CN220258022U - 超重力反应器及超重力反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超重力反应器及超重反应系统，包括壳体，具有容纳腔和与容纳腔连通的出料口；混合结构，混合结构包括外壳、驱动部和叶片组件，外壳位于容纳腔内，叶片组件位于外壳的腔体内，驱动部和叶片组件驱动连接，驱动部驱动叶片组件转动；第一进料管和第二进料管，第一进料管、第二进料管均和外壳的腔体连通，第一进料管、第二进料管用于将待反应的物料输送至外壳的腔体内，叶片组件用于将进入到外壳的腔体内的物料进行混合。采用该方案，能够将进入到外壳的腔体内的物料进行充分混合，使得物料能够快速反应，解决了现有技术中四氧化三铁制备过程中存在传质效率不足的问题。

Description

超重力反应器及超重力反应系统

技术领域

本实用新型涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种超重力反应器及超重力反应系统。

背景技术

Fe₃O₄(四氧化三铁)作为磁性吸波材料的一种，是有反尖晶石晶体结构的亚铁磁性材料，具有较好的顺磁性和较高的磁导率，对电磁波，既可以产生磁损耗，又可以产生电损耗，是一种双复介质材料，对电磁波的损耗包括电阻损耗、离子和电子共振损耗、极化损耗、畴壁共振损耗、自然共振损耗和交换共振损耗，同时其价格低廉，可以作为一种性能优良的吸波材料而大量使用。目前常规的制备方法有溶胶凝胶法、水热/溶剂热法、高温分解法以及共沉淀法。溶胶凝胶法所使用的原料都为昂贵的有机金属盐，原材料利用率低、反应时间长、条件苛刻及后处理温度过高等缺点；水热法制备的四氧化三铁纳米粒子纯度高、晶体形貌可控且规则、分散性好。但是工艺复杂不适合作为大规模生产用。

现有技术中，专利CN114306650A公开了一种磁性四氧化三铁纳米粒及其制备方法，以乙酰丙酮铁为原料，通过高温分解制备四氧化三铁吸波材料。将乙酰丙酮铁和油酸分散在无水乙醇中，充分搅拌一段时间后，将所形成的混合体系转移至反应釜中，将反应釜中，将反应釜放入加热炉内180℃反应12小时，冷却到室温。离心分离干燥获得纳米四氧化三铁。但高温分解法原材料有毒性、成本高，很难应用到实际生产中。

实用新型内容

本实用新型提供了一种超重力反应器及超重力反应系统，以解决现有技术中四氧化三铁制备过程中存在传质效率不足的问题。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种超重力反应器，包括：壳体，具有容纳腔和与容纳腔连通的出料口；混合结构，混合结构包括外壳、驱动部和叶片组件，外壳位于容纳腔内，叶片组件位于外壳的腔体内，驱动部和叶片组件驱动连接，驱动部驱动叶片组件转动；第一进料管和第二进料管，第一进料管、第二进料管均和外壳的腔体连通，第一进料管、第二进料管用于将待反应的物料输送至外壳的腔体内，叶片组件用于将进入到外壳的腔体内的物料进行混合。

进一步地，叶片组件包括旋转轴和多个弧形叶片，多个弧形叶片沿旋转轴的周向间隔分布，驱动部和旋转轴连接，驱动部驱动旋转轴转动，旋转轴带动多个弧形叶片转动，多个弧形叶片用于将进入到外壳的腔体内的物料进行混合。

进一步地，多个弧形叶片的旋向均沿旋转轴的同一旋转方向设置。

进一步地，驱动部为驱动电机，弧形叶片包括叶片主体和多个凸起柱，多个凸起柱沿叶片主体的长度方向间隔分布，叶片主体和旋转轴连接，驱动电机和旋转轴连接，驱动电机驱动旋转轴转动。

