CN214863461U

CN214863461U - 一种新型超声搅拌反应装置

Info

Publication number: CN214863461U
Application number: CN202023004676.8U
Authority: CN
Inventors: 葛仕福; 王玺玉; 周彩铃
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2030-12-14

Abstract

本发明属于机械领域，提供了一种新型超声搅拌反应装置，该装置由超声反应器外壳、轴组件、多套超声振子及超声振幅杆、超声反应器料入口及超声反应器料出口等组成。该装置解决了现有超声处理装置中存在的超声振幅杆与搅拌桨叶相互干扰的问题以及夹套加热导致的反应液受热不均的问题，采用圆柱形罐体作为反应容器，将超声波设置为从罐体四周添加，热源设置在旋转轴内，空心桨叶也都设置加热面，在超细羟基磷灰石纳米微粒制备反应过程中，超声波与加热量可控，操作灵活性高，可满足不同性状需求的产物制备。

Description

一种新型超声搅拌反应装置

技术领域

本实用新型属于无机材料技术领域，具体涉及一种分段脉冲超声搅拌装置,利用该装置制得的优质纳米羟基磷灰石材料，可用于治理环境重金属污染问题。

背景技术

羟基磷灰石(分子式:Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，简称HAP)是骨骼和牙齿的主要组成成分，是一种溶解度较低的弱碱性磷酸钙盐材料(pH=7-9)。其结构非常灵活，在电荷平衡的条件下，所有的阴阳离子、基团都能够被替代。此外，这类化合物表现出良好的化学稳定性，以及热稳定性。这些性质使得羟基磷灰石在生物材料、光学、放射以及环境、催化等领域都有很好的应用前景。

随着纳米技术发展，人们相继开始了对纳米羟基磷灰石的研究。纳米羟基磷灰石（nHAP）与普通HAP相比，具有更优良的理化性能：如溶解度高、表面能大、生物活性更好等。因此，如何在便捷的条件下，制备出纯度高、分散性好、性能稳定、尺寸形貌的nHAP纳米粒子，成为一个重要的研究课题。

本发明以利用低频超声波在水中的“空化”现象能够对羟基磷灰石进行改良强化为基础，针对现有超声处理装置中存在的超声振幅杆与搅拌桨叶相互干扰的问题以及夹套加热导致的反应液受热不均的问题，设计提出了一种新型超声搅拌反应罐。该设计采用圆柱形罐体作为反应容器，将超声波设置为从罐体四周添加，热源设置在旋转轴与空心桨叶内，超声波振幅杆与空心桨叶间隔分层布置。整个罐体内的反应过程中，超声波与加热的功率及面积均可控，操作灵活性高，可满足不同性状产物的制备需求。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题是：为提供一种灵活可控的多段超声搅拌反应罐的设计，可以应用于制备纳米羟基磷灰石等的反应装置。

本实用新型针对现有设备的不足，提供一种灵活可控的一种分段脉冲超声搅拌装置。装置外形为圆柱体，使每个超声振幅杆均可单独布置在罐体任意位置并单独控制，达到分段、分区的效果，以满足不同性状产物的制备需求。同时，空心桨叶的设置，可使热源由旋转轴内与桨叶内向外传热，可以降低罐内设备复杂性与清洗难度，较普通超声反应器，更利于序批式生产。

本实用新型装置外形为一个罐体，包括超声反应器外壳（40）、轴组件（31）、多套超声振子（36）及超声振幅杆（37）、超声反应器料入口（38）及超声反应器料出口（39）等部件。

进一步的，本实用新型装置中，超声反应器外壳（40）上端通过轴承座及轴承（34）支撑轴组件（31），轴组件（31）通过传动装置（33）与电机减速机（32）相连，超声反应器料入口（38）设置在超声反应器上端，超声反应器料出口（39）设置在超声反应器下端，超声振子（36）及超声振幅杆（37）连接后均匀设置在超声反应器外壳（40）四周、并且均匀设置在空心桨叶组件（35）之间。

