CN113083178A - 一种超重力反应器及超重力反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超重力反应器及超重力反应系统，所述超重力反应器包括：壳体、旋转轴、液体分布器以及切割部件；所述切割部件包括：多个转子单元，每个所述转子单元形状为针丝状，每个所述转子单元径宽和任意两个临近的转子单元之间的间隙宽度均为微米级别；本发明提供的超重力反应器通过设置切割部件，该切割部件包括多个转子单元，该转子单元间隙和宽度均为微米级别，呈现中心密度高，外侧密度低的特点，并且发散式的转子单元有一定的韧性，沿旋转轴的旋转方向呈现一定的弧度，能够使得在中心处的液滴阻力较大，外围的液滴阻力较小，进而契合液体喷射过程中的速度，使得整个反应器的气液混合更加均匀，气液反应效果更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及反应器技术领域，更具体的，涉及一种超重力反应器及超重力反应系统。
背景技术
用于物料混合、匀化、细化、乳化的机械，例如“旋转冲击式细、匀、乳装置”(公开号CN 1386570.A)，该装置的动力轴装有正转叶轮和反转叶轮，进料口内有进料叶轮，能有效地提高被处理物的冲击速度，从而提高细、匀、乳性能。例如“旋冲式超细匀化乳化装置”(CN2385792Y)，该装置有按同心环均布的齿及豁口的定齿盘和旋转齿盘，由于它们的结构的局限，限定了它们只能用于物理处理过程。
超重力反应器可以强化相间的传递及反应过程，是一种较好的过程强化设备，超重力反应嚣在靠近转子内表面的填料内(即端效应区内)，液体物料受到高剪切作用被撕裂成很薄的液膜、很细的丝或分散于填料间隙的很小的液滴，而在外层填料中，液体基本上是沿径向流动，受到的剪切作用变弱，对相间的混合与传递过程的强化程度不如端效应区；另外，由于超重力反应器转子多采用有填料层的形式，对于高粘度物料及结晶沉淀体系，运行过程中会出现堵塞状况，需要经常清洗，而且用于气-液反应的超重力反应器，为了防止气体短路，需要设置内密封，使结构复杂。
对于超重力反应器而言，填料需要层层绕制，对于气液混合而言液体阻力较大，导致在末端液体由于推动力小而无法被切割，过厚的填料会导致液滴无法从溅射出，从而在末端淤积滴落，导致末端的气液混合效果下降，即使是定转子也同样存在类似问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超重力反应器及超重力反应系统，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供了一种超重力反应器，包括：
壳体；
旋转轴，贯穿于所述壳体中部，所述旋转轴内部设有液体分布器，所述旋转轴外部周侧设有切割部件；所述切割部件包括：
多个转子单元，每个所述转子单元一端与所述旋转轴结合固定，另一端沿远离所述旋转轴方向延伸；其中，
每个所述转子单元形状为针丝状，每个所述转子单元径宽和任意两个临近的转子单元之间的间隙宽度均为微米级别。
在优选的实施方式中，每个所述转子单元上设有多个排列分布的枝节部。
在优选的实施方式中，每个所述转子单元上设有多个挡片。
在优选的实施方式中，每个所述挡片的半径沿远离旋转轴的方向变大。
在优选的实施方式中，每个所述枝节部和每个所述挡片与相临所述转子单元之间的最小间隙宽度为100μm。
在优选的实施方式中，每个所述转子单元表面具有通过激光刻蚀形成的多个微纳尺度的凹陷。
在优选的实施方式中，所述凹陷为坑状或者条状。
在优选的实施方式中，所述凹陷为坑状，该凹陷以点阵状排列；或者，
所述凹陷为条状，该凹陷以光栅状排列。
在优选的实施方式中，所述凹陷为坑状，该凹陷以点阵状排列，所述凹陷的深度小于10μm，直径为10-30μm，每个坑状凹陷之间的间距为100-200μm；或者，
所述凹陷为条状，该凹陷以光栅状排列，所述凹陷的深度小于10μm，直径为10-30μm，每个坑状凹陷之间的间距为100-200μm。
本发明第二方面提供一种超重力反应系统，包括：一电机和本发明第一方面提供的所述的超重力反应器。
本发明的有益效果