进一步地，弧形叶片由聚四氟乙烯材料制成。

进一步地，壳体的侧壁具有进气口和出气口，出气口位于进气口的上方，超重力反应器还包括第一气体置换装置，进气口和第一气体置换装置的进口连通，出气口和第一气体置换装置的出口连通，第一气体置换装置用于置换容纳腔内的氧气。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种超重力反应系统，超重力反应系统包括第一储罐单元、第二储罐单元、第一输料单元、第二输料单元、收集单元和上述的超重力反应器，第一储罐单元的出口和第一输料单元的进口连通，第一输料单元的出口和超重力反应器中的第一进料管连通，第二储罐单元的出口和第二输料单元的进口连通，第二输料单元的出口和超重力反应器中的第二进料管连通，超重力反应器中的出料口和收集单元连通。

进一步地，第一储罐单元包括储料罐、加热装置、搅拌器和第二气体置换装置，加热装置设置在储料罐的底部，加热装置用于对储料罐进行加热，搅拌器可转动地设置，以对储料罐内的物料进行搅拌，第二气体置换装置用于置换储料罐内的氧气，储料罐的出口和第一输料单元的进口连通。

进一步地，第一输料单元包括输送泵、流量计，输送泵的进口和储料罐的出口连通，输送泵的出口和流量计的进口可通断地连通，流量计的出口和第一进料管连通。

进一步地，第一输料单元包括第一蝶阀，第一蝶阀设置在连通输送泵和流量计的管路上，第一蝶阀用于将输送泵和流量计连通或断开。

进一步地，收集单元包括缓冲罐和收料罐，超重力反应器中的出料口和缓冲罐的进口连通，缓冲罐的出口和收料罐的进口可通断地连通，收料罐用于收集从超重力反应器混合后的物料。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种超重力反应器，包括壳体，具有容纳腔和与容纳腔连通的出料口；混合结构，混合结构包括外壳、驱动部和叶片组件，外壳位于容纳腔内，叶片组件位于外壳的腔体内，驱动部和叶片组件驱动连接，驱动部驱动叶片组件转动；第一进料管和第二进料管，第一进料管、第二进料管均和外壳的腔体连通，第一进料管、第二进料管用于将待反应的物料输送至外壳的腔体内，叶片组件用于将进入到外壳的腔体内的物料进行混合。需说明的是：可在四氧化三铁制备的过程中应用本方案的超重力反应器，采用该方案，设置叶片组件，且通过驱动部驱动叶片组件转动，这样能够将进入到外壳的腔体内的物料进行充分混合，使得物料能够快速反应，有效解决了现有技术中四氧化三铁制备过程中存在传质效率不足的问题；并且，设置第一进料管、第二进料管，能够将两种所需的反应物料输送至外壳的腔体内。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例提供的超重力反应器的结构示意图；

图2示出了图1中混合结构的示意图；

图3示出了本实用新型的另一实施例提供的超重力反应系统的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、容纳腔；12、出料口；13、进气口；14、出气口；

20、混合结构；21、外壳；22、叶片组件；221、旋转轴；222、弧形叶片；2221、叶片主体；2222、凸起柱；

30、第一进料管；

40、第二进料管；

110、第一储罐单元；111、储料罐；112、加热装置；113、搅拌器；114、第二气体置换装置；

120、第二储罐单元；

130、第一输料单元；131、输送泵；132、流量计；133、第一蝶阀；

140、第二输料单元；

150、收集单元；151、缓冲罐；152、收料罐。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图2所示，本实用新型的实施例提供了一种超重力反应器，包括：

壳体10，具有容纳腔11和与容纳腔11连通的出料口12；

混合结构20，混合结构20包括外壳21、驱动部和叶片组件22，外壳21位于容纳腔11内，叶片组件22位于外壳21的腔体内，驱动部和叶片组件22驱动连接，驱动部驱动叶片组件22转动；

第一进料管30和第二进料管40，第一进料管30、第二进料管40均和外壳21的腔体连通，第一进料管30、第二进料管40用于将待反应的物料输送至外壳21的腔体内，叶片组件22用于将进入到外壳21的腔体内的物料进行混合。

需说明的是：可在四氧化三铁制备的过程中应用本方案的超重力反应器，采用该方案，设置叶片组件22，且通过驱动部驱动叶片组件22转动，这样能够将进入到外壳21的腔体内的物料进行充分混合，使得物料能够快速反应，有效解决了现有技术中四氧化三铁制备过程中存在传质效率不足的问题；并且，设置第一进料管30、第二进料管40，便于将两种所需的反应物料输送至外壳21的腔体内。