进一步的，本实用新型装置中，轴组件（31）由内轴（311）、外轴（312）、热水进口（314）及热水出口（315）及固定端（320）组成；其特征在于内轴（311）与热水进口（314）间设置弹性密封圈（319），以防热水进口（314）及热水出口（315）间的短路，外轴（312）与固定端（320）间设置弹性件（316）、密封环（317）、填料（318），防止热源泄漏到环境中。

进一步的，本实用新型装置中，内轴（311）、外轴（312）的底部焊接有轴底盖（313），外轴（312）四周均匀焊有多个空心桨叶组件（35）。

进一步的，本实用新型装置中，空心桨叶组件（35）由空心桨叶外壳（351）、空心桨叶内管（352）及内管支撑架（353）组成，空心桨叶外壳（351）外轴（312）连通，空心桨叶内管（352）一边与空心桨叶外壳（351）留有10～20mm间隙，另一端与内轴（311）连通，空心桨叶内管（352）通过内管支撑架（353）固定在空心桨叶外壳（351）内。此外，所述空心桨叶组件（35）长度小于超声反应器外壳（40）半径，能够增大传热面积，保证罐内溶液受热的均匀性。

本发明的有益效果在于：与已有的超声反应装置相比，本实用新型有如下优点：

（1）为解决现有技术中超声振幅杆与搅拌桨叶相互干扰的问题，如图1所示，本实用新型将超声振子（36）及超声振幅杆（37）分两层与空心桨叶组件（35）间隔设置，最大化利用罐内空间，保证罐内超声效果的均匀性。

（2）为解决现有技术中夹套加热导致的反应液受热不均的问题，本实用新型利用内外轴设定以及空心桨叶的结构特征，将热源设置在旋转轴内与空心桨叶内，扩展了加热面，其桨叶长度略小于罐体半径，能够增大传热面积，保证罐内溶液受热的均匀性。

（3）本发明所述一种分段脉冲超声搅拌装置可以按照制备条件的需要，灵活调整超声振幅杆的数量与位置，达到反应时间分段、反应空间分区的效果，实现不同工况的材料制备。

附图说明

图1为本实用新型所述一种分段脉冲超声搅拌装置结构示意图。

图2为图1中A的放大图，是本实用新型所述一种分段脉冲超声搅拌装置中轴组件（31）与空心桨叶组件（35）连接处的局部图。

附图标记：31—轴组件，32—电机减速机，33—传动装置，34—轴承座及轴承，35—空心桨叶组件，36—超声振子，37—超声振幅杆，38—超声反应器料入口，39—超声反应器料出口，40—超声反应器外壳，311—内轴，312—外轴，313—轴底盖，314—热水进口，315—热水出口，316—弹性件，317—密封环，318—填料，319—弹性密封圈，320—固定端，351—空心桨叶外壳，352—空心桨叶内管，353—内管支撑架。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：本发明所述一种分段脉冲超声搅拌装置的具体结构

一种分段脉冲超声搅拌装置，其具体结构如如图1所示，由超声反应器外壳（40）、轴组件（31）、多套超声振子（36）及超声振幅杆（37）、超声反应器料入口（38）及超声反应器料出口（39）等组成，超声反应器外壳（40）上端通过轴承座及轴承（34）支撑轴组件（31），轴组件（31）通过传动装置（33）与电机减速机（32）相连，超声反应器料入口（38）设置在新型超声搅拌反应装置上端，超声反应器料出口（39）设置在超声反应器下端，超声振子（36）及超声振幅杆（37）连接后均匀设置在超声反应器外壳（40）四周、并且均匀设置在空心桨叶组件（35）之间。

其中，轴组件（31）由内轴（311）、外轴（312）、热水进口（314）及热水出口（315）及固定端（320）组成，内轴（311）与热水进口（314）间设置弹性密封圈（319），以防热水进口（314）及热水出口（315）间的短路，外轴（312）与固定端（320）间设置弹性件（316）、密封环（317）、填料（318），防止热源泄漏到环境中。内轴（311）、外轴（312）的底部焊接有轴底盖（313），而外轴（312）四周均匀焊有多个空心桨叶组件（35）。

