CN111921477B - 一种磁悬浮超重力强化反应的方法和装置 - Google Patents

一种磁悬浮超重力强化反应的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮超重力强化反应的方法和装置，该方法利用磁悬浮技术，将装有反应物的反应容器悬浮，同时反应容器在反应容器侧面的磁力作用下旋转，旋转引发超重力，从而使反应物之间充分接触，增大物质与物质之间的接触面积，同时磁悬浮力的发生装置发出的磁场能强化物质与物质的反应，加快反应速度；反应物在双重作用下充分反应，实现反应的强化；该装置是利用磁悬浮原理，磁的相互排斥作用使装置悬浮和运动，其运动速到远远高于机械转动速度，由于反应器和底座之间是悬浮固定的所以没有摩檫力，没有热的产生，大大增强了反应装置的使用寿命，减少了成本，具有良好的市场前景和运用前景。

Description

一种磁悬浮超重力强化反应的方法和装置
技术领域
本发明属于磁悬浮动力装置技术领域，具体涉及一种磁悬浮超重力强化反应的方法和装置。
背景技术
目前，存在的反应强化装置多为机械强化装置，控制其温度，搅拌速度等手段进行强化反应；在反应过程中往往出现反应不充分不均匀，产率低，搅拌往往停留在机械搅拌层次，其能耗高，反应速度慢，不能快速混合反应，机械部件连接处磨损快，导致设备寿命较短，而且在速度较快时，电机容易发热，导致电机烧坏，维修成本高。
专利申请CN201320124347.8公开了一种搅拌反应装置，该装置包括反应罐，所述反应罐包括上顶面；搅拌器，所述搅拌器固定在所述反应罐的上顶面上，所述搅拌器设置有位于所述反应罐内的搅拌翅；温度计套管，所述温度计套管的第一端固定在所述反应罐的上顶面上，所述温度计套管的第二端位于所述反应罐内，所述温度计套管上设置有M个折流板，所述折流板位于所述反应罐内，其中，M为正整数。本实用新型提供的搅拌反应装置通过在温度计套管上设置折流板，对料液的流动产生了阻力，从而改变料液的流动方向，使固体物料的溶解速度加快，有效避免了局部反应过快，使生成物的质量更均一，但是该装置搅拌速度相对比较慢，而且产生大量的噪声，设备寿命不长，磨损消耗严重。专利申请CN201721462705.0公开了一种多重搅拌反应装置，装置包括罐体组件、动力组件、加热组件和搅拌组件；所述动力组件安装在罐体组件上方；所述加热组件安装在罐体组件外壁上；所述搅拌组件安装在罐体组件内部，顶部与动力组件相连，所述搅拌组件包括搅拌轴、多输出端齿轮箱、螺杆式桨叶和平直叶圆盘涡轮；所述多输出端齿轮箱上部于联轴器相连，下部与两根搅拌轴相连；所述螺杆式桨叶和平直叶圆盘涡轮分别固定在两根搅拌轴上，该装置属于机械搅拌装置，能耗高，处理成本高，磨损高，不能长时间运行。
由于现有反应强化技术的存在条件要求较高、制备成本高、能耗、处理成本高、磨损高、不能长时间运行、操作方式复杂、难以达到节能环保、快速强化相关要求等缺点；所以寻找一种快速强化、成本低、能耗低、能长时间运行的反应强化装置成为目前的热门话题，本发明为解决该问题采用磁悬浮技术超重力强化反应。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁悬浮超重力强化反应的方法，该方法利用磁悬浮原理，在磁悬浮作用下使反应物质相对超速旋转，引发超重力，在和固定式搅拌装置发生相反作用力，从而使反应物之间充分接触，增大物质与物质之间的接触面积，加快反应速度，同时磁悬浮的发生装置发出的磁场可以强化物质与物质的反应速度，充分发挥的发生装置的双重作用，不仅提供悬浮和运动的电磁力斥力，同时给反应物之间反应提供了强化磁场；该方法用途广，是一种较为新型的反应强化方法，突破传统的反应方法，运用超重力强化和磁场强化来达到前所未有的反应强度；该装置是利用磁悬浮原理，磁的相互排斥作用使装置悬浮和运动，其运动速度远远高于机械转动速度，由于反应器和底盘之间是悬浮的，所以没有摩檫力，没有热的产生，同时没有噪声产生，大大增强了反应装置的使用寿命，减少了成本，具有良好的市场前景和运用前景。