需要说明的是：本方案设计的叶片组件22，能够使得反应物料在巨大的剪切力被撕裂成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使微观混合和传质过程得到极大强化，使所有反应在均匀的微观环境下进行。

其中，叶片组件22包括旋转轴221和多个弧形叶片222，多个弧形叶片222沿旋转轴221的周向间隔分布，驱动部和旋转轴221连接，驱动部驱动旋转轴221转动，旋转轴221带动多个弧形叶片222转动，多个弧形叶片222用于将进入到外壳21的腔体内的物料进行混合。

将多个弧形叶片222沿旋转轴221的周向间隔分布，这样能够使得进入到外壳21的腔体内的物料进行充分混合，且反应的更加均匀和稳定。

如图2所示，在本实施例中，多个弧形叶片222的旋向均沿旋转轴221的同一旋转方向设置。这样设置，能够使得在旋转轴221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，使得整个混合结构20的混合更加均匀，反应效果更加稳定。

具体地，驱动部为驱动电机，弧形叶片222包括叶片主体2221和多个凸起柱2222，多个凸起柱2222沿叶片主体2221的长度方向间隔分布，叶片主体2221和旋转轴221连接，驱动电机和旋转轴221连接，驱动电机驱动旋转轴221转动。

将多个凸起柱2222沿叶片主体2221的长度方向间隔分布，这样物料在旋转过程中会撞击到凸起柱2222，改变方向形成多次折射进一步提高混料均匀性，同时减小液滴尺寸。

在本实施例中，弧形叶片222由聚四氟乙烯材料制成。将弧形叶片222设置成聚四氟乙烯材料，具有耐腐蚀、耐高温的优点。

具体地，壳体10的侧壁具有进气口13和出气口14，出气口14位于进气口13的上方，超重力反应器还包括第一气体置换装置，进气口13和第一气体置换装置的进口连通，出气口14和第一气体置换装置的出口连通，第一气体置换装置用于置换容纳腔11内的氧气。通过设置第一气体置换装置，能够将容纳腔11内的氧气置换成惰性气体，以保证物料的反应效果。

如图3所示，本实用新型的另一实施例提供了一种超重力反应系统，超重力反应系统包括第一储罐单元110、第二储罐单元120、第一输料单元130、第二输料单元140、收集单元150和上述的超重力反应器，第一储罐单元110的出口和第一输料单元130的进口连通，第一输料单元130的出口和超重力反应器中的第一进料管30连通，第二储罐单元120的出口和第二输料单元140的进口连通，第二输料单元140的出口和超重力反应器中的第二进料管40连通，超重力反应器中的出料口12和收集单元150连通。

在本方案中，能够将第一储罐单元110、第二储罐单元120中的物料输送至超重力反应器内进行混合、反应，并将反应后的物料输送至收集单元150。

采用上述的超重力反应器，能够将进入到外壳21的腔体内的物料进行充分混合，使得物料能够快速反应，有效解决了现有技术中制备材料的过程中存在传质效率不足的问题；并且，设置第一进料管30、第二进料管40，便于将第一储罐单元110、第二储罐单元120中的物料输送至外壳21的腔体内。

其中，第一储罐单元110包括储料罐111、加热装置112、搅拌器113和第二气体置换装置114，加热装置112设置在储料罐111的底部，加热装置112用于对储料罐111进行加热，搅拌器113可转动地设置，以对储料罐111内的物料进行搅拌，第二气体置换装置114用于置换储料罐111内的氧气，储料罐111的出口和第一输料单元130的进口连通。设置加热装置112，能够对储料罐111进行加热，以达到所需的反应温度；设置搅拌器113，能够对储料罐111内的物料进行搅拌；设置第二气体置换装置114能够置换储料罐111内的氧气，避免反应物料和氧气接触。

进一步地，第一输料单元130包括输送泵131、流量计132，输送泵131的进口和储料罐111的出口连通，输送泵131的出口和流量计132的进口可通断地连通，流量计132的出口和第一进料管30连通。如此设置，输送泵131能够提供输送动力；流量计132能够检测输送的流量。

