CN101274234B

CN101274234B - 物质处理装置

Info

Publication number: CN101274234B
Application number: CN2007103075315A
Authority: CN
Inventors: 肖剑鸣; 王桂林; 赵贤忠; 黄福新; 谢广平; 沈文虎; 王尤崎; 许寅宝
Original assignee: Accelergy Shanghai R & D Center Co Ltd
Current assignee: Accelergy Shanghai R & D Center Co., Ltd.
Priority date: 2006-12-30
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: CN101274234A

Abstract

一种物质处理装置包括第一元件以及可相对旋转地至少部分收容于该第一元件内的第二元件，第一元件和第二元件之间形成一大致呈环状的物质处理通道。物质处理通道包括预处理段和处理段。预处理段的构造使得预处理段在第一元件与第二元件相对旋转时产生一由预处理段指向处理段的分力，以将被处理物质推至处理段。处理段的构造使得第一元件与第二元件相对旋转达到一定转速时，处理段内的被处理物质被带动旋转并形成库特流。

Description

物质处理装置

【技术领域】

本发明涉及一种物质处理装置，可直接处理固态原料与液态原料。

【背景技术】

现有的定子-转子型反应器包括设有圆柱状的定子和转子，转子可相对旋转地安装在定子中。转子和定子的相对的两个圆柱面构成了一个狭窄的环形物质处理通道，转子高速旋转所产生的巨大剪切力可使流体在该物质处理通道中形成库特流，从而实现流体的充分混合。然而现有定子-转子型反应器还存在以下缺陷。

就固态原料的进料而言，由于固态原料的流动性不好，若无轴向推力，固态原料很难向产物收集口处移动；若借助具有一定压力的液态原料将固态原料带至产物收集口，该液态原料可能进入固态原料进料口，并与固态原料混合形成黏稠状物堵塞固态原料进料口。

就混合的均匀程度而言，若进入环形腔的固态原料不能均匀地分布，那么其与液态原料混合所得的产物的均匀性可能不一致。

基于以上原因，现有的圆柱状定子-转子高剪切力混合系统无法直接进行固体混合或(和)反应，而是先把固态原料与液态原料进行初步混合形成浆液或者溶液或者悬浮液等后再进一步注入定子-转子高剪切力混合系统进行充分混合或(和)反应。对于某些比较敏感的反应，还需要慎重选择溶解固态原料的溶剂，以防止溶剂影响反应结果。以上不利因素限制了定子-转子高剪切力混合系统在生命科学、材料科学、能源、化工、环保等诸多需要进行大量实验的领域的应用，因此，有必要设计一种物质处理装置以解决现有技术所存在的缺陷。

【发明内容】

本发明一方面提供了一种物质处理装置，可直接处理固态原料与液态原料。

本发明另一方面提供了一种物质处理装置，具有对原料进行预处理的功能，其中，预处理可以是物料的均匀分配、初步混合、初步反应等的一种或多种。

本发明另一方面提供了一种物质处理装置，运行时预处理段能产生一轴向分力把原料送入处理段进行处理。

本发明进一步提供了一种物质处理装置，其包括第一元件以及可相对旋转地至少部分收容于第一元件的第二元件。第一元件和第二元件之间形成大致呈环状的物质处理通道，该物质处理通道包括预处理段和处理段。第一元件或/和第二元件面对预处理段的表面(预处理段周面)包括凸和/或凹的部分，而第一元件和第二元件面对处理段的表面(处理段周面)是相对光滑的，也就是说该处理段周面不包括凸或凹的部分或其所包括的凸或凹的部分所占其总面积的比例远小于预处理段周面上的凸和/或凹的部分所占其总面积的比例。当第一元件与第二原件相对旋转达到一定转速时，处理段内的被处理物质被带动旋转形成库特流。

预处理段可用于初步混合物料，或使物料初步反应，或均匀分布物料，或提供沿轴向的分力以把物料送入处理段，或以上功能的任意组合。

在一个实施方案中，处理段周面是相对光滑的圆柱面。

在一个实施方案中，第一元件为定子，第二元件为转子。第二元件面对物质处理通道预处理段的表面包括凸出或/和凹入部分。第一元件面对物质处理通道预处理段的表面为相对光滑的表面。

处理段对经过预处理段的物料进行处理，处理可以是利用第一元件和第二元件相对旋转产生的高剪切力把物料均匀混合，也可以是通过物料的均匀混合从而使物料之间的反应更快或更彻底。

所述物质处理装置可以处理流态原料，流态原料包括液态原料、气态原料、胶状原料以及粉末状固态原料。所述物质处理装置可以处理但不限于以下原料组合：液态原料与液态原料，液态原料和粉末状固态原料，液态原料和气态原料，液态原料和气态原料以及粉末状固态原料，液态原料和胶状原料等。

【附图说明】

图1A-1E是本发明物质处理装置第二元件的结构示意图。

图2A-2K是本发明物质处理装置第一元件与第二元件组装后的局部剖视图。

图3A-3B是本发明物质处理装置与固态原料输送装置的组装示意图。

图4是本发明物质处理装置的注射装置的结构示意图。

图5是本发明物质处理装置的注射装置的连接示意图。

图6是本发明物质处理装置的温度控制装置的结构示意图。

图7是本发明物质处理装置的第一温度控制装置的结构示意图。

图8是本发明物质处理装置的第一温度控制装置的温度控制体的主视图。

图9是本发明物质处理装置的第一温度控制装置的温度控制体的俯视图。

图10A-10C是本发明物质处理装置的剖视图。

【具体实施方式】

请参图3A，在一个实施方案中，本发明提供了一物质处理装置10，其包括第一元件11以及可相对旋转地至少部分收容于第一元件11的第二元件12。该物质处理装置10还包括驱动装置14以及固态原料输送装置20。第一元件11和第二元件12之间形成环状物质处理通道110。物质处理通道110包括预处理段111和处理段112。相应地，第二元件12包括第二元件预处理段121和第二元件处理段122，第二元件预处理段121为第二元件12对应预处理段111的部分，第二元件处理段122为第二元件12对应处理段112的部分。

所述驱动装置14为第二元件提供动力，驱使第二元件高速旋转。当第一元件与第二原件相对旋转达到一定转速时，被处理物质在处理段内形成库特流。驱动装置14可以是电机，也可以是其他动力装置，比如磁力驱动装置等。

第一元件11设有第一进料端口113，第一进料端口113与固态原料输送装置20连接。

进一步的，所述第一元件和第二元件相对旋转的速度可以是1000rpm(转每分钟)至12000rpm，优选的，可以是3000rpm至8000rpm，可根据具体情况进行选择。

进一步的，预处理段的长度可以占预处理段长度与处理段长度之和的10％～90％，更优选的范围是20～50％。

进一步的，所述物质处理通道处理段的厚度可以达到微米量级，其可以是几十微米到几千微米。例如，物质处理通道处理段的厚度可以设定为50～80微米、80～120微米(例如100微米)、120～130微米、130～200微米(例如200微米)、200～350微米、350微米左右、750微米、1000微米、2000微米、3000微米、5000微米等。所述物质处理通道处理段的厚度足够小，使被处理物质在处理腔处理段形成库特流(层流)。

图2A展示了在一个实施方案中物质处理装置10的一部分。如图2A所示，第一元件或/和第二元件面对预处理段的表面(预处理段周面)s111包括凸和/或凹的部分116，而第一元件和第二元件面对处理段的表面(处理段周面)s121是相对光滑的，也就是说该处理段周面s121不包括凸或凹的部分(如图2A所示)或其所能包括的凸或凹的部分所占其总面积的比例远小于预处理段周面s111上的凸和/或凹的部分所占其总面积的比例。

进一步的，所述凸出部分和凹入部分可以通过机械加工、电腐蚀、光刻等方式形成，也可以通过电镀、强力粘贴等方式形成。

进一步的，所述凸出部分和凹入部分可以随机地排布，或是规则排列。

进一步的，所述凸出部分和凹入部分包括但不限于以下结构，比如点，或条纹，以及所有规则的或不规则的形状。

进一步的，形成所述凸出部分或/和凹入部分的可以是连续的条纹，或间断的条纹，或连续条纹与间断条纹的组合，或沿连续条纹的轨迹分布的点的阵列等等。

进一步的，所述条纹与第二元件中心轴之间的角度大于零度小于九十度。

进一步的，所述条纹可以是等间距的，或是不等间距的。

进一步的，条纹的截面形状包括但不限于三角形、梯形、矩形、任意多边形、半圆形、半椭圆形，或条纹之间的截面形状为弧形，或上述形状的任意结合。

请参图1A，在一个实施方案中，第二元件处理段122的周面为相对光滑表面，第二元件预处理段121的周面上设有连续条纹，当第二元件12沿某一方向转动时，物质处理通道预处理段能提供一个沿轴向自预处理段指向处理段的分力。