本发明方法利用磁悬浮技术，将装有反应物的反应容器悬浮，同时反应容器在反应容器侧面的磁力作用下旋转，旋转引发超重力，从而使反应物之间充分接触，增大物质与物质之间的接触面积，同时磁悬浮力的发生装置发出的磁场能强化物质与物质的反应，加快反应速度；反应物在双重作用下充分反应，实现反应的强化。
上述方法通过如下装置实现：
本装置包括包括电磁底座、2个以上的亥姆赫兹线圈、永磁体Ⅰ、搅拌装置、电源、反应容器、永磁体Ⅱ；电磁底座为工字型轮底座，其包括座体、托盘、连接座体和托盘的带有滑槽的柱体，电磁底座的座体和托盘内均缠绕有线圈，且线圈均与电源连通；反应容器底部开有容纳腔，电磁底座的托盘设置在容纳腔内，容纳腔底端设置有2个以上的滑块，2个以上永磁体Ⅰ分别设置在2个以上的滑块内，2个以上滑块设置在滑槽内并与其相配合，永磁体Ⅱ固定在容纳腔内顶部，永磁体Ⅱ与电磁底座的磁场方向相反，2个以上的亥姆赫兹线圈分别通过支架对称固定在底座侧面，且2个以上的亥姆赫兹线圈分别与2个以上的永磁体Ⅰ相对且磁场反向相反并相互作用，2个以上的亥姆赫兹线圈分别与电源连接，2个以上的亥姆赫兹线圈产生的磁场强度不同，反应容器顶部设置有密封盖，反应容器底部开有反应物出口，搅拌装置通过支架设置在反应容器内，其包括进料管、搅拌片，进料管一端穿过密封盖设置在反应容器内，3个以上的搅拌片固定在进料管一端上并与其连通，进料管另一端为进料口。
所述进料管另一端上设置有阀门；
所述反应物出口上设置有阀门；
所述搅拌片为表面带有通孔的中空片状板；搅拌装置是固定的，物质通过通孔进入反应器，反应器旋转，搅拌片静止，从而达到高速搅拌的效果。
所述磁悬浮是利用磁场的同级相斥原理，本发明主要涉及永久磁铁和亥姆赫兹线圈磁铁，反应装置上安装的为永久磁铁，外部安装的是线圈磁铁。
所述超速旋转，反应器在磁排斥力的作用下被悬浮而起，被周围亥姆赫兹线圈产生的磁场进行加速，从而使反应器快速旋转。
所述磁场发生装置分为永久磁铁产生的磁场和亥姆赫兹线圈产生的磁场，两个磁场同极相对。
所述电磁底座是悬浮磁场产生装置，座体和托盘内均缠绕有多匝线圈，其产生叠加磁场作用于反应器上，使反应容器浮起。
所述亥姆赫兹线圈产生的磁场为可调节磁场，磁场强度为0.1~10T，线圈直径为5~30cm，匝数为5~100匝。
所述电磁底座的座体和托盘内均缠绕有线圈产生的磁场为5~20T，线圈直径为50~200cm，匝数为5~200匝。
所述电磁底座的座体和托盘内均缠绕的线圈和永磁体Ⅱ产生的斥力能承载的重量为5~100Kg。
所述姆赫兹线圈与永磁体Ⅰ产生的斥力能引发旋转的加速度为0.5~5m/s2。
所述反应容器的直径为40~190cm，容积为5~100L。
所述座体为圆形实心底座，直径为60~210cm。
所述反应过程为密封过程，防止反应过程中物质溢出或者是产生的气体溢出。
所述磁悬浮系统利用可控电磁力将上部装置悬浮在电磁底座上方，可以采用位移传感器检测到上部装置位移，与位移参考值做比较后，通过控制器转变为控制信号，然后经过功率放大器将其转化为通过磁悬浮线圈中的控制电流，进而控制磁悬浮线圈所产生的电磁力来维持上部装置的稳定悬浮。
