CN109395666B - 一体化的对射流型反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化的对射流型反应器，包括圆柱状壳体和盖体，壳体和盖体通过螺纹密闭连接构成反应腔室，所述反应腔室内从上至下依次安装有阀座、动阀以及弹簧；所述盖体内部上表面与阀座上端面之间构成超高压腔，T型阀座下端面上设有环形凸起，所述环形凸起与动阀的上端面紧密配合，阀座的下端面、支撑柱的上端面与动阀的内环侧壁构成对称焦偶合式谐振腔，动阀的内环侧壁与支撑柱的外壁之间构成泄流通道。本发明的对射流型反应器一步实现两级处理效果，其与现有的一级、二级均质相比，不仅结构较简单，而且细化、均质效果显著，达到纳米级；如果两级一体则一步实现四级处理效果。连续压入均质阀的物料，可连续排出，生产效率高。

Description

一体化的对射流型反应器

技术领域

本发明涉及一种一体化的对射流型反应器（能量转换器），在超高压下，利用物理方法对物料进行纳米尺度机械破碎的装置，更具体的，涉及一种利用超高压挤出、超高压射流以及超高压射流对撞的以流体为动力的液液、液固相物质的均质及纳米化处理技术，特别涉及一种对流体物料进行超微细化处理、或对流体物料的化学反应过程进行催化处理的激波反应器。

背景技术

现代工业生产领域，针对流体物质进行超微细破碎的机械设备已经广泛应用，例如高压射流对撞式破碎机、高压靶式撞击破碎机、高压均质机等。目前，这种类型技术的机械设备为了达到对流体物料的超微细破碎效果，在运行时所需要的工作压力已经达到100-200MPa，甚至更高。这种类型的机械设备对超高压力的依赖，导致在工业生产应用时能耗高、对设备的结构材料及性能的要求苛刻度高、对流体物料入料粒度要求高、工业化生产过程中安全性差。以上这些类型的装置的问题是其核心结构的设计不合理、不完善造成的，在处理过程中部分能量被无效释放，因而降低了破碎效率，因此在生产运行过程中，如果不采用多次超高压均质，难以达到对流体物料的超微细破碎效果。

现在超高压匀质机的生产商有微流体技术有限公司(美国)，艾维斯汀(加拿大)，BEE 国际(美国)，德尼罗(意大利)，安培威(德国)。超高压匀质机主要用于食品、化工、染料行业。医药级的超高压匀质机始出于20 世纪80 年代，这种新一代超高压匀质机配有交互容腔，具备能够将药用乳剂粉碎到200 纳米以下的水平，在医药行业有很广泛的市场占有率。超高压匀质机主要用于医药、食品、化工行业，用于制备脂质体、脂肪乳、纳米混悬剂、微乳、脂微球、乳剂、乳品、大输液、脂肪乳、细胞破碎、果汁均质、精细化工、染料等。

将物质颗粒破碎并得到亚纳米的粒径，是当今工业生产中重大的科技攻关课题。为解决此问题，国内近年来研究物质颗粒粉碎的方法越来越多。美国专利US5147412A，英国专利GB820176A公开了这方面的内容。中国专利CN2252059Y，公开一种流体能正激波转换超声波能装置，用于流体分散、乳化、均质和固体粉末破碎加工。但孔道长、间隙小、极易堵塞，承受压力低（仅150MPA），震荡芯片易破裂，不宜加工含纤维、粘稠及固体含量超过5%的物料，应用范围窄，连续加工效率低，破碎效果差。专利200610123691.X公开了一种平面单向阀，其目前适应于200MPA加工范围，超出200MPA的加工压力，并不适应于工业化应用。专利CN 201310487914.0提供了一种对撞型高压纳米均质机，但其部件结构复杂，加工制备复杂。专利CN 201010298882.6公开了流体激波反应器，设备实际应用会出现喷嘴损耗较大的问题。专利CN03239703.8超高压流体纳米对撞发生装置公开了对撞机构，加工精度的问题限制其推广应用。专利CN201420019329.8公开了一种一体化的Y型匀质腔，由于通道复杂，加工设备要求较高，同时以上专利都有一个较大的通病，在200MPA以上的超高压工况环境下，连续工业化应用问题无法克服。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用范围宽、承受压力大，连续工作效率高，破碎效果好，安装维护方便，成本低的超高压流体均质、纳米对撞一体化的对射流型反应器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种一体化的对射流型反应器，包括圆柱状壳体和盖体，壳体和盖体通过螺纹密闭连接构成反应腔室，盖体上设有进料口，壳体上设有出料口，所述反应腔室内从上至下依次安装有阀座、动阀以及弹簧；所述盖体内部上表面与阀座上端面之间构成超高压腔，所述反应腔室内设有支撑柱，所述动阀设有中心通孔，中心通孔的直径大于支撑柱的直径，动阀套设在支撑柱上，所述弹簧设置在动阀的下端面上，所述阀座为T型阀座，T型阀座下端面上设有环形凸起，T型阀座的上端面设有进料通道，所述环形凸起与动阀的上端面紧密配合，所述阀座的下端面、支撑柱的上端面与动阀的内环侧壁构成对称焦偶合式谐振腔，所述动阀的内环侧壁与支撑柱的外壁之间构成泄流通道，所述泄流通道与出料口相通。