进一步的，条纹间距的优选范围可以是0.5～20mm，比如可以选5mm。

进一步的，条纹顶端与底部之间的尺寸的优选范围可以是0.2～5mm，比如可以选1.5mm。

请参图1B，在又一实施方案中，第二元件处理段122的周面为相对光滑表面，第二元件预处理段121的周面上设有趋势相同且均匀分布的间断条纹，当第二元件12沿某一方向转动时，物质处理通道预处理段能提供一个沿轴向自预处理段指向处理段的分力。当然，所述间断条纹也可以是非均匀分布，只要趋势大致相同即可。

请参图1C，在又一实施方案中，第二元件处理段122的周面为相对光滑表面，第二元件预处理段121的周面上沿一连续条纹的轨迹密集地均匀地设有点阵，当第二元件12沿某一方向转动时，物质处理通道预处理段能提供一个沿轴向自预处理段指向处理段的分力。

请参图1D，在又一实施方案中，第二元件处理段122的周面为相对光滑表面，第二元件预处理段121的周面上设有连续条纹，并且第二元件预处理段121靠近第二元件处理段122处设有至少一个凹槽123d，把所述连续条纹打断，形成连续条纹与间断条纹的组合，当第二元件12沿某一方向转动时，物质处理通道预处理段能提供一个沿轴向自预处理段指向处理段的分力。

进一步的，所述凹槽123d的长度的优选范围可以是第二元件预处理段121长度的20％～50％。

进一步的，所述凹槽123d可以设于第二元件预处理段121靠近第二元件处理段122的一端，也可以设于第二元件预处理段121远离第二元件处理段122的一端，还可以设于第二元件预处理段121的中间部位。

进一步的，所述凹槽123d的数量是可选的，比如可以设置一个、两个、三个、四个等。

进一步的，所述凹槽123d的分布可以是对称分布，也可以是非对称分布。

请参图1E，在又一实施方案中，第二元件处理段122的周面为相对光滑表面，第二元件预处理段121的周面上设有连续条纹，并且第二元件预处理段121靠近第二元件处理段122处设有多个点123e，形成连续条纹与间断条纹的组合，条纹具有把原料推入处理段的作用，而点123e具有搅拌的作用。

下面以连续条纹形成非相对光滑表面的设置为例，对预处理段和处理段的尺寸关系进行进一步说明。

在一个实施方案中，所述条纹凸出地设于第二元件预处理段周面，第二元件预处理段的外径大于第二元件处理段的外径，第二元件预处理段的内径等于第二元件处理段的外径。

请参图2A，在一个实施方案中，第二元件处理段122周面，即第二元件12面对处理段112的表面125是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面，即第二元件12面对处理段111的表面124上设有横截面为矩形的条纹，处理段111的外径大于处理段112的外径。

请参图2B，在又一实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有横截面为梯形的条纹，预处理段111的外径大于处理段112的外径。

请参图2C，在又一实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有横截面为三角形的条纹，预处理段111的外径大于处理段112的外径。

请参图2D，在又一实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有条纹，其中，条纹之间的部分呈弧形，预处理段111的外径大于处理段112的外径。

另一方面，所述条纹也可以凹入地设于第二元件预处理段，第二元件预处理段的外径等于第二元件处理段的外径，第二元件预处理段的内径小于第二元件处理段的外径。

请参图2E，在一个实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有横截面为矩形的条纹，第一元件11预处理段111的外径等于处理段112的外径。

请参图2F，在一个实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有横截面为梯形的条纹，预处理段111的外径等于处理段112的外径。

请参图2G，在一个实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有横截面为三角形的条纹，预处理段111的外径等于处理段112的外径。

请参图2H，在一个实施方案中，第二元件处理段122周面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面上设有条纹，其中，条纹之间的部分呈弧形，预处理段111的外径等于处理段112的外径。

请参图2I，在一个实施方案中，第二元件预处理段121的外径大于第二元件处理段122，第二元件预处理段121的内径小于第二元件处理段122，预处理段111的外径等于处理段112的外径。

请参图2J，在一个实施方案中，第二元件预处理段121的外径大于第二元件处理段122，第二元件预处理段121的内径小于第二元件处理段122，预处理段111的外径大于处理段112的外径。

请参图2K，在一个实施方案中，第二元件预处理段121的外径小于第二元件处理段122，预处理段111的外径小于处理段112的外径。

以上只是列出了几种配置组合方案，如业内技术人员所知，还有很多其他配置组合可供选择，此处不再一一罗列。

另一方面，若第一元件是转子，则把第一元件面对预处理段的表面设置为包括凸出部分或凹入部分或凸出部分与凹入部分的组合，而第二元件面对预处理段的表面设置为相对光滑表面。

当然，还可以把第一元件面对预处理段的表面以及第二元件面对预处理段的表面都设置为包括凸出部分或凹入部分或凸出部分与凹入部分的组合。

第一元件和第二元件可以使用相同的或者不相同的材料制成。基于待处理物的特性、产物特性、反应或(和)混合过程的所需条件、成本等因素考虑，本发明物质处理装置的元件可以由铸铁、不锈钢、合金、铝等金属材料制成，也可以由塑料等高分子材料制成，也可以由陶瓷、玻璃、石英玻璃等无机材料制成，还可以由复合材料制成。

当以电镀或强力粘贴的方式在第一元件面对预处理段的表面或者第二元件面对预处理段的表面包括凸出部分的情况下，凸出部分的材料可以与第一元件或第二元件的材料相同，也可以不同，基于待处理物的特性、产物特性、反应或(和)混合过程的所需条件、成本等因素考虑，凸出部分可以是铸铁、不锈钢、合金、铝等金属材料，也可以是塑料等高分子材料，也可以是陶瓷、玻璃、石英玻璃等无机材料，还可以是复合材料。

原料输送装置

进一步的，请参图3A，所述固态原料输送装置20可以是螺旋加料装置。

进一步的，请参图3A，螺旋加料装置20包括用于存储固态物料的储料室21、送料管道22、收容于送料管道22内的螺杆23以及驱动螺杆23旋转的驱动装置24。

螺旋加料装置还可以包括与储料室21连通的净化管道25，用于送料前抽空储料室21内的空气以避免污染固态原料和物质处理通道110内的反应。螺旋加料装置还可以包括与储料室21连通的疏通管道26，用于向储料室21内通入一定压力的气体，以防止固态原料造成堵塞。

进一步的，通入所述疏通管道26的气体不与储料室21内的固态原料反应，或者在一定条件下不与储料室21内的固态原料反应。

进一步的，通入所述疏通管道26的气体可以是氮气、氦气、氖气、氩气等的一种或多种。

进一步的，如业内技术人员所知，还可以采用其他固态原料输送装置，比如粉末输送泵、管链送料机等。

进一步的，还可以在第一进料端口113处设置振动装置(图中未示)，振动第一进料端口113以防止固态原料与液态原料混合后结块堵塞第一进料端口113。振动装置可以是通过脉冲气体提供振动的装置，也可以是通过机械碰撞提供振动的装置。

在一个实施方式中，在第一进料端口113处设置一个搅拌装置27，以防止固态原料与液态原料混合后结块造成堵塞。

进一步的，请参图3A，所述第一元件11还设有第二进料端口114，其中，第二进料端口114位于第一进料端口113靠近处理段的一侧，用于输送液态原料。

进一步的，图3A中第二元件预处理段121凸出部分或/和凹入部分的设置可以采用任意方案，以下将针对图1E所揭示的方案进行说明。请参图1E，采用条纹与点组合的设置。把第一进料端口113设置于第一元件11面对条纹的表面上，把第二进料端口114设置于第一元件11面对点123e的表面上，利用条纹输送固态原料，当固态原料被输送至所述点123e所在的区域时，在点的搅拌作用下与输入的液态原料进行初步混合，以利于进入处理段112后的进一步混合。其中，所述点的形状可以是所有规则的形状或者不规则形状，比如半球状、锥状、柱状等。

进一步的，可以把预处理段和处理段的物质处理装置倾斜放置或者垂直放置，使预处理段111的水平位置高于处理段112，从而避免液态原料进入第一进料端口113造成堵塞。

进一步的，请参图3A，所述第一元件11还设有产物收集端口115，用于收集产物。

在一个实施方案中，螺旋加料装置可以安装成使螺杆延伸至接近第二元件的表面，旋转的螺杆以及固态原料的直接压入可防止固态原料与液态原料混合后结块并堵塞固态原料进料口。请参图3B，在一个实施方案中，物质处理装置10包括一第一元件11，一可旋转地收容于第一元件11的第二元件12，一驱动第二元件12旋转的驱动装置14，一螺旋加料装置20。螺旋加料装置20包括一送料管道22，一可旋转地收容于送料管道22的螺杆23，以及一驱动螺杆的驱动装置24。第一元件11设有一第一进料端口113，与送料管道22连接，其中，螺杆23与第二元件12垂直。当然，螺杆23也可以设置成与第二元件12成一锐角。