该磁悬浮超重力强化反应的方法和装置的作用机理：磁悬浮系统亥姆赫兹线圈和永久磁体之间的相互排斥作用，利用可控电磁力将上部装置悬浮在底座上方，控制磁悬浮线圈中的电流，进而控制磁悬浮线圈所产生的电磁力来维持上部装置的稳定悬浮；在侧边的亥姆赫兹线圈电磁力的推动下，上部装置快速运动，由于上部反应容器通过滑槽与滑块的相互配合而限定在电磁底座上，即便速度再快，上面装置也会被稳定在底座上，反应物质由搅拌装置进入反应容器，由于反应容器是高速旋转，而进样搅拌装置是固定的，在流速的作用下，物质会被自动吸入反应器，若进口被关闭，反应系统在流速的作用下形成负压，有助于反应进行；加上大部分物质都是弱磁性、反磁性、顺磁性物质，整个反应体系也处于磁场中，对反应体系进行再次强化。
本发明方法和装置的优点和技术效果：
（1）本发明装置磁悬浮超重力包括悬浮系统、速度控制系统；磁悬浮由于实现了无机械接触，与普通悬浮相比具有无接触、无润滑、无磨损、可支撑超高速上部装置、支撑特性可调等优点，基于上述的一系列优越性，磁悬浮在工业中拥有着广泛的应用前景；
（2）工艺简单，可组装性好，成本较低，可重复性好，具有比传统强化装置高效、迅速等特点；
（3）该方法用途广，是一种较为新型的反应强化方法；
（4）突破传统的反应方法，运用超重力强化和磁场强化来达到前所未有的反应强度；
（5）该装置是利用磁悬浮原理，磁的相互排斥作用使装置悬浮和运动，其运动速到远远高于机械转动速度，由于反应器和底座之间是悬浮固定的所以没有摩檫力，没有热的产生，同时没有噪声产生，大大增强了反应装置的使用寿命，减少了成本，具有良好的市场前景和运用前景。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明电磁底座，以及亥姆赫兹线圈和磁场作用的示意图；
图3为搅拌片结构示意图；
图中：1-底座；2-托盘；3-亥姆赫兹线圈；4-永磁体Ⅰ；5-反应物出口；6-搅拌装置；7密封盖；8-进料管；9-电源；10-反应容器；11-永磁体Ⅱ；12-通孔；13-滑槽；14-容纳腔；15-滑块；16-搅拌片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1-3所示，本磁悬浮超重力强化反应的方法的装置包括电磁底座、2个以上的亥姆赫兹线圈3、永磁体Ⅰ4、搅拌装置6、电源9、反应容器10、永磁体Ⅱ11；电磁底座为工字型轮底座，其包括座体1、托盘2、连接座体和托盘的带有滑槽13的柱体，电磁底座的座体和托盘内均缠绕有线圈，且线圈均与电源连通；反应容器10底部开有容纳腔14，电磁底座的托盘2设置在容纳腔内，容纳腔底端设置有3个滑块15，3个永磁体Ⅰ4分别设置在3个滑块15内，3个滑块15设置在滑槽13内并与其相配合，永磁体Ⅱ11固定在容纳腔14内顶部，永磁体Ⅱ11与电磁底座的磁场方向相反，3个亥姆赫兹线圈3分别通过支架对称固定在底座1侧面，且3个亥姆赫兹线圈3分别与3个永磁体Ⅰ4相对且磁场反向相反并相互作用，3个亥姆赫兹线圈3分别与电源9连接，反应容器10顶部设置有密封盖7，反应容器10底部开有反应物出口5，反应物出口,5上设置有阀门，搅拌装置6通过支架设置在反应容器10内，其包括进料管8、搅拌片16，进料管8一端穿过密封盖7设置在反应容器10内：进料管8另一端上设置有阀门，3个搅拌片16固定在进料管8一端上并与其连通，搅拌片16为表面带有通孔12的中空片状板；