其中，第一输料单元130包括第一蝶阀133，第一蝶阀133设置在连通输送泵131和流量计132的管路上，第一蝶阀133用于将输送泵131和流量计132连通或断开。设置第一蝶阀133，工作人员能够通过控制第一蝶阀133，以将输送泵131和流量计132连通或断开。

具体地，收集单元150包括缓冲罐151和收料罐152，超重力反应器中的出料口12和缓冲罐151的进口连通，缓冲罐151的出口和收料罐152的进口可通断地连通，收料罐152用于收集从超重力反应器混合后的物料。设置缓冲罐151，能够对从超重反应器的出料口出来的反应后的物料起到缓冲和静置的作用；设置收料罐152，能够收集缓冲罐151的物料。

可选地，收集单元150还包括第二蝶阀，第二蝶阀设置在连通缓冲罐151和收料罐152的管路上，第二蝶阀用于将缓冲罐151和收料罐152连通或断开。

本实用新型的超重力反应系统可以应用于制备四氧化三铁，包括以下步骤：

S1：制备二价铁盐溶液和三价铁盐溶液，并将二价铁盐溶液和三价铁盐溶液分别放置在第一储罐单元110和第二储罐单元120中；

S2：通过第一储罐单元110中的搅拌器113和加热装置112对二价铁盐溶液进行搅拌和加热，通过第二储罐单元120中的搅拌器113和加热装置112对三价铁盐溶液进行搅拌和加热，达到预设温度后，分别通过第一输料单元130和第二输料单元140输送至混合结构内；

S3：利用混合结构20对二价铁盐溶液和三价铁盐溶液依次进行混合、传质和共沉淀后析出四氧化三铁固体，并将四氧化三铁固体输送至收集单元150中；

S4：通过收集单元150将收集到的四氧化三铁固体进行分离和干燥。

具体的操作步骤为：按照一定比例分别称取二价铁盐、三价铁盐溶液以及修饰剂分散在一定量的去离子水中，并配置一定浓度的氨水溶液，然后将二价铁盐溶液和三价铁盐溶液分别转移至第一储罐单元110和第二储罐单元120中；然后，利用第一气体置换装置对超重力反应器进行气体置换，以排出氧气；利用第二气体置换装置对第一储罐单元110和第二储罐单元120进行气体置换，以排出氧气；其次，打开搅拌器113，开启加热装置112，设置一定温度加热，当温度达到设置温度并稳定后，依次开启输送泵131和第一蝶阀133；再次，物料在超重力反应器中，经过混合、传质、共沉淀，析出四氧化三铁固体，四氧化三铁固体产物随着液体在重力作用下汇集到液体出口排入收集单元150；最后，超重力反应系统停止后冷却到室温，打开收料罐收集的四氧化三铁固体产物，进行磁吸分离，经过多次去离子水和乙醇洗涤后，抽滤去除多余液体，放入真空干燥箱内干燥。

其中，修饰剂可为聚乙烯吡咯烷酮或硅烷偶联剂；沉淀剂为氨水或氢氧化钾；惰性气体可为氩气。

具体地，加热装置112的加热温度在30-60℃之间。这样便于物料进行反应，在本方案中的加热温度为50℃；旋转轴221的转速为500-1500rpm，在本方案中的转速为1200rpm。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种超重力反应器，其特征在于，包括：

壳体(10)，具有容纳腔(11)和与所述容纳腔(11)连通的出料口(12)；

混合结构(20)，所述混合结构(20)包括外壳(21)、驱动部和叶片组件(22)，所述外壳(21)位于所述容纳腔(11)内，所述叶片组件(22)位于所述外壳(21)的腔体内，所述驱动部和所述叶片组件(22)驱动连接，所述驱动部驱动所述叶片组件(22)转动；

第一进料管(30)和第二进料管(40)，所述第一进料管(30)、所述第二进料管(40)均和所述外壳(21)的腔体连通，所述第一进料管(30)、所述第二进料管(40)用于将待反应的物料输送至所述外壳(21)的腔体内，所述叶片组件(22)用于将进入到所述外壳(21)的腔体内的物料进行混合。