进一步，所述壳体内设有环形的弹簧安装槽，所述弹簧设置在弹簧安装槽内。

进一步，所述动阀的上端面设有环形凹槽，增大高压流体对动阀的冲击力。

进一步，所述阀座上端面的进料通道为两个半圆弧型的进料通道。

进一步，所述支撑柱通过基座与壳体内壁固定连接，所述基座侧壁与壳体的出料口内壁之间设有若干圆弧形出料通道。

进一步，所述动阀的上端面高于支撑柱的上端面。

进一步，所述支撑柱的基座与壳体为一体式结构。

进一步，所述进料口和出料口处设有压电陶瓷型压力传感器。

本发明被加工流体为以液体为连续相的固、液混合流体物质。超高压泵对物料所施加的高压根据装置的不同应用实例，其范围一般5-600Mp，常用范围在220-400Mp。

优选的，本发明的动阀上端面（与阀座下端面凸起相接触的部分）、支撑柱上端面（反射聚能罩）和阀座的凸起面均采用高强度耐磨金刚石制成。所述壳体和盖体以特种纳米不锈钢制成。

进一步，所述高压腔内增设一组动阀和阀座，将进料口设置在反应器侧壁构成二级对射流型反应器。

本发明的工作过程如下：超高压腔内的物料在压力作用下，经由阀座上的进料通道，将动阀向下压开，在弹簧力均衡下，动阀的上端面与阀座下端面凸起之间形成间隙式狭缝喷射口，狭缝设定范围10nm~1um之间调整，通过调整盖体和壳体的螺旋紧固状态调整弹簧的力，以平衡高压流体的力，从而使狭缝的宽度稳定在设定范围内。高压物料由狭缝向狭缝对称中心轴线喷射，物料沿狭缝向内射出，形成每秒数百到成千米的射速，在中心处360度物料对射，发生对撞，在对称中心轴线上形成激波，射向支撑柱的上端面（反射聚能罩），形成对称焦偶合式谐振腔，超高压腔内喷射出的物料在该对称焦偶合式谐振腔内多次对撞使经均质阀（阀座和动阀构成）细化后的物料被进一步对撞、均质细化。

本发明的有益效果：本发明的一体化的对射流型反应器是应用均质、射流、对撞粉碎为一体的技术。均质阀（阀座和动阀构成）本身就具有射流对撞能力，通过对撞增强了射流对撞过程中产生的激波的强度，强化了射流场中的超高压和空穴作用，增强了对所处理物料的理化作用，消除了射流对阀体的冲击，这种流体射流、对撞反应器在较低能耗下可以实现对流体物料进行超微细化破碎处理。在一定工艺条件下，该对射流型反应器还可以有效催化流体物料的化学反应过程。

物料在200-600MPA超高压的作用下，系统内积累了较大的能量密度，这种能量密度大约在600-800kw/cm³。在实施过程中，物料在阀座与动阀之间的流经时间约为50 微秒，使得大量的能量在极短的时间内得以释放。因此，物料在高速流动时的剪切效应、高速喷射时的对撞、激波作用、瞬间强大压力降时的空穴效应四重作用下达到纳米级的超细粉碎，从而使互不相溶的液一液或液一固混悬液均质成液一液乳化剂或液一固分散体。

本发明一步实现两级处理效果，其与现有的一级、二级均质相比，不仅结构较简单，而且细化、均质效果显著，达到纳米级；如果两级一体则一步实现四级处理效果。连续压入均质阀的物料，可连续排出，生产效率高。本发明在能源、化工、建材、食品、医药等生产制造领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明一体化的对射流型反应器的结构示意图。