上述装置的使用方法是将5kg硫化尾矿和浸出剂5%的盐酸15L通过搅拌装置6的进料管8加入，反应物通过搅拌片上的通孔12进入到反应容器10中，打开电源，控制电压在3.89V，电磁底座内的亥姆赫兹线圈产生的磁力与反应容器底部的永磁体Ⅱ14产生的磁力相互排斥，使装有反应物的反应容器悬浮，同时反应容器侧面的亥姆赫兹线圈3与滑块15内的永磁体Ⅰ4产生的磁力相互排斥，控制电流使反应容器旋转，亥姆赫兹线圈3的电压为0.4393V，控制加速度为1m/s2，其旋转速度为150m/s，采用间歇通电，维持其速度；反应15min，反应结束后，将反应物从反应物出口5排出；检测浸出剂中重金属和硫化物浓度，其浸出率均达95%以上，具有良好的浸出效果。
实施例2：本实施例装置结构同实施例1，不同在于装置的使用方法是将5kg铜尾矿和浸出剂5%的硫酸15L通过搅拌装置6的进料管8加入，反应物通过搅拌片上的通孔12进入到反应容器10中，打开电源，控制电压在3.81V，电磁底座内的亥姆赫兹线圈产生的磁力与反应容器底部的永磁体Ⅱ14产生的磁力相互排斥，使装有反应物的反应容器悬浮，同时反应容器侧面的亥姆赫兹线圈3与滑块15内的永磁体Ⅰ4产生的磁力相互排斥，控制电流使反应容器旋转，亥姆赫兹线圈3的电压为0.5382V，控制加速度为1.5m/s2，其旋转速度为170m/s，采用间歇通电，维持其速度；反应10min，反应结束后，将反应物从反应物出口5排出；检测浸出剂中重金属和硫化物浓度，其浸出率均达97%以上，具有良好的浸出效果。
该方法主要利用磁悬浮高速旋转的方法产生超重力破坏物质与物质之间结合力，增大相与相之间的接触面积，易溶物质会从固体中快速脱落进入液相，达到固液两相萃取效果。

Claims (3)

1.一种磁悬浮超重力强化反应的方法，其特征在于：利用磁悬浮技术，将装有反应物的反应容器悬浮，同时反应容器在反应容器侧面的磁力作用下旋转，旋转引发超重力，从而使反应物之间充分接触，增大物质与物质之间的接触面积，同时磁悬浮力的发生装置发出的磁场能强化物质与物质的反应，加快反应速度；反应物在双重作用下充分反应，实现反应的强化；
完成上述磁悬浮超重力强化反应的方法的装置包括电磁底座、2个以上的亥姆赫兹线圈（3）、永磁体Ⅰ（4）、搅拌装置（6）、电源（9）、反应容器（10）、永磁体Ⅱ（11）；电磁底座为工字型轮底座，其包括座体（1）、托盘（2）、连接座体和托盘的带有滑槽（13）的柱体，电磁底座的座体和托盘内均缠绕有线圈，且线圈均与电源连通；反应容器（10）底部开有容纳腔（14），电磁底座的托盘（2）设置在容纳腔内，容纳腔底端设置有2个以上的滑块（15），2个以上永磁体Ⅰ（4）分别设置在2个以上的滑块（15）内，2个以上滑块（15）设置在滑槽（13）内并与其相配合，永磁体Ⅱ（11）固定在容纳腔（14）内顶部，永磁体Ⅱ（11）与电磁底座的磁场方向相反， 2个以上的亥姆赫兹线圈（3）分别通过支架对称固定在底座（1）侧面，且2个以上的亥姆赫兹线圈（3）分别与2个以上的永磁体Ⅰ（4）相对且磁场反向相反并相互作用，2个以上的亥姆赫兹线圈（3）分别与电源（9）连接，反应容器（10）顶部设置有密封盖（7），反应容器（10）底部开有反应物出口（5），搅拌装置（6）通过支架设置在反应容器（10）内，其包括进料管（8）、搅拌片（16），进料管（8）一端穿过密封盖（7）设置在反应容器（10）内，3个以上的搅拌片（16）固定在进料管（8）一端上并与其连通；
所述搅拌片（16）为表面带有通孔（12）的中空片状板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进料管（8）另一端上设置有阀门。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应物出口（5）上设置有阀门。
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