进一步的，还可以采用注射装置作为液态原料输送装置。当然，也可以采用其他液态原料输送装置，比如泵等。

进一步的，请参图4，液态原料输送装置包括输入单元31和驱动单元32。

进一步的，输入单元31包括用于收容待处理物的收容部311、出料口313和用于压缩收容部311空间的压缩部312。

进一步的，在一个实施方式中，压缩部312是活塞形式，收容部311上设置有供压缩部312伸入的开口，压缩部312一侧通过该开口可活动地伸入收容部311内，另一侧与驱动单元32连接。当驱动单元32提供动力驱动压缩部312时，压缩部312朝出料口313方向移动，减小收容部311的空间，把收容部311内的液态原料挤入物质处理通道。压缩部312与收容部311之间可以设置密封元件，防止液态原料从压缩部312与收容部311之间的空隙泄漏。

进一步的，压缩部312也可以是其它形式，只要其可以改变收容部311的空间即可，例如，压缩部312与收容部311一体设置并且可以产生弹性形变，通过受压时产生的形变使收容部311的空间减小。压缩部312也可以向其它方向移动，只要其移动可以改变收容部311的空间即可。

进一步的，输入单元31的规格可以是任意的，较佳的范围是1毫升至1000毫升，例如5毫升、7毫升、20毫升、100毫升。可以根据具体应用选择合适规格的输入单元，因此，本发明物质处理装置可适用于流量多变的场合。

进一步的，由于输入单元31的体积较小，如果混合或(和)反应需要在特定温度下进行，在液态原料输入至物质处理通道之前，可以预先加热或冷却输入单元31，同步调节液态原料和反应部的温度，节约时间。另外，加热或冷却液态原料可以在一定程度上降低流体的黏度，更有利于混合或(和)反应的进行。

驱动单元4用于向压缩部312提供动力，它可以是任何系统，只要能够根据实际需要驱动压缩部312进行匀速、加速、减速位移即可。

进一步的，驱动单元还包括一个固定装置322用以固定输入单元31。

进一步的，在一个实施方案中，驱动单元32包括用于驱动压缩部312的施力部323和为施力部323提供驱动力的动力部321。动力部321可以是电动马达或者其它可以提供动力的组件与相应的传动机构的组合。施力部323可以是任何元件，例如可移动的滑块或可伸缩的臂，只要能驱动压缩部312发生位移即可。

动力部的传动机构可以是任何形式的传动系统，比如齿轮传动系统、液压传动系统、气动系统等。

进一步的，动力部321可以直接驱动施力部323，也可以通过其它元件驱动施力部323。在一个实施方案中，驱动单元31还包括连接动力部321和施力部323的传动部324，动力部321通过传动部324驱动施力部323产生位移，施力部323驱动压缩部312产生位移。比如，传动部324可以是螺纹轴，施力部323与传动部324之间以螺纹配合，动力部321驱动传动部324旋转从而驱动施力部323发生线性位移。

当然，动力部321也可以直接与压缩部312连接，从而直接驱动压缩部312位移。

进一步的，驱动单元32还可以包括限位部，把施力部323的位移限制在特定轨道、沿特定方向、在特定距离内。在一个实施方案中，驱动单元32包括第一限位部325、第二限位部326a、326b，其中，第一限位部325包括两条相互平行的导引杆，以限制施力部43的位移轨道和位移方向。第一限位部325还可以是任何具有方向控制功能的其它元件，例如导引轨、导引槽、拉杆等。第二限位部326a、326b设置在第一限位部325上，限定施力部323在特定距离范围内移动，同时可以防止施力部323向压缩部312施力过度，损坏输入装置的元件。

进一步的，请参图5，所述输入单元31的出料口313与三通连接器33的第一端口连接，三通连接器33的第二端口通过阀331与一物质处理装置30连接，关闭阀门331可防止液态原料从输入单元31内泄漏进入所述物质处理通道。进一步的，三通连接器33的第三端口通过阀332与液态原料存储器34连接，以实现自动原料填装。当输送原料时，打开阀331，关闭阀332，通过压缩部312压缩收容部311空间，把收容部311内的液态原料输入物质处理装置；当重新填装原料时，打开阀332，关闭阀331，通过压缩部312扩张收容部311空间，把液态原料存储器34内的液态原料吸入收容部311内。

另一方面，也可以自第一进料端口113进行液态原料输送，而自第二进料端口114进行固态原料输送。

温度控制装置

进一步的，请参照图6，一物质处理装置10t包括第一元件11t、第二原件12t以及温度控制装置51。

请参图6至图9，温度控制装置51包括圆柱状壳体511和设置在壳体511内部的温度控制体512，壳体511上还可以设置开口513、514。温度控制体512设置在第一元件11t外围，包括若干级联的热交换元件5121。在一个实施方案中，热交换元件5121是圆环片状，与第一元件11t的外围形状对应。热交换元件5121的形状也可以只有内围与第一元件11t的外围形状对应，例如，热交换元件5121是内部设置有圆形孔的方形环、多边形环或椭圆形环等。每个热交换元件5121设置有一个或多个缺口，每个热交换元件5121的缺口数量可以相同或者不同。如果热交换元件5121设置多个缺口，这些缺口可以均匀地分布在热交换元件5121上，也可以不均匀地分布在热交换元件5121上。各热交换元件5121的缺口可以全部对齐、可以相互交错或者部分对齐、部分交错，级联后形成直的或曲折的过道5122，只要所形成的过道5122与热交换元件5121的间隙互相连通即可。在一个实施方案中，每个热交换元件5121对称地设置两个缺口，热交换元件141的两组缺口相互对齐，级联后形成两个直的过道5122。将过道5122的流阻设计成远小于热交换元件间隙的流阻，则流体从靠近一端入口513注入后，一部分流体沿着热交换元件5121的圆周方向，通过热交换元件5121间的缝隙流向对面的缺口过道5122；另一部分流体则沿着轴向通过缺口流入过道5122，向温度控制体512的另一端流动。流入过道5122的流体分成两部分，一部分流入下一个缝隙内，另一部分继续沿过道5122流动。由于阻力的差别，流体更容易在缺口过道5122中流动，也就更容易流到下一个缝隙内，因此各个缝隙的流量差别较小，即温度控制有较好的均匀性。

虽然在缺口过道5122中的流阻较小，但也有阻力和压降，因此不考虑输出端的影响，靠近输入端的间隙的流量要大于远离输入端的间隙的流量。因此将出口514设计在入口513的对侧，形成一个对称的结构。

通过开口513、514，温度控制装置5可充入流体，从而迅速改变反应部的温度。由于混合反应中可能产生热量，也可能吸收热量，流体循环地从进口513进入温度控制装置51，经过充分换热后从出口514流出，从而循环地带走热量或带进热量。第二元件高速旋转时，剪切摩擦力可能使通道内的流体产生大量的热量。为防止这些热量影响混合反应，冷的流体循环地经开口513压入温度控制装置51中，与物质处理通道充分换热后从出口514流出。如果物质处理通道中的化学反应需要吸收热量，而且当摩擦产生的热不足以供应时，可以向温度控制装置51中充入温度高的循环流体，高温的循环流体可以对物质处理通道进行加热。由于物质处理通道和第一元件11t的壁都很薄，设定温度的循环流体可以迅速地与正在混合反应的流体进行热交换，物质处理通道内的正在混合反应的流体很快就能与循环流体的温度相接近。并且，由于物质处理通道很窄，其内的流体温度很容易均匀，这有利于反应的一致性。通过温度控制装置5对物质处理通道温度的设定，可以满足某些混合反应对特定温度环境的要求，也可以保证物质处理通道内温度恒定。

进一步的，请参图6，物质处理装置10t还包括第二温度控制装置52，设置在轴承座上。当第二元件高速旋转时，轴承座中的轴承发热导致温度高速上升，若不设置相应的散热装置会导致润滑油失效，轴承磨损加速，从而使轴承寿命降低。第二温度控制装置52可以包括开口521、522，如阀或管等，通过开口521、522，第二温度控制装置可向轴承座充入轴承油、润滑剂、冷却剂等流体，以迅速改变轴承座的温度。流体从进口521进入轴承座，从出口522流出，带走热量，润滑轴承。由于第二元件的顶部伸入轴承座内，第二温度控制装置还同时具有控制第二元件温度的作用。根据物质处理通道内的设定温度，适当设定第二温度控制装置52的温度，确保第二元件的顶部温度与伸入物质处理通道内的第二元件的底部的温度相同。这样，避免了由于第二元件的顶部、底部的温差导致热传导，使物质处理通道热损失或热增加。第二温度控制装置52可有效地降低轴承的温度，防止润滑油因高温失效导致轴承磨损加剧。