图2为本发明一体化的对射流型反应器的装配图。

图3为本发明对射流型反应器阀座的俯视图。

图4为图1中A-A面的俯视图。

图5为本发明实施例2二级对射流型反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

本发明所述的流体、流体物料或被加工流体可以是连续相为液体的流体物质也可以是连续相为气体的流体物质，只是由于激波在气体介质中的能量传递效率和理化作用与其在液体介质中相比要有所不同，因此，在下文中如不特别说明，流体、流体物料或被加工流体均指以液体为连续相的流体物质。

实施例1

如图1-2所示，本实施例的单组一体化的对射流型反应器，包括圆柱状壳体1和盖体2，壳体1和盖体2通过螺纹密闭连接构成反应腔室，盖体2上设有进料口2-1，壳体1上设有出料口1-1，所述反应腔室内从上至下依次安装有阀座3、动阀4以及弹簧5；所述盖体2内部上表面与阀座3上端面之间构成超高压腔6，所述反应腔室内设有支撑柱7，所述动阀4设有中心通孔，中心通孔的直径大于支撑柱的7直径，动阀4套设在支撑柱7上且动阀4的上端面高于支撑柱7的上端面（反射聚能罩），所述弹簧5设置在动阀4的下端面上，所述阀座3为T型阀座，T型阀座下端面上设有环形凸起3-1，T型阀座的上端面设有进料通道3-2，所述环形凸起3-1与动阀4的上端面紧密配合，所述阀座3的下端面、支撑柱7的上端面与动阀4的内环侧壁构成对称焦偶合式谐振腔8。

本发明动阀4的内环侧壁与支撑柱7的外壁之间构成泄流通道9，所述泄流通道9与出料口相通1-1，具体的，如图4所示，所述支撑柱7的基座7-1与壳体1为一体式结构，所述支撑柱7通过基座7-1与壳体1内壁固定连接，所述基座7-1侧壁与壳体1的出料口内壁之间设有若干圆弧形出料通道7-2。

进一步，所述壳体1内设有环形的弹簧安装槽1-2，所述弹簧5设置在弹簧安装槽1-2内，动阀4的上端面设有环形凹槽4-1，增大高压流体对动阀的冲击力，所述阀座3上端面的进料通道3-2为两个半圆弧型的进料通道（如图3所示），进一步，所述进料口2-1和出料口1-1处设有压电陶瓷型压力传感器。

本发明的动阀上端面（与阀座下端面凸起相接触的部分）、支撑柱上端面（反射聚能罩）和阀座的凸起面均采用高强度耐磨金刚石制成。其中的壳体和盖体以特种纳米不锈钢制成。

本发明被加工流体为以液体为连续相的固、液混合流体物质。超高压泵对物料所施加的高压根据装置的不同应用实例，其范围一般5-600Mp，常用范围在220-400Mp。

本发明打开盖体可以装配或更换动阀，通过更换不同孔径的平面环组（阀座和动阀）和弹簧可以实现对流体激波反应器（一体化的对射流型反应器）针对不同具体应用所需的不同工作压力和不同的工作流量等工艺条件的快速转换。

该装置的工作原理，由流体动力设备提供的具有一定压力的流体物料通过进料口进入超高压腔体，超高压超过弹簧的顶力时，高压物料压开动阀使动阀上端面原理阀座凸起面，形成向内喷射的狭缝。以360度的角度射向圆环的法向轴，产生激波并改变方向，形成一个中点位于两圆环平面对称法相轴的柱状散射流，撞击反射聚能罩后反射到射流形成涡流，多次冲撞后被挤出冲撞面，最终经泄流通过流出，通过出料口汇成一路排出该装置，完成处理过程。

该实施例是结构相对简单的一体化的对射流型流体激波反应器，制造成本低，易于装配，用于对流体内颗粒进行均质、对撞、破碎或其他理化处理，一步实现两级处理效果。

实施例2

如图5所示，本实施例的一体化的二级对射流型反应器，反应器内设置一级动阀41、一级阀座31、二级阀座32和二级动阀42、将进料口设置在反应器侧壁构成二级对射流型反应器，其中一级动阀41的下端面参照实施例1中阀座的下端面设计，二级阀座32与一级支撑柱设计为一体式结构，一级动阀41下端面、一级阀座31和一级支撑柱上端面（一级发射聚能罩）构成一级称焦偶合式谐振腔81；二级阀座32下端面与实施例1中阀座的下端面结构相同，二级阀座32下端面与二级动阀42、二级支撑柱上端面（二级发射聚能罩）构成二级称焦偶合式谐振腔82；该实施例的一体化的二级对射流型流体激波反应器，制造成本低，易于装配，其基本原理与实施例1的单组一体化的对射流型反应器相同，用于对流体内颗粒进行连续均质、对撞、破碎或其他理化处理，一步实现四级处理效果，连续压入均质阀的物料，可连续排出，生产效率高。

