[发明专利]微通道套管式装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种强化混合、传质、传热与反应的装置。具体而言，涉及一种强化混合、传质、传热与反应的微通道套管式装置。更具体而言，涉及一种适用于液-液沉淀法制备具有纳、微米结构的无机、有机或药物颗粒的微观混合与反应装置。

背景技术

纳、微米结构的颗粒如金属氧化物、有机化合物、无机化合物、药物颗粒在微电子、信息、航天、化工、机械、汽车、药物等诸多领域都有着巨大的应用。纳、微米结构颗粒的制备方法分为物理法和化学法，无论是物理法还是化学法，其中沉淀法最为常用。然而常规的沉淀法通常采用搅拌釜作为反应器或沉淀设备，由于搅拌釜本身的特点，很难保证反应物物料之间快速的混合、传质和传热，因此导致沉淀后生成的颗粒大小不均，沉淀或反应的时间过长，生产效率不高。究其原因，主要是反应器或沉淀设备内微观混合不均所致。

针对搅拌釜上述问题的缺陷，为了强化沉淀法中涉及的混合和传质，陈建峰等人借鉴Ramshaw等人发明的采用旋转填充床用于提高气-液传质效率的一种工艺(US.Pat.No.4283255)，通过采用并改进旋转填充床(也称为超重力反应器，中国专利号ZL95215430.7)作为反应器，发明了一种制备超细碳酸钙的方法(中国专利号ZL95105343.4)。该方法缩短了碳化反应时间，并使颗粒纳米化，粒径可以控制在10～40nm之间，粒径分布均匀。然而，由于超重力反应器中转子多采用填料层的形式，对于高粘度物料及沉淀、结晶过程，运行过程会出现堵塞状况，需要经常清洗，不利于连续操作。

因此有必要提供一种强化液-液微观混合与反应，可连续制备具有纳、微米结构的无机、有机或药物颗粒的装置。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种强化混合、传质、传热及反应的微通道套管式装置。

在所述第一目的的一个实施方案中，微通道套管式装置包括第一进液管、第二进液管、内喷嘴、外喷嘴、控温夹套和收集器；其中，内喷嘴由内喷嘴流体通道和内喷嘴芯构成，内喷嘴为承载原料液体物流的第一微通道；外喷嘴由外喷嘴流体通道和外喷嘴芯构成，外喷嘴为承载原料液体物流的第二微通道；外喷嘴的喷嘴芯配合并环绕内喷嘴的喷嘴芯，内、外喷嘴形成套管式结构；控温夹套设置在外喷嘴的外面，用于控制整个装置和两股物流混合前、后的温度；装置下端设一收集器，两股不同液体物流的其中一股通过第一进液管、内喷嘴流体通道和内喷嘴芯，另外一股液体物流通过第二进液管、外喷嘴流体通道和外喷嘴芯，快速微观混合，混合后的物流被收集器捕集、缓冲和进一步混合。

在所述第一目的的一个实施方案中，内喷嘴芯的通道为孔，该孔为圆形孔、正方形孔或正三角形孔中的一种孔，内喷嘴芯通道孔的直径或边长一般为0.01～5mm，外喷嘴芯环绕内喷嘴芯的间隙尺寸为0.01～5mm。

通过所述内、外喷嘴芯出口处的流体流速一般为0.01～50m/s，流体体积流量为0.01～500L/min，雷诺数为1000～100000。

在所述第一目的的一个优选实施方案中，收集器为环形锥管结构。

所述控温夹套中的介质根据具体过程的要求进行选择即可。

本发明的第二目的是提供一种可以连续操作的具有强化混合、传质、与传热及反应的微通道套管式装置。

在所述第二目的的一个实施方案中，在实现第一目的装置基础上，进一步设置有机械探针，有效预防或清除喷嘴芯上的颗粒物，以保证装置中的微通道一直畅通，从而连续制备纳微米结构颗粒的目的。

在所述第二目的的一个更详细的实施方案中，装置中机械探针为空心结构，该探针通过氮气定时在高压作用下挤压喷嘴芯的微通道，有效预防或清除喷嘴芯上的颗粒物，避免喷嘴芯的堵塞。在所述第二目的的一个更详细的实施方案中，装置中机械探针为实心结构，此时该探针通过定时向下探伸穿过喷嘴芯来达到疏通喷嘴芯的目的。无论是空心结构还是实心结构，机械探针清空喷嘴芯的速度根据需要而定，通常为1～200次/min。