进一步的，请参图6，物质处理装置10t还包括第三温度控制装置53。第三温度控制装置53设置在驱动装置上。第三温度控制装置可以包括开口531、532，如阀或管等。通过开口531、532，第三温度控制装置可向驱动装置充入流体，从开口531进入驱动装置内循环后从开口532流出带走驱动装置的热量，以迅速改变驱动装置的温度。例如，驱动装置高速运转产生大量热时，可以采用水冷却方式使驱动装置降温。例如，驱动装置是电机，若温度过高会引起电机烧毁，采用第三温度控制装置可帮助电机降温，防止电机烧毁。

可以理解，设备的控制以及数据的处理等，可以通过计算机系统来执行。

本发明中的计算机系统(如服务器系统)是指设计并配置成用于执行本发明所描述的部分或全部方法的计算机或计算机可读媒体。这里采用的计算机可以是任何多种类型普通用途的计算机，如个人电脑、网络服务器、工作站或现今或日后发展的其它计算机平台。本领域所熟知的，计算机特别地包括有如处理器、操作系统、计算机存储器、输入设备以及输出设备这些部件的部分或全部。计算机可进一步包括如高速缓冲存储器、数据备份单元以及一些其它设备。本领域一般技术人员可以理解，这些计算机部件可以有许多其它可能的构造。

这里所采用的处理器可包括一个或多个微处理器、域可编程逻辑阵列(FPGA)，或一个或多个对应于特种应用的专门的集成电路。举例说，处理器包括但不限于英特尔公司的奔腾系列处理器、Sun公司的微处理器、Sun公司的工作站系统处理器、摩托罗拉公司的个人台式机处理器、MIPS科技有限公司的MIPs处理器、Xilinx公司的最高系列域可编程逻辑阵列以及其它一些处理器。

这里所采用的操作系统包括机器代码，通过处理器的执行，能协调和执行计算机内其它部分的功能，且帮助处理器执行可能用多种程序语言编写的不同计算机程序的功能。除管理计算机中其它部分的数据流之外，操作系统也提供调度安排、输入输出控制、文件数据管理、内存管理和通讯控制以及相关服务，所有这些都是现有技术。典型操作系统包括如微软公司的视窗操作系统、由诸多供应商提供的Unix或Linux操作系统、另外一些或将来发展的操作系统，以及这些操作系统的组合。

这里所采用的计算机存储器可是任意不同类型的记忆存储装置。例如包括随处可见的随机存取存储器、永久性硬盘或磁带等磁介质存储、读写激光唱盘等光学介质，或其它存取存储装置。记忆存储装置可以是任意一种现有或将来发展的装置，包括激光唱盘驱动器、磁带驱动器、可移动硬盘驱动器或磁盘驱动器。这些类型的记忆存储装置一般是从计算机程序存储介质中读取或写入到该介质中，如光盘、磁带、可移动硬盘或软盘。所有这些计算机程序存储介质都可以被认为是计算机程序的产物。这些计算机程序的产物通常存储计算机软件程序和/或数据。计算机软件程序一般被存储在系统存储器和/或记忆存储装置中。

本领域一般技术人员很容易了解到，本发明中的计算机软件程序可以通过用某种输入设备来载入系统存储器和/或记忆存储装置中从而执行。另一方面，所有或部分该软件程序也可存在于只读存储器或类似的记忆存储装置中，这样的装置不需要该软件程序首先通过输入装置被载入。相关领域的一般技术人员可以理解，该软件程序或其某些部分可以通过现有方式由处理器来载入至系统存储器或高速缓冲存储器或二者的结合，以利于执行和进行随机取样。

在本发明一实施方案中，软件被存储在计算机服务器中，该计算机服务器通过数据线、无线线路或网络系统与使用终端、输入设备或输出设备连接。

本技术领域一般熟知的，网络系统包括在计算机或装置中电性连接在一起的硬件和软件。例如网络系统可包括互联网、10/1000以太网、电气电子工程协会802.11x、电气电子工程协会1394、xDSL、蓝牙、局域网、无线局域网、GSP、CDMA、3G、PACS或任何其它ANSI认可标准的介质基础上的设备。

进一步的，还可以通过申请人的中国专利第200610100921.0号发明专利申请中所揭示的计算机辅助实验设计系统来设计实验并控制本发明的物质处理装置进行实验。

物质处理包括混合、乳化、微乳化、聚合、萃取、反应、制备等的一种或多种。在又一实施方式中，其还可以包括产物分析步骤。以下将对以上所列应用作进一步的说明，但本发明物质处理装置的应用不止局限于所列的这些应用。

在一个实施方案中，还可以把至少两个所述物质处理装置串联或/和并联进行使用。比如，将一第一物质处理装置与一第二物质处理装置串联，利用第一物质处理装置制备第一物质，再利用第二物质处理装置进一步处理由所述第一物质处理装置制备获得的第一物质。再比如，将一并联，并且将所述第一物质处理装置以及第二物质处理装置与一第三物质处理装置串联，利用第一物质处理装置制备第一物质，同时利用第二物质处理装置制备第二物质，然后在第三物质处理装置中对第一物质以及第二物质进行进一步处理。

1.两种或两种以上液体的快速混合、均匀和分散的应用

应用本发明的物质处理装置进行两种或两种以上液体的快速混合、均匀和分散，所述的混合液体包括有聚合物、涂料、颜料、染料、油墨、油漆、粘胶剂、润滑油、添加剂、表面活性剂、乳化剂、甘油、汽油、原油、柴油、重油、水、有机溶剂、离子液体、石蜡油以及食品或饲料等。液体一般为溶液形式，也可以为乳液、微乳液、胶体等各类液体形式，如果混合初始原料为固体形式，可以将固体原料用溶剂或加热的办法进行溶解或熔化，或者也可以直接将固体原料与一种或一种以上液体原料直接进行混合。

进一步的，对于经过处理后得到的样品进行分析，所用的方法包括光学显微镜形貌分析(OM)、扫描电镜形貌分析方法(SEM)、原子力显微镜形貌分析方法(AFM)、透射电镜形貌分析方法(TEM)中的一种或多种。这些分析方法一般是用来分析混合材料的均匀度和分散度，混合物的液滴或颗粒大小。

混合、均匀和分散不仅是衡量混合物质量的一个重要指标，也是评定系统方法的混合性能的主要参数。在许多情况下，两种或两种以上物质之间的均匀混合和分散有利于大大改进材料的物理性能，包括密度、分子量、粘度、pH值等变化。因此，本发明的混合、均匀和分散过程还可以扩大为更全面的混合过程，即，本发明的均匀和分散过程既可为无机物与无机物之间的均匀和分散，也可为有机物与有机物之间的均匀和分散，也可为有机物与无机物之间的均匀和分散，既可为低粘度物质之间的均匀和分散，也可为中粘度物质之间的均匀和分散，也可为高粘度物质之间的均匀和分散，也可为相差较大粘度物质之间的均匀和分散。所述的无机物或有机物一般为溶液形式，也可以为乳液、微乳液、胶体等各类液体形式。本发明的均匀和分散过程尤其适合用于非均相的液相混合体系。

2.液体的乳化应用

所述的乳液，其制备既可以用正相乳化法，即水包油(O/W型)乳化法，也可以用反相乳化法，即油包水(W/O型)乳化法，既可为三元乳化体系，如油系溶剂/乳化剂/水，也可为四元乳化体系，如油系溶剂/乳化剂/助乳化剂/水。

所述的乳化体系，其油系溶剂一般为C6-C8直链烃或环烷烃；常用的乳化剂一般有离子型和非离子型表面活性剂。典型的阳离子型表面活性剂有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)、双十八烷基氯化铵(DODMAC)、溴化十六烷基吡啶(CPB)等；阴离子型表面活性剂主要有十二烷基磺酸钠(SDS)、琥珀酸二异辛磺酸钠(AOT)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)等；非离子型表面活性剂主要有聚乙烯醇、十二酰二乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚等，如TX-6、AEO5、AEO7、AEO9、AEO12、Triton X-100及Span系列和Tween系列等。上述表面活性剂既可为单独使用，也可为两种或两种以上混合使用。常用的助乳化剂一般为正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正癸醇、正十二醇等脂肪醇。