2.根据权利要求1所述的超重力反应器，其特征在于，所述叶片组件(22)包括旋转轴(221)和多个弧形叶片(222)，多个所述弧形叶片(222)沿所述旋转轴(221)的周向间隔分布，所述驱动部和所述旋转轴(221)连接，所述驱动部驱动所述旋转轴(221)转动，所述旋转轴(221)带动多个所述弧形叶片(222)转动，多个所述弧形叶片(222)用于将进入到所述外壳(21)的腔体内的物料进行混合。

3.根据权利要求2所述的超重力反应器，其特征在于，多个所述弧形叶片(222)的旋向均沿所述旋转轴(221)的同一旋转方向设置。

4.根据权利要求2所述的超重力反应器，其特征在于，所述驱动部为驱动电机，所述弧形叶片(222)包括叶片主体(2221)和多个凸起柱(2222)，多个所述凸起柱(2222)沿所述叶片主体(2221)的长度方向间隔分布，所述叶片主体(2221)和所述旋转轴(221)连接，所述驱动电机和所述旋转轴(221)连接，所述驱动电机驱动所述旋转轴(221)转动。

5.根据权利要求2所述的超重力反应器，其特征在于，所述弧形叶片(222)由聚四氟乙烯材料制成。

6.根据权利要求1所述的超重力反应器，其特征在于，所述壳体(10)的侧壁具有进气口(13)和出气口(14)，所述出气口(14)位于所述进气口(13)的上方，所述超重力反应器还包括第一气体置换装置，所述进气口(13)和所述第一气体置换装置的进口连通，所述出气口(14)和所述第一气体置换装置的出口连通，所述第一气体置换装置用于置换容纳腔(11)内的氧气。

7.一种超重力反应系统，其特征在于，所述超重力反应系统包括第一储罐单元(110)、第二储罐单元(120)、第一输料单元(130)、第二输料单元(140)、收集单元(150)和权利要求1至6中任一项所述的超重力反应器，所述第一储罐单元(110)的出口和所述第一输料单元(130)的进口连通，所述第一输料单元(130)的出口和所述超重力反应器中的第一进料管(30)连通，所述第二储罐单元(120)的出口和所述第二输料单元(140)的进口连通，所述第二输料单元(140)的出口和所述超重力反应器中的第二进料管(40)连通，所述超重力反应器中的出料口(12)和所述收集单元(150)连通。

8.根据权利要求7所述的超重力反应系统，其特征在于，所述第一储罐单元(110)包括储料罐(111)、加热装置(112)、搅拌器(113)和第二气体置换装置(114)，所述加热装置(112)设置在所述储料罐(111)的底部，所述加热装置(112)用于对所述储料罐(111)进行加热，所述搅拌器(113)可转动地设置，以对所述储料罐(111)内的物料进行搅拌，所述第二气体置换装置(114)用于置换所述储料罐(111)内的氧气，所述储料罐(111)的出口和所述第一输料单元(130)的进口连通。

9.根据权利要求8所述的超重力反应系统，其特征在于，所述第一输料单元(130)包括输送泵(131)、流量计(132)，所述输送泵(131)的进口和所述储料罐(111)的出口连通，所述输送泵(131)的出口和所述流量计(132)的进口可通断地连通，所述流量计(132)的出口和所述第一进料管(30)连通。

10.根据权利要求9所述的超重力反应系统，其特征在于，所述第一输料单元(130)包括第一蝶阀(133)，所述第一蝶阀(133)设置在连通所述输送泵(131)和所述流量计(132)的管路上，所述第一蝶阀(133)用于将所述输送泵(131)和流量计(132)连通或断开。

11.根据权利要求8所述的超重力反应系统，其特征在于，所述收集单元(150)包括缓冲罐(151)和收料罐(152)，所述超重力反应器中的出料口(12)和所述缓冲罐(151)的进口连通，所述缓冲罐(151)的出口和所述收料罐(152)的进口可通断地连通，所述收料罐(152)用于收集从所述超重力反应器混合后的物料。