本发明提供一种超重力反应器及超重力反应系统，所述超重力反应器包括：壳体；旋转轴，贯穿于所述壳体中部，所述旋转轴内部设有液体分布器，所述旋转轴外部周侧设有切割部件；所述切割部件包括：多个转子单元，每个所述转子单元一端与所述旋转轴结合固定，另一端沿远离所述旋转轴方向延伸；其中，每个所述转子单元形状为针丝状，每个所述转子单元径宽和任意两个临近的转子单元之间的间隙宽度均为微米级别；本发明提供的超重力反应器通过设置切割部件，该切割部件包括多个转子单元，该转子单元间隙和宽度均为微米级别，呈现中心密度高，外侧密度低的特点，进而在末端的阻力较小，避免液滴淤积滴落导致气液混合效果变差；并且发散式的转子单元有一定的韧性，沿旋转轴的旋转方向呈现一定的弧度，能够使得在中心处的液滴阻力较大，外围的液滴阻力较小，进而契合液体喷射过程中的速度，使得整个反应器的气液混合更加均匀，气液反应效果更加稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种超重力反应器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的转子单元的结构示意图之一；
图3是本发明实施例提供的转子单元的结构示意图之二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施方式或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的研究背景进行简单说明。
超重力反应器可以强化相间的传递及反应过程，是一种较好的过程强化设备，超重力反应嚣在靠近转子内表面的填料内(即端效应区内)，液体物料受到高剪切作用被撕裂成很薄的液膜、很细的丝或分散于填料间隙的很小的液滴，而在外层填料中，液体基本上是沿径向流动，受到的剪切作用变弱，对相间的混合与传递过程的强化程度不如端效应区；另外，由于超重力反应器转子多采用有填料层的形式，对于高粘度物料及结晶沉淀体系，运行过程中会出现堵塞状况，需要经常清洗，而且用于气-液反应的超重力反应器，为了防止气体短路，需要设置内密封，使结构复杂。
对于超重力反应器而言，填料需要层层绕制，对于气液混合而言液体阻力较大，导致在末端液体由于推动力小而无法被切割，过厚的填料会导致液滴无法从溅射出，从而在末端淤积滴落，导致末端的气液混合效果下降，即使是定转子也同样存在类似问题。
基于此，请参阅图1，本发明一实施例提供一种超重力反应器，包括：
壳体；
旋转轴2，贯穿于所述壳体中部，所述旋转轴2内部设有液体分布器，所述旋转轴2外部周侧设有切割部件；所述切割部件包括：
多个转子单元3，每个所述转子单元3一端与所述旋转轴2结合固定，另一端沿远离所述旋转轴2方向延伸；其中，
每个所述转子单元3形状为针丝状，每个所述转子单元3径宽和任意两个临近的转子单元3之间的间隙宽度均为微米级别。
具体地，壳体和旋转轴2构成圆环形腔体，液体分布器设置在圆环形腔体中心位置处，每个转子单元3分布在圆环形腔体内，每个转子单元3的长度根据圆环形腔体的大小确定，一般转子单元3自由端(远离旋转轴2的一端)与壳体内壁间距为500-800μm。
本领域技术人员可以知晓，位于圆环形腔体的旋转轴2周侧设置有多个转子单元3，每个转子单元3径宽为500-600μm，任意两个临近的转子单元3之间的间隙宽度为100-800μm，任意两个临近的转子单元3之间的间隙宽度沿远离旋转轴2的方向不断变大，当转子单元3随旋转轴2在圆环形腔体内转动时，由于转子单元3有一定的韧性，每个转子单元3沿旋转轴2的旋转方向呈现一定的弧度。
可以理解，本发明中转子单元呈针丝状，具体的，图1中示出的仅仅是示意图，本发明中针丝的数量远高于此，本发明的填料的实际形状与生活中的“毛刷”类似，其由密密麻麻的针丝构成。
从上述示例可以知晓，本实施例提供的超重力反应器通过设置切割部件，该切割部件包括多个转子单元3，该转子单元3间隙和宽度均为微米级别，呈现中心密度高，外侧密度低的特点，进而在末端的阻力较小，避免液滴淤积滴落导致气液混合效果变差；并且发散式的转子单元3有一定的韧性，沿旋转轴2的旋转方向呈现一定的弧度，能够使得在中心处的液滴阻力较大，外围的液滴阻力较小，进而契合液体喷射过程中的速度，使得整个反应器的气液混合更加均匀，气液反应效果更加稳定。
请参阅图2，在一些实施例中，每个所述转子单元3上设有多个排列分布的枝节部4。
具体地，枝节部4的径宽与转子单元3的径宽相同，枝节部4一端固定在转子单元3上，另一端与转子单元3自由端(远离旋转轴2的一端)在同一周侧上，枝节部4的数量为5-10个，具体根据转子单元3长度而定，举例而言，转子单元3长度越长，枝节部4数量越多。
需要说明的是，枝节部4距离旋转轴2越近，其长度越长，枝节部4之间的距离不是等间距设置的，一般随旋转轴2的距离越远，枝节部4间距不断变大，本领域技术人员可以知晓，通过枝节部4设置，增加液滴切割次数，提高反应器的传质效果。
请参阅图3，在一些实施例中，每个所述转子单元3上设有多个挡片5。
进一步地，每个所述挡片5的半径沿远离旋转轴2的方向变大。