应用本发明物质处理装置进行的乳化过程可广泛用来制备牛奶、奶油、冰淇淋等食品，雪花膏、洗面奶等化妆品，乳化漆，金属切削液，纺织助剂以及重油、柴油、汽油等领域的乳液，也可以进一步扩大为催化剂、胶粘剂、油墨、涂料、染料、颜料、陶瓷颜料、磁性材料、液晶材料、聚合物等无机化合物和有机化合物。

进一步的，对于经过本发明物质处理装置乳化过程后得到的乳液进行的分析方法一般为光学显微镜形貌分析(OM)、扫描电镜形貌分析方法(SEM)、原子力显微镜形貌分析方法(AFM)、透射电镜形貌分析方法(TEM)。这些分析方法一般是用来分析乳液的均匀度和分散度，以及乳液的液滴或颗粒大小。

应用本发明物质处理装置进行的乳化过程，其技术效果在于乳液质点高度均匀和分散，其质点的大小约为1μm以下，乳液放置几周仍然保持稳定而不分层或变色。

3.微乳化应用。

应用本发明物质处理装置进行的微乳液制备不仅适合用于微分散体系，而且也适合用于微反应体系。所述的微分散体系的形成过程为：当两种互不相溶液体或微乳液分别按照不同的量导入物质处理装置后，混合液体在物质处理装置内的高速剪切力和高速离心力作用下，快速地形成了由乳化剂包围而成的无数个细小的液滴，并且均匀地分散在液体中间，形成了微乳液。由于这些液滴的表面具有高度亲脂性和表面张力，它们之间不易发生结合。当体系中溶剂蒸发后，小液滴中的纳米固体颗粒就能均匀地分散在水相中，并且能够长期保持稳定，不会引起聚集和沉淀。

所述的微反应体系的形成过程为：当一种液体或微乳液与一种液体或微乳液分别由导管导入高速煎切混合器后，在混合器的高速剪切力和高速离心力作用下，使液体原料细化成无数个细小的液滴中。这些细小的液滴类似一个“微反应器”，在一定的条件下(如光照、温度等)，液滴本身能快速发生化学反应(如聚合反应、氧化还原反应、水解反应、配位反应等)，利用微乳体系的“液滴成核”作为微反应器来限制产物生长可以制备出各类纳米材料。

本发明的微乳液制备既可以用正相微乳法，即水包油(O/W型)微乳法，也可以用反相微乳法，即油包水(W/O型)微乳法，既可为三元体系，如油系溶剂/乳化剂/水，也可为四元体系，如油系溶剂/乳化剂/助乳化剂/水。

所述的微乳化体系，其特征在于常用的油系溶剂一般为C6-C8直链烃或环烷烃；常用的乳化剂一般有离子型和非离子型表面活性剂。典型的阳离子型表面活性剂有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)、双十八烷基氯化铵(DODMAC)、溴化十六烷基吡啶(CPB)等；阴离子型表面活性剂主要有十二烷基磺酸钠(SDS)、琥珀酸二异辛磺酸钠(AOT)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)等；非离子型表面活性剂主要有聚乙烯醇、十二酰二乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚等，如TX-6、AEO5、AEO7、AEO9、AEO12、TritonX-100及Span系列和Tween系列等。上述表面活性剂既可为单独使用，也可为两种或两种以上混合使用。常用的助乳化剂一般为正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正癸醇、正十二醇等脂肪醇。

应用本发明物质处理装置进行的微乳液制备可广泛用来制备各种催化剂、有机硅材料、胶粘剂、油墨、涂料、染料、颜料、陶瓷颜料、半导体、超导体、磁性材料、液晶材料、聚合物等纳米微粒，如金属单质、合金、氧化物、硫化物等纳米无机化合物和纳米有机聚合物，还可用于纳米颗粒自组装以及制备纳米粉晶和非晶粉体，制备的纳米粉体粒径分布窄，粒径可以很小，可控制在100nm以下，而且可以方便调控。

本发明的微乳液制备可广泛用于各类无机或有机纳米材料的制备。

对应用本发明物质处理装置得到的微乳液进行分析的方法一般为光学显微镜形貌分析(OM)、扫描电镜形貌分析方法(SEM)、原子力显微镜形貌分析方法(AFM)、透射电镜形貌分析方法(TEM)X射线电子衍射分析方法(XRD)。这些分析方法一般是用来分析微乳液的形成，以及液滴或颗粒的均匀度、分散度和颗粒大小。

应用本发明物质处理装置进行的微乳化过程，其技术效果在于制备出来的微乳液透明，且颗粒高度均匀和分散，其颗粒的大小可达100nm以下，且固含量高，微乳液高度稳定，长期放置不分层或变色。

4.物质萃取应用。

本发明的萃取既可用于溶剂萃取法，也可用于络合萃取法，也可用于以离子液体作为萃取相或萃取剂的萃取法。

所述的溶剂萃取方法是利用萃取物在萃取相中溶解性质的差异实现萃取和分离，常用的萃取相主要为各类有机溶剂或水。本发明涉及的溶剂萃取分离技术可在无机化学、分析化学、放射化学、核素的提炼及回收等都得到了广泛的应用。

所述的络合萃取方法是指溶液中萃取物与含有络合剂的萃取剂相接触，络合剂与萃取物反应形成络合物，并使其转移至萃取相内，进行逆向反应时溶质得以回收，萃取剂循环使用。与溶剂萃取法相比，络合萃取法具有两个明显的优点：

(a)在低溶质浓度下可以提供非常高的分配系数值，因此，络合萃取法可以实现极性有机物在低浓区的完全分离；

(b)由于溶质的分离取决于络合反应，络合萃取法的另一个突出特点是它的高选择性。

本发明的络合萃取方法适合用于萃取分离极性有机物体系(如有机羧酸类化合物、有机磺酸类化合物、有机胺类化合物、有机硫类化合物以及带有两性官能团的有机化合物)。其实施的关键在于针对不同的体系选定络合剂，助溶剂和稀释剂及其组成。

所述的络合剂，其特征在于络合剂应具有以下要求中的至少一种：

(a)应具有相应的官能团，与待分离溶质的缔合键能具有一定大小，便于形成络合物，实现相转移；

(b)缔合键能不能过高，使络合物容易完成第二步逆向反应，络合剂容易再生；

(c)络合剂在发生络合反应、分离溶质的同时，其萃水量应尽量少或容易实现溶剂中水的去除；

(d)络合萃取过程中应无其他副反应，络合剂应是热稳定的，不易分解和降解，以避免不可逆损失。

所述的助溶剂和稀释剂，其特征在于助溶剂和稀释剂应具有以下要求：

(a)作为络合剂的良好溶剂，促进络合物的形成和相间转移；

(b)调节形成的混合萃取剂的粘度、密度及界面张力等，使液液萃取过程便于实施；

(c)加入的稀释剂应起到降低萃取水量的作用。

所述的离子液体作为萃取相或萃取剂的萃取方法，其与有机溶剂相比，采用离子液体作为萃取相或萃取剂具有独特的优势：挥发性很低，不易燃，对热稳定以及回收利用。这就保证了它对环境没有以往有机溶剂所无法避免的污染。本发明涉及的离子液体作为萃取相或萃取剂的萃取法适合用于离子液体从原油中萃取有机物以及离子液体从废水中萃取有机物或金属离子。其中，用离子液体从原油和水中中萃取有机物的实施关键在于选择合适的离子液体及其组成，用离子液体从水中萃取金属离子的实施关键在于选择合适的萃取剂及其组成。

所述的萃取有机物主要包括油中或废水中的芳烃及其衍生物、有机羧酸类化合物、有机磺酸类化合物、有机硫化物、以及有机胺化物等，涉及的金属离子主要为重金属离子，如Ni²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Au²⁺、Hg²⁺、Pt²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Mn²⁺等。

本发明所述的离子液体应具有以下要求中的至少一种：(a)常温下呈液态，在空气中能稳定存在；(b)在原油或水中的溶解度尽可能小，以减少交叉感染问题。离子液体的熔点、稳定性、溶解度以及萃取效率既可以通过选择适合的阴阳离子来调整的，也可以通过选择不同的混合离子液体来调节的。

本发明的萃取物分析方法一般为光学显微镜形貌分析(OM)、扫描电镜形貌分析方法(SEM)、原子力显微镜形貌分析方法(AFM)、透射电镜形貌分析方法(TEM)、红外光谱分析方法(FTIR)、核磁共振分析方法(NMR)、毛细管电泳分析方法(CE)。这些分析方法一般是用来分析萃取液的均匀度、分散度、液滴大小以及萃取效率等。