如图2所示，上述空心桨叶组件（35）由空心桨叶外壳（351）、空心桨叶内管（352）及内管支撑架（353）组成，空心桨叶外壳（351）外轴（312）连通，空心桨叶内管（352）一边与空心桨叶外壳（351）留有10～20mm间隙，另一端与内轴（311）连通，空心桨叶内管（352）通过内管支撑架（353）固定在空心桨叶外壳（351）内。

实施例2采用本发明所述一种分段脉冲超声搅拌装置制备纳米羟基磷灰石

对于纳米羟基磷灰石的制备：将调配好的硝酸钙溶液从超声反应器料入口（38）置入超声反应器中，开启电机减速机（32），加热源从热水进口（314）进，从热水出口（315）出，调整加热源的温度和流量，确保超声反应器内溶液温度为40°C±2℃，设置反应器壁四周的多套超声振子（36）及超声振幅杆（37）等超声设备为预热周期，该周期包括开/关两个阶段，时长为6s，其中，开启段为4-6s, 关闭段为0-2s，预热3-5分钟；

预热完毕后，将磷酸氢二铵溶液与氨水溶液匀速泵入到超声反应器内；同时调整超声设备为混合周期，该周期包括开/关两个阶段，时长为36s。其中，开启段为0-9s, 关闭段为27-36s，混合20-25分钟，使反应物得以充分混合；

所有反应溶液添加完毕后，调整超声设备为强化周期，该周期包括开/关两个阶段，时长为18s，其中，开启段为0-16s, 关闭段为18-2s，强化15-20分钟，继续进行超声强化；

反应完毕后，将反应器内溶液由超声反应器料出口（39）接入到陈化釜中进行后续处理。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，所述装置由超声反应器外壳（40）、超声反应器料入口（38）、轴组件（31）、多套超声振子（36）及超声振幅杆（37）、超声反应器料入口（38）及超声反应器料出口（39）组成，超声反应器外壳（40）上端通过轴承座及轴承（34）支撑轴组件（31），轴组件（31）通过传动装置（33）与电机减速机（32）相连，超声反应器料入口（38）设置在超声反应器上端，超声反应器料出口（39）设置在超声反应器下端，超声振子（36）及超声振幅杆（37）连接后均匀设置在超声反应器外壳（40）四周、并且均匀设置在空心桨叶组件（35）之间。

2.根据权利要求1所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，所述超声反应器外壳（40）为圆柱形罐体。

3.根据权利要求1所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，轴组件（31）由内轴（311）、外轴（312）、热水进口（314）及热水出口（315）及固定端（320）组成，内轴（311）与热水进口（314）间设置弹性密封圈（319），以防热水进口（314）及热水出口（315）间的短路，外轴（312）与固定端（320）间设置弹性件（316）、密封环（317）、填料（318），防止热源泄漏到环境中。

4.根据权利要求1所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，内轴（311）、外轴（312）的底部焊接有轴底盖（313），外轴（312）四周均匀焊有空心桨叶组件（35）。

5.根据权利要求3所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，空心桨叶组件（35）由空心桨叶外壳（351）、空心桨叶内管（352）及内管支撑架（353）组成，空心桨叶外壳（351）外轴（312）连通，空心桨叶内管（352）一边与空心桨叶外壳（351）留有10～20mm间隙，另一端与内轴（311）连通，空心桨叶内管（352）通过内管支撑架（353）固定在空心桨叶外壳（351）内。

6.根据权利要求4所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，空心桨叶内管（352）与空心桨叶外壳（351）留有的间隙为10～20mm。

7.根据权利要求1所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，所述超声振子（36）及超声振幅杆（37）分两层与空心桨叶组件（35）间隔设置。

8.根据权利要求2所述的一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，所述空心桨叶组件（35）长度小于超声反应器外壳（40）半径，能够增大传热面积，保证罐内溶液受热的均匀性。

9.根据权利要求1所述一种新型超声搅拌反应装置，其特征在于，所述装置能够应用在制备纳米羟基磷灰石方面。