡罩12的圆盘10组成，传动转轴11穿过圆盘10的中心，与一个、两个或两个以上圆盘10垂直串连，传动转轴11穿过罩筒6的顶板6-1的中心孔8、固定轴承15和圆筒6，与法兰盘16连接，圆盘10在罩筒6内可以自由水平旋转。圆盘10上面设有若干个开口的泡罩12，每个泡罩12的底部开有相应的底孔13。泡罩的开口方向是顺时针方向排列，或者是逆时针方向排列，或者是由顺时针方向到逆时针方向过渡的任意方向排列。泡罩12的形状是球形的一部分，圆柱体的一部分、椭球形的一部分、长方形的一部分，或者是它们过渡形状的一部分。所述的容器组件3由上端敞开的圆筒体24和与圆筒体24周边连接的围盘25组成，围盘25的剖面为

形，上端连接圆盖25-1，圆盖25-1设有中心孔25-2。围盘25的上端高于圆筒体24的上端，一侧的底部设有反应物料出口26。当泡罩碟式搅拌器组件1安装在容器组件2内时，罩筒6的底部是悬在容器底部的上方。罩筒6的底部与容器24底部间由若干根支柱29连接。容器组件由其底下的横梁架28支撑。因此，在反应过程中，反应物在罩筒6内生成产物，在旋转圆盘10的推动下，产物经罩筒6的外壁与容器圆筒24的内壁间上升，溢出容器圆筒24的上端，流入围盘25中，并从围盘25的一侧底部的物料出口26放出。所述的旋转动力机构3是电动机、内燃机以及用流动液体或流动气体为动力的流体动力机。泡罩碟式搅拌器组件1，容器组件2和支架4的材质为金属、合复、陶瓷、玻璃、塑料或它们的复合材料中的一种、两种或两种以上的组合物。本发明可以应用于化学、化工、食品、医药、化妆品、烟道气脱硫和污水处理的实验室研究和工业生产，特别适用于化学沉降法制备纳米粒子、亚微米粒子和/或微米粒子材料，以及需要制备疏松型产品的工艺生产中。因此，本发明的优点是明显的：下面发明人以近期所做的两次实验来证实本发明的优越性。

实验1：

在20-35℃，将需要量的红磷在20mol氢氧化钠水溶液中分散为超微红磷粒子的悬浮液，加入Na-1型间歇式气泡液膜反应器中，起动搅拌，导入空气，使全部反应液均匀地充满微小气泡流，将10mol氯化镁水溶液缓慢加入反应体系，直至PH值为10-10.5，搅拌5-15min后，再加入脂肪酸钠水溶液，再搅拌20-30min，停止反应，泡沫产物漂浮在反应体系的上层，经分离，水洗，真空干燥后，得灰白色超微红磷复合阻燃剂。产品经酷尔特粒径测试仪检测，粒径为90％40nm。

实验2：

在20-35℃，导入空气，起动搅拌器，用计量泵将浓度为2mol的氯化镁水溶液、红磷在浓度为4mol的氢氧化钠水溶液中分散成超微红磷粒子的悬浮液、浓度为0.2mol的脂肪酸钠水溶液，并流加入Na-2型连续式气泡液膜反应器中，进行反应，控制流出的泡沫状反应产物的PH为10-10.5，经过滤，水洗，干燥，制得灰白色超微红磷复合阻燃剂。产品经酷尔特粒径测试仪检测，粒径为70％80nm。从实验结果看，该发明是切实可行的，具备了连续式生产的条件，为本发明进行中试和工业化生产提供了可靠的保证。

Claims (4)

1、多用途气泡液膜反应器，包括旋转动力机构(3)、支架(4)、支架(4)的上横梁架(27)及支架(4)的下横梁架(28)，其特征是在支架(4)的下横梁架(28)上连接容器组件(2)；在支架(4)的上横梁架(27)上和容器组件(2)内连接泡罩碟式搅拌器组件(1)；

(一)所述的泡罩碟式搅拌器组件(1)包括搅拌器固定组件(5)、罩筒(6)和旋转圆盘组件(7)；

搅拌器固定组件(5)有两种结构形式：

第一种形式由固定圆接头(9)、圆筒(14)、固定轴承(15)和法兰盘(16)组成，固定圆接头(9)固定在罩筒(6)的顶板(6-1)中心部，圆筒(14)的一端与法兰盘(16)连接，固定轴承(15)在固定圆接头(9)内，由圆筒(14)的另一端与固定圆接头(9)紧固锁定；圆筒(14)上设有气孔(17)和气槽(18)；

第二种形式由若干根连接柱(19)将法兰盘(16)与罩筒(6)的顶板(6-1)连接，固定圆接头(9)内的固定轴承(15)由空管锁头(20)紧固锁定；

罩筒(6)为圆柱形或圆台形，由顶板(6-1)和与顶板(6-1)下部连接的，横截面为“凵”形的圆环热交换室(6-2)组成，顶板(6-1)中心部设有圆孔(8)，在顶板(6-1)的上部连接气体和反应物料导入口(21)，还设有与热交换室相通的加热液或冷却液导入口(22)和导出口(23)；旋转圆盘组件(7)由传动转轴(11)和具有若干个泡罩(12)的圆盘(10)组成，传动转轴(11)穿过圆盘(10)的中心，与一个或两个以上圆盘(10)垂直串连，传动转轴(11)穿过罩筒(6)的顶板(6-1)的中心孔(8)、固定轴承(15)、圆筒(14)和法兰盘(16)，并与旋转动力机构(3)的转轴连接；圆盘(10)上面设有若干个开口的泡罩(12)，每个泡罩(12)的底部开有相应的底孔(13)；泡罩(12)的开口方向是顺时针方向排列，或者是逆时针方向排列；泡罩(12)的形状是球形的一部分、圆柱体的一部分、椭球形的一部分或长方形的一部分；

(二)所述的容器组件(2)由上部敞开的圆筒体(24)和与圆筒体(24)周边连接的围盘(25)组成，围盘(25)的剖面为

形，围盘(25)的上端连接围盘盖(25-1)，围盘盖(25-1)设有中心孔(25-2)；围盘(25)的上端高于圆筒体(24)的上端，围盘(25)的一侧的底部设有反应产物出口(26)，罩筒(6)底部有若干根支柱(29)连接在圆筒体(24)的底面上。

2、根据权利要求1所述的多用途气泡液膜反应器，其特征是泡罩碟式搅拌器组件(1)的罩筒(6)的顶板(6-1)是圆弧面形、圆平面形或圆平台形。

3、根据权利要求1所述的多用途气泡液膜反应器，其特征是，泡罩碟式搅拌器组件(1)的罩筒(6)的筒壁(6-3)是单层的。

4、根据权利要求1所述的多用途气泡液膜反应器，其特征是泡罩碟式搅拌器组件(1)的罩筒(6)不具有筒壁(6-3)，只有圆弧面形、圆平面形或圆平台形的顶板(6-1)。

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