应用本发明物质处理装置进行物质萃取，其优点包括制备出来的萃取液液滴高度均匀和分散，其液滴的大小为微米级范围，萃取液放置一段时间后自然分开，萃取效果好。

5.物质反应应用

应用本发明物质处理装置进行物质反应应用，其包括各类气相、液相或气液相反应体系，尤其是非匀相的反应体系。进一步的反应包括液液反应应用、聚合反应应用、氧化脱硫反应等等，但不局限于这些反应应用。

5.1液液反应应用

在液液反应应用中，两种液体中的任意一种液体既可为一种纯液体，也可能为几种液体的混合物，它们能够通过预先混合或配制而成；所述的气液相反应体系，其特征在于一种材料至少为气体，它能够通过压力控制阀从加压器供给，并且能够通过混合器和混合器出口被排出。

所述的液液反应方法包括水解反应、复分解反应、中和反应、离子交换反应、氧化还原反应、配位反应、络合反应、螯合反应、卤化反应、硝化反应、氰基化反应、环氧化反应、重氮化反应、烷基化反应、酯化反应、缩合反应、傅克反应以及聚合反应等；所述的气液相反应方法是气体能够被强制快速地溶解在液体中，气体和液体之间能够以非常高的反应速度使两种或更多种材料发生化学反应，有时甚至在没有传统处理中经常需要的催化剂、表面活性剂等情况下也能发生快速的化学反应，从而获得了经济可行的反应速度。

5.2聚合反应应用

一方面，其适合用于进行阴离子聚合反应的活性流体的混合，其中至少一种活性流体包含至少一种(甲基)丙烯酸单体。

所述的(甲基)丙烯酸单体，特别是丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐，甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基、乙基己基、壬基、2-二甲基氨基乙基丙烯酸酯，甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基和乙基己基、壬基、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯。

所述的聚合反应可以在本发明物质处理装置的外部进行，或在该混合器内部开始并在混合器外部继续进行。

一方面，它适合用于烯烃聚合物和含引发剂的有机单体的枝接反应，其中至少一种有机单体包含至少一种乙烯化的含氮或含硫或含氧不饱和杂环单体。

所述的烯烃聚合物，特别是聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚异戊二烯、乙烯-丙烯二烯三元共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯以及丁二烯-苯乙烯的聚合物等。

所述的乙烯化的含氮或含氧不饱和杂环单体，特别是N-乙烯基咪唑、1-乙烯基-2-吡咯烷、C-乙烯咪唑、N-烷基咪唑、1-乙烯基吡咯烷、2-乙烯吡啶、4-乙烯吡啶、N-甲基-N-乙烯乙酰胺、二-烯丙基甲酰胺、N-甲基-N-烯丙基甲酰胺、N-乙基-N-烯丙基甲酰胺、N-环己基-N-烯丙基甲酰胺、4-甲基-5-乙基噻唑、N-烯丙基-2-异辛基苯并噻嗪、2-甲基-1-乙烯咪唑、3-甲基-1-乙烯咪唑、N-乙烯基嘌呤、N-乙烯基哌嗪、N-乙烯基琥珀酰亚胺、乙烯基派啶、乙烯基吗啉、马来酸、丙烯酸、马来酸酐等。

所述的引发剂，特别是一种二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯、过苯甲酸叔丁基酯、过苯甲酸叔戊基酯、过氧乙酸叔丁基酯、过氧苯甲酸叔丁基酯、过氧化苯甲酰、过氧化邻苯二甲酸叔丁基酯、过氧化氢、过氧化氢异丙苯酯、过氧化叔戊基酯等。

本发明涉及的枝接聚合物反应过程可以通过系统软件分别调节混合原料的混合比例、流速、混合温度以及转速等实验参数，从而实现快速的枝接聚合物反应方法和最佳产物性能。

本发明涉及的枝接聚合反应过程可以在本发明所述混合器的外部进行，或在该混合器内部开始并在混合器外部继续进行。

5.3气液相脱硫反应应用

本发明涉及的气液反应过程的应用在于它适合用于一种气体脱硫技术，特别适合用于一种酸性气体和一种碱性液体的混合反应，其中至少一种碱性液体包含至少一种醇胺类化合物或氢氧化物。

所述的醇胺类化合物，特别是一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、N-丙基二乙醇胺、N-丁基二乙醇胺等碱性溶液。所述的醇胺类化合物还可以和其他助脱硫溶剂(环丁砜)按照不同体积比混合，并达到更佳的脱硫效果。

所述的氢氧化物，特别是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化胺等碱性溶液。

所述的酸性气体，特别是含有一种硫化氢、有机硫(硫醇类)、二氧化碳等杂质的天然气、炼厂气、尾气、合成气等。

本发明涉及的气体脱硫反应过程可以通过系统软件分别调节混合原料的混合比例、流速、混合温度以及转速等实验参数，从而实现快速的脱硫反应方法和最佳脱硫性能。

本发明气体脱硫反应可以在所述混合器的外部进行，或在该混合器内部开始并在混合器外部继续进行。

本发明的气体脱硫技术可用于任何气体和液体的反应装置。

进一步的，本发明还涉及液液反应过程的应用在于它适合用于一种气体脱硫技术，特别适合用于一种酸性气体和一种碱性液体的混合反应，其中至少一种碱性液体包含至少一种醇胺类化合物或氢氧化物。

5.4液相脱硫应用

进一步的，其适合用于进行含氧化剂的酸性介质的活性流体的氧化还原反应，其中至少一种活性流体包含至少一种含硫化合物。

所述的含硫化合物，特别是二烷基取代的硫化物，二烷基取代噻吩及其衍生物，烷基取代苯并噻吩及其衍生物，以及烷基取代的二苯并噻吩及其衍生物，所述的烷基包括甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基和乙基己基、壬基等。

所述的氧化剂，包括过氧化物和其它氧化物，特别是H₂O₂、O₃、N₂O、ClO₂、ClO^-、(CH₃)₂CO₂、t-BuOOH、C₅H₁₁NO₂C、ClO3^-、HSO₃ ^-、IO₄ ^-等。

所述的酸性介质，包括无机酸和有机酸，特别是盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、硝酸、磷酸、硼酸、碳酸、甲酸、乙酸、三氟乙酸等。

氧化脱硫反应可以在本发明所述混合器的外部进行，或在该混合器内部开始并在混合器外部继续进行。

本发明物质处理装置在物质反应方面的应用，不只局限于上述列出的应用，其还可用于各类有机化学反应，如加氢反应、氢甲酰化反应、羰基化反应、烯烃的二聚和齐聚反应、双烯合成反应、酰基化反应、Heck反应、Suzuki反应、Stille偶联反应、Trost-Tsuji偶联反应、烯丙基化反应、亲核取代反应、Baylis-Hillman反应、Wittig反应、自由基环加成反应、不对称环氧化物开环反应、连续多步反应以及酶催化的有机反应和不对称合成反应等。上述各类反应物之间能够以较快的反应速度使两种或更多种材料发生化学反应，有时甚至在没有传统处理中经常需要的催化剂等情况下也能发生快速的化学反应。

含硫物包括含硫气体及含硫液体。含硫气体包括天然气。含硫液体包括含硫原油。脱硫剂为现有已知的各类型的脱硫剂。

6.物质制备应用

离子液体的制备应用

在一离子液体制备的实施方式中，其化学反应通式如下：

通式(I)和(II)中：

R代表甲基(CH₃)、乙基(C₂H₅)、丙基(C₃H₇)、丁基(C₄H₉)等碳原子数为1-20个直链或支链烷基，也可代表甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳原子数为1-20个直链或支链烷氧基；

R1、R2分别代表甲基(CH₃)、乙基(C₂H₅)、丙基(C₃H₇)、丁基(C₄H₉)等碳原子数为1-20个直链或支链烷基；

R3代表H、甲基(CH₃)、乙基(C₂H₅)、丙基(C₃H₇)、丁基(C₄H₉)等碳原子数为1-20个直链或支链烷基；

X代表为氯原子(Cl)、溴原子(Br)、碘原子(I)等；

Y代表为六氟磷酸根离子(PF₆ ^-)、四氟硼酸根离子(BF₄ ^-)、三氟甲烷磺酸根离子(CH₃SO₃ ^-)、三氟甲烷碳酸根离子(CH₃C₃O^-)、N，N-二-(三氟甲基磺酸基)酰亚胺离子(N(SO₂CF₃)₂ ^-)等；