进一步地，每个所述枝节部4和每个所述挡片5与相临所述转子单元3之间的最小间隙宽度为100μm。
具体地，相临转子单元3上的挡片5交替设置，同一转子单元3上的挡片5半径离旋转轴2越远，半径越大，同一转子单元3上的挡片5间距离旋转轴2越远，间距越大，本领域技术人员可以知晓，通过挡片5设置，增加了液滴碰撞次数，有利于液滴的分散，进而提高反应器的传质效果。
需要说明的是，挡片5也可以采用挡板或当条设置，挡片5构成何种构造不会形成实质性的影响，在不影响本发明的主体构思的前提下，本领域技术人员有能力在不付出创造性劳动的基础上，可以进行其他构造的选取。
在一些实施例中，每个所述转子单元3表面具有通过激光刻蚀形成的多个微纳尺度的凹陷。
进一步地，所述凹陷为坑状或者条状。
进一步地，所述凹陷为坑状，该凹陷以点阵状排列；或者，所述凹陷为条状，该凹陷以光栅状排列。
进一步地，所述凹陷为坑状，该凹陷以点阵状排列，所述凹陷的深度小于10μm，直径为10-30μm，每个坑状凹陷之间的间距为100-200μm；或者，所述凹陷为条状，该凹陷以光栅状排列，所述凹陷的深度小于10μm，直径为10-30μm，每个坑状凹陷之间的间距为100-200μm。
具体地，凹陷通过激光刻蚀形成，避免化学刻蚀对材料的选择性问题；刻蚀的凹陷尺度大小，例如坑直径大小，栅条宽度大小等与激光的光斑大小有关，刻蚀的凹陷深度与转子单元3的特性及使用环境相关，可通过设定扫描次数、速度等因数实现；微纳尺度的凹陷由于改变了转子单元3的粗糙度，使转子单元3表面超疏水性能得到改善；凹陷的不同的排列方式或者不同尺寸导致其表面粗糙度不同，因此不同结构的超疏水性能也不相同。
本发明的另一实施例提供了一种超重力反应系统，包括：一电机和本发明第一方面提供的超重力反应器。
本实施例提供的超重力反应系统通过设置切割部件，该切割部件包括多个转子单元3，该转子单元3间隙和宽度均为微米级别，呈现中心密度高，外侧密度低的特点，进而在末端的阻力较小，避免液滴淤积滴落导致气液混合效果变差；并且发散式的转子单元3有一定的韧性，沿旋转轴2的旋转方向呈现一定的弧度，能够使得在中心处的液滴阻力较大，外围的液滴阻力较小，进而契合液体喷射过程中的速度，使得整个反应器的气液混合更加均匀，气液反应效果更加稳定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。
此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种超重力反应器，其特征在于，包括：
壳体；
旋转轴，贯穿于所述壳体中部，所述旋转轴内部设有液体分布器，所述旋转轴外部周侧设有切割部件；所述切割部件包括：
多个转子单元，每个所述转子单元一端与所述旋转轴结合固定，另一端沿远离所述旋转轴方向延伸；其中，
每个所述转子单元形状为针丝状，每个所述转子单元径宽和任意两个临近的转子单元之间的间隙宽度均为微米级别。
2.根据权利要求1所述的超重力反应器，其特征在于，每个所述转子单元上设有多个排列分布的枝节部。
3.根据权利要求1所述的超重力反应器，其特征在于，每个所述转子单元上设有多个挡片。
4.根据权利要求3所述的超重力反应器，其特征在于，每个所述挡片的半径沿远离旋转轴的方向变大。
5.根据权利要求2和4所述的超重力反应器，其特征在于，每个所述枝节部和每个所述挡片与相临所述转子单元之间的最小间隙宽度为100μm。
6.根据权利要求2所述的超重力反应器，其特征在于，每个所述转子单元表面具有通过激光刻蚀形成的多个微纳尺度的凹陷。
7.根据权利要求6所述的超重力反应器，其特征在于，所述凹陷为坑状或者条状。
8.根据权利要求7所述的超重力反应器，其特征在于，所述凹陷为坑状，该凹陷以点阵状排列；或者，
所述凹陷为条状，该凹陷以光栅状排列。
9.根据权利要求1所述的超重力反应器，其特征在于，所述凹陷为坑状，该凹陷以点阵状排列，所述凹陷的深度小于10μm，直径为10-30μm，每个坑状凹陷之间的间距为100-200μm；或者，
所述凹陷为条状，该凹陷以光栅状排列，所述凹陷的深度小于10μm，直径为10-30μm，每个坑状凹陷之间的间距为100-200μm。
10.一种超重力反应系统，其特征在于，包括：一电机和权利要求1-9所述的超重力反应器。
11.一种超重力反应装置，其特征在于，其内旋转体由多条发射状枝节组成，特别适用于组合/耦合微波、超声、磁场等其他能量场，有利于能量场的均匀分布。
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