[发明专利]一种高效强化多尺度混合传质装置及方法

权利要求书

1.一种高效强化多尺度混合传质装置，其特征在于，包括超重力快速反应器(1)，第一料液储槽(2)和第二料液储槽(3)，所述第一料液储槽通过第一离心泵(4)和第一流量计(5)与超重力快速反应器的入口一相连通；所述第二料液储槽通过第二离心泵(6)和第二流量计(7)与超重力快速反应器的入口二相连通；所述超重力快速反应器的出口设有计量槽(8)；所述超重力快速反应器包括定子(9)和转子(10)；所述转子由三块扣板紧密叠扣构成，由上至下依次为第一扣板(11)，第二扣板(12)和第三扣板(13)，所述第一扣板和第二扣板的接触面设有与第二料液储槽相连通的第一流道(14)；所述第二扣板和第三扣板的接触面设有与第一料液槽相连通的第二流道(15)；所述第一流道包括圆环形通道(16)和沿圆环形通道外围均匀分布的支流道(17)；所述第二流道包括圆形通道(18)和至少两条沿圆形通道外围