M代表钠(Na)、钾(K)、银(Ag)、铵离子(NH₄ ^-)等；

H代表氢原子；

N代表氮原子。

通式(I)和(II)中：

当R3＝H时，R1和R2既可单独取代，又可形成各类环，其可能结构式如下：

五员杂环及其苯并五员杂环

上式中，R基代表H、甲基、乙基等碳原子数为1-10个直链或支链烷基，R基既可相同，也可以不同，相邻的R基即可单独取代，也可形成环。

六员杂环及其苯并六员杂环

通式(I)和(II)中的温度和转速：温度为从室温(RT)至混合器的最大温度值(Tmax)，其最大温度值(Tmax)一般为150℃左右；转速为0至最大转速值(Vmax)，其最大转速值(Vmax)一般为10000RPM左右。

进一步的，本发明的物质处理装置还可用于各类以离子液体作为溶剂或催化剂的化学反应或绿色化学反应的制备。本发明的方法还可以广泛用于各类无机物、有机物、药物、催化剂以及高分子聚合物等的制备。

上述化学反应或绿色化学反应的体系主要有：加氢反应、氢甲酰化反应、羰基化反应、烯烃的二聚和齐聚反应、双烯合成反应、傅克合成反应、酰基化反应、选择性烷基化反应、Heck反应、Suzuki反应、Stille偶联反应、Trost-Tsuji偶联反应、烯丙基化反应、氧化反应、亲核取代反应、Baylis-Hillman反应、Wittig反应、自由基环加成反应、不对称环氧化物开环反应、连续多步反应以及酶催化的有机反应和不对称合成反应等。

7.细胞破碎应用

HTMX高剪切力反应器的转子与定子间的间隙小，转子转速高，转动中剪切力高，有利于切碎细胞壁。反应器具有高效的致冷系统，散热体积大，不易发生局部过热，防止了过热带来的蛋白失活和聚沉，满足细胞破碎需求。处理量灵活，即可处理低至1mL样品，也适用于大量样品的连续操作，所以即适合实验室应用也可应用于大规模工业过程。反应器转速与反应时间精确可调，有利于获得可再现的破解效果。灵活的流程设计，可设置多级的转速梯度，在一次破碎实验中选用不同时间下不同转速，可根据需要灵活设定破碎程序，例如如果实验目的是获得亚细胞器时，就可以先在高剪切力条件下破碎细胞壁，然后减低转速控制条件选择性地破碎细胞膜，以提高亚细胞器收率。

材料与仪器：

酵母细胞来自市售干酵母。Coomassie Brilliant Blue G-250，结晶紫。亚申科技研制的GJ441高剪切力反应器，紫外可见光谱仪，高倍显微镜和高速离心机。

反应器破碎试验：

以酵母细胞作为模型物，考察HTMX破碎细胞的能力。将酵母细胞分散在细胞裂解液中，含量约为5×10⁶/mL。裂解液，50mM Tris-HCl(pH8.5)，2mMEDTA，100mM NaCl(根据初步实验情况，酌情加入去垢剂Triton X-100、尿素与溶菌酶，但是基本的原则是使用尽可能简单的裂解液体系)。

1)反应器裂解细胞试验

反应器温度-5℃，以0.5mL/min的速度通入细胞溶液，在0，200，500，1000，2000，4000，8000转/min的转速下破碎细胞，各收集1mL样品测定蛋白质含量，以确定最低的发生细胞破碎和细胞破碎效率达到平衡时的剪切力。测定一定转速条件下保留时间对破碎效率的影响。

2)对照实验

匀浆器匀浆法和研磨法破碎细胞作为参照组，在相同裂解液条件下破碎，测定蛋白质收率。

细胞破碎效率的检验：

以蛋白收率作为细胞破碎效率的衡量指标。收集反应器流出物，离心分离，上清液用Bradford染色法对蛋白定量，计算蛋白收率。此外使用显微镜观测细胞的破碎程度，将流出物涂片，革兰氏结晶紫染色0.5min后，显微镜观察。

蛋白质含量的测定(Bradford法)

配制0.5mg/mLBSA标准溶液(溶于25mM pH 7.0的磷酸缓冲溶液)，分别取0，25，50，60，80，100，150μL蛋白质标准样品放入样品管内，加入相应量的磷酸缓冲溶液使蛋白溶液的体积达到500μL，然后加入250μL的0.1M HCl，500μL的H2O和1mL的0.01％的考马斯亮蓝G-250溶液(10mg考马斯亮蓝溶于50mL 95％的乙醇，加入100mL浓磷酸，加水定容至100mL)，混合均匀，反应20min后，595nm下测定吸光度绘制标准曲线。取500μL细胞裂解液的上清液，依照前述方法反应后测定吸光度，与相应蛋白的标准曲线对应，计算蛋白质含量。

本发明的物质处理装置还可以用于制药工业中，尤其是制作注射的外用或内用药物。

本发明的物质处理装置在物质制备方面的应用适合用于均相的液相反应体系、非均相的气液相反应体系、非均相的液液相反应体系。

另外，为了更好的应用本发明的物质处理装置，可以将本发明的物质处理装置与计算机软件系统结合起来，应用计算机软件系统控制整个装置的操作，从而实现了样品的快速、准确、自动化、连续、批量的制备。其中其与计算机结合的方式，可以为目前已知的任何方式。

上述涉及到的实验流程可以是通过系统软件进行设计的，各个流程顺序是根据实验需要可自由调节其顺序，既可为混合、收集、清洗和干燥，也可为清洗、干燥、混合、收集、清洗和干燥。干燥的方式为惰性气体吹干，各个流程参数可以通过以下参数进行选择或调节：两入口内原料送入的量：1ml、5ml、10ml、20ml、25ml、50ml等；混合比类型：摩尔比、体积比、质量比；转速：0-12000RPM；流速：0-10ml/min；输入装置温度：R.T.-100℃；反应器温度：R.T.-250℃；轴承温度：R.T.-80℃。

上述涉及到的清洗溶剂是根据混合原料和产物的溶解性质而定，既可为一种清洗溶剂，也可采用混合清洗溶剂，也可采用不同的溶剂分步多次地清洗。常用的溶剂包括有正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯、甲苯、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、乙腈、甲醇、乙醇、水等。

上述涉及到的样品处理方法包括溶剂萃取法、离心分离法、过滤法、真空干燥法、柱层析分离法。溶剂剂萃取法中常用的溶剂为与产物不相溶的但能与原料相溶的溶剂，尤其要选择沸点低、易挥发性的溶剂，常用的有机溶剂一般有正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯、甲苯、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、乙腈、甲醇、乙醇。柱层析分离法是用于产物的粗分离，一般包括吸附色谱分离法、凝胶渗透色谱分离法、离子交换色谱分离法，常用的填料一般为硅胶、氧化铝、硅烷化系列凝胶、纤微素、聚酰胺等。

上述涉及到的样品分析方法主要包括毛细管电泳分析方法(CE)、气相色谱分析方法(GC)、液相色谱分析方法(LC)、电感偶合等离子发射光谱分析方法(ICP)、质谱分析方法(MS或QMS)、红外光谱分析方法(FTIR)、核磁共振分析方法(NMR)、X射线电子衍射分析方法(XRD)、光学显微镜形貌分析(OM)、扫描电镜形貌分析方法(SEM)、原子力显微镜形貌分析方法(AFM)、透射电镜形貌分析方法(TEM)。其中，CE、GC和LC法适合用于混合产物的分离和定性和定量分析；ICP法适合用于混合产物中金属元素的定性和定量分析；MS、FTIR和NMR法适合用于混合产物的分子量、结构和官能团分析；OM、SEM、AFM、TEM和XRD适合用于混合产物的形貌观察，包括颜色、粒度大小及均匀度。本发明涉及的分析方法既可单独使用，也可以采用联用技术，如CE(或HPLC、GC)-MS联用技术、CE(或HPLC、GC)-FTIR联用技术。联用技术的采用有利于对混合产物的快速准确地分析。

相对于现有技术，本发明的物质处理装置具有以下优点：

凸出部分或(和)凹入部分之间的相对运动具有搅拌的效果，利于固态原料与液态原料之间的初步混合，即使无法达到均匀混合的效果也至少可以达到使固态原料与液态原料较为均匀的分布的效果，从而利于固态原料与液态原料的进一步均匀混合。

现有的物质处理装置中，虽然两个相对光滑表面的相对高速运动产生的高剪切力所形成的层流具有很好的混合效果，但若无法使固态原料与液态原料在混合之前均匀分布，固态原料很容易结块，从而阻碍层流的形成，其混合效果就会大打折扣。

显然，相较于现有技术，本发明的物质处理装置因为设有预处理段和处理段而具有较好的固态原料与液态原料的混合效果，可以直接进行固态原料和液态原料的混合，相对现有技术节省了一道工序，从而具有更高的效率，另外，也避免了为固态原料寻找合适溶剂的烦恼。