本发明的一体化的（单组/二级）对射流型反应器应用实例：

1. 提高尼莫迪平的酒精溶解度试验

采用功率为：15Kw/h、流量为：2m3/h 的医用一体化的对射流型流体激波反应器，在压力为280MPa 工况下，对尼莫迪平酒精混合液进行处理，结果与对比样相比，使尼莫迪平的在酒精内的溶解度提高了200倍以上。溶解相同药量的酒精用量极大减少，可以有效改变此类降压药物使用时对人体的生理刺激作用。

2. 二氧化锆浆料超微细处理试验

采用功率为：22Kw/h、流量为3m/h 的专用流体激波反应器设备，在压力为320MPa工况下，将粒度为5μm 的二氧化锆桨料处理为粒度200nm 的超微细二氧化锆浆料。

3. 新型水性超微细涂料处理试验

采用设备功率为11Kw/h、流量为1m3/h 的新型水性超微细涂料对射流型反应器，在压力为300MPa 工况下，对水性超微细涂料二级超微细化处理，使入料水性超微细涂料颗粒平均粒度4μm，处理为200nm的水性超微细涂料；

4. 促进白酒类产品醇化工艺过程试验

采用功率为：15Kw/h、流量为：1m3/h 的医用一体化的对射流型流体激波反应器，在压力为250MPa 工况下，对普通白酒进行处理，结果与对比样相比，采用一体化的对射流型流体激波反应器处理过的白酒其分子团变小，可以有效改善白酒的水分子和乙醇分子的活性、有效提高水分子与乙醇分子的缔和度。处理过程中的催化条件，具有促进酒中的丙烯醛、硫化氢等物质的挥发作用，白酒自然老熟工艺中需要几个月甚至几年时间才能完成的微观化学反应，在这个处理过程中瞬间完成。处理过的白酒酒精度不变、酒色晶莹剔透、酒香纯正浓郁、口味绵软圆润。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种一体化的对射流型反应器，包括圆柱状壳体（1）和盖体（2），壳体（1）和盖体（2）通过螺纹密闭连接构成反应腔室，盖体（2）上设有进料口（2-1），壳体（1）上设有出料口（1-1），其特征在于：所述反应腔室内从上至下依次安装有阀座（3）、动阀（4）以及弹簧（5）；所述盖体（2）内部上表面与阀座（3）上端面之间构成超高压腔（6），所述反应腔室内设有支撑柱（7），所述动阀（4）上设有中心通孔，中心通孔的直径大于支撑柱（7）的直径，动阀（4）套设在支撑柱（7）上，所述弹簧（5）设置在动阀（4）的下端面上，所述阀座（3）为T型阀座，T型阀座下端面上设有环形凸起（3-1），T型阀座的上端面设有进料通道（3-2），所述环形凸起（3-1）与动阀（4）的上端面紧密配合，所述阀座（3）的下端面、支撑柱（7）的上端面与动阀（4）的内环侧壁构成对称焦偶合式谐振腔（8），所述动阀（4）的内环侧壁与支撑柱（7）的外壁之间构成泄流通道（9），所述泄流通道（9）与出料口（1-1）相通。

2.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述壳体（1）内设有环形的弹簧安装槽（1-2），所述弹簧（5）设置在弹簧安装槽（1-2）内。

3.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述动阀（4）的上端面设有环形凹槽（4-1）。

4.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述阀座（3）上端面的进料通道（3-2）为两个半圆弧型的进料通道。

5.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述支撑柱（7）通过基座（7-1）与壳体内壁固定连接，所述基座侧壁与壳体的出料口内壁之间设有若干圆弧形出料通道（7-2）。

6.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述动阀（4）的上端面高于支撑柱（7）的上端面。

7.根据权利要求5所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述支撑柱（7）的基座与壳体为一体式结构。

8.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述进料口（2-1）和出料口（1-1）处设有压电陶瓷型压力传感器。

9.根据权利要求1所述的一体化的对射流型反应器，其特征在于：所述超高压腔内增设一组动阀和阀座，将进料口设置在反应器侧壁构成二级对射流型反应器。