进一步的，预处理段被设置为当第一元件与第二元件相对旋转时能产生沿轴向由预处理段指向处理段的分力，这更有利于固态原料以及黏度较大的原料的均匀送料；同时因为该分力的存在，物质处理通道内的原料也不易泄漏出物质处理通道预处理段的一端，也就是说它同时具有密封的效果。

本发明的物质处理装置可用于使待处理物充分混合或者使待处理物充分混合而得以充分反应。本发明的物质处理装置还可以在润滑油中加入石墨颗粒以提高润滑效果，还可以充分混合水与燃油以制造新型节能燃料，还可以使黏度较大的生物材料(bio-derived feedstock)与其他原料进行充分混合或者反应，还可以用于研制接枝聚合物、离子液体、纳米材料等。

前面已经对本发明进行一般描述，接下来例举一些特定的实施例进一步描述，以助了解本发明。

以下将参照图3A对利用本发明的物质处理装置制备离子液体的一个实施例进行说明。

在本实施例中，第一元件11、第二元件12由不锈钢制成。

在本实施例中，第一元件11是定子，第二元件12是转子，第一元件11面对物质处理通道110的表面是相对光滑表面，第二元件预处理段121周面设有连续的横截面为矩形的条纹，第二元件预处理段121的长度占第二元件预处理段121长度与第二元件处理段122长度之和的40％。

在本实施例中，所述条纹的宽度为1mm，高度为3.5mm，导距为10mm。

在本实施例中，条纹顶端与第一元件11面对预处理段111的表面之间的距离为0.15mm，处理段112的径向尺寸为0.75mm。

在本实施例中，第一送料端口113与螺旋加料装置20连接，第二送料端口114与注射泵连接。

下面将以3-乙基-1-甲基咪唑氯铝酸盐离子液体(ionic liquid of3-ethyl-1-methyl imidazolium chloroaluminate salt)的制备为例对上述实施例中的物质处理装置的应用进行说明。

反应公式：

[emim]Cl(l)+nAlCl₃(s)--[emim]Cl-nAlCl₃(l)+Q

上式中：

[emim]表示氯代3-乙基-1-甲基咪唑嗡盐

(s)表示固体

n表示一个大于零的比例

[emim]Cl-nAlCl₃表示3-乙基-1-甲基咪唑氯铝酸盐离子液体

(l)表示液体

Q表示产生热量

利用本实施例的物质处理装置，以氯代3-乙基-1-甲基咪唑嗡盐和氯化铝制备3-乙基-1-甲基咪唑氯铝酸盐离子液体的步骤如下：

a.把氯化铝粉末加入螺旋加料装置20，把固态的氯代3-乙基-1-甲基咪唑嗡盐加热使其成为液态并加入注射泵；

b.把物质处理通道110的温度设置为30℃，把第二元件12的转速设置为3000rpm；

c.驱动注射泵往物质处理通道110注入液态氯代3-乙基-1-甲基咪唑嗡盐，驱动螺旋加料装置20把氯化铝均匀地送入物质处理通道110；

d.从产物收集端口115收集产物；

e.分别利用水和乙醇清洗物质处理通道110。

在一个实施方案中，还可采用磁力驱动装置驱动转子旋转。

请参图10A，一物质处理装置80a包括第一元件81a、第二元件82a以及第三元件83a。第一元件81a设有圆柱状收容腔810a，第二元件82a为圆柱状并可相对旋转地收容于收容腔810a。第二元件82a为永磁体，第三元件83a设于第一元件81a外围，能产生交变磁场从而驱动第二元件82a旋转，在一个实施方式中，第三元件83a是对称分布的线圈绕组，接入交流电以产生交变磁场。磁力驱动无需设置驱动轴，因而就无需设置动密封装置，从而解决了高转速下的密封问题。

请参图1B，一物质处理装置80b包括第一元件81b、第二元件82b以及第三元件83b。第一元件81b设有圆柱状收容腔810b，第二元件82b为圆柱状，并可相对旋转地收容于收容腔810b。第二元件82b由以磁性材料制成的第一部件821b和以非磁性材料制成的第二部件822b组合构成。第三元件83b为对称分布的线圈绕组，设于第一元件81b外围靠近第一部件821b的部分。这种设置的优点在于在第二部件822b所对应的第一元件81b的一段外围设置周边设备比较容易，比如，进料端口、温度控制装置等。当然，第二元件82b也可以完全由磁性材料制成，而只在其某一段的外围设置第三元件83b。

在另一实施方案中，第三元件具有磁性，通过第三元件的运动产生变化的磁场，从而驱动第二元件旋转。

进一步的，驱动第三元件绕第二元件中心轴运动产生变化的磁场。

进一步的，第三元件包括但不限于以下设置，它可以是可旋转地罩设于第一元件外的圆筒状磁体；也可以是可旋转地罩设于第一元件外的叉状磁体，其中，叉的数量可以根据具体需求设置；还可以是沿着以第二元件中心轴为中心的圆运动的磁体。

进一步的，请参图1C，一物质处理装置80c包括第一元件81c、第二元件82c以及第三元件83c。第一元件81c设有圆柱状收容腔810c。第二元件82c为圆柱状，可相对旋转地收容于收容腔810c。第二元件82c为磁体，第三元件83c是罩设于第一元件81c外的圆筒状磁体，以传动轴831c带动第三元件83c旋转，产生变化的磁场，从而驱动第二元件82c旋转。

本发明申请中所列专利均是作为参考文献所援引的。上述例举的实施方案中所涉及的描述，举例和数据仅作为演示和例证之用，并非限定本发明的范围。任何根据本发明所做的非实质性修改加工皆落入本发明权利要求范围内。因此，附件权利要求书的精神和范围不局限于本申请对该发明的说明版本。

Claims

1.一种物质处理装置，包括：

第一元件和可相对旋转地至少部分收容于所述第一元件内的第二元件，其中，第一元件和第二元件之间形成一大致呈环状的物质处理通道；

其特征在于，所述物质处理通道包括预处理段和处理段，其中，所述预处理段的周面包括凸出或/和凹入部分；所述处理段的周面是相对光滑的表面，处理段的几何尺寸使得当第一元件与第二元件相对旋转达到某一速度时，被处理物质在处理段内形成库特流；

所述第一元件设有第一进料端口和第二进料端口，所述第一进料端口用于将固态原料导入至所述预处理段，所述第二进料端口用于将液态原料导入至所述预处理段；

所述第一进料端口处设有振动装置或搅拌装置。

2.如权利要求1所述的物质处理装置，其特征在于：当第一元件与第二元件相对旋转时，物质处理通道预处理段产生一由预处理段指向处理段的分力，将被处理物质推向处理段。

3.如权利要求2所述的物质处理装置，其特征在于：其中，所述第一元件为定子，所述第二元件为转子，第二元件面对预处理段的表面包括凸出或/和凹入部分，第一元件面对预处理段的表面为相对光滑表面。

4.如权利要求3所述的物质处理装置，其特征在于：所述凸出或/和凹入部分形成连续的条纹，或间断的条纹，或连续的和间断的条纹的组合，或连续的条纹和点的阵列的组合，或沿连续或间断的条纹的轨迹分布的点的阵列，其中，所述条纹与第二元件中心轴的角度为大于零度小于九十度。

5.如权利要求1所述的物质处理装置，其特征在于：所述第二进料端口位于所述第一进料端口靠近所述处理段的一侧。

6.如权利要求5所述的物质处理装置，其特征在于：其还包括一固态原料输送装置与一液态原料输送装置，所述第一进料端口与所述固态原料输送装置连接，所述第二进料端口与所述液态原料输送装置连接。

7.一种物质处理装置，包括：

第一元件和可相对旋转地至少部分收容于所述第一元件内的第二元件，第一元件和第二元件之间形成一大致环状的物质处理通道；

其特征在于，所述物质处理通道包括预处理段和处理段，其中，所述处理段的构造使得当第一元件与第二元件的相对旋转达到某一速度时，被处理物质在该处理段内形成库特流，所述预处理段的构造使得当第一元件与第二元件相对旋转时，所述预处理段产生一由预处理段指向处理段的分力将所述预处理段中的被处理物质推入所述处理段；

所述第一进料端口处设有振动装置或搅拌装置。

8.如权利要求7所述的物质处理装置，其特征在于：所述第二进料端口位于所述第一进料端口靠近所述处理段的一侧。

9.如权利要求8所述的物质处理装置，其特征在于：第一元件与第二元件相对旋转时，所述预处理段可将输入其内的固态原料与液态原料均匀分配。

10.如权利要求9所述的物质处理装置，其特征在于：所述第一进料端口与固态原料输送装置连接，所述第二进料端口与液态原料输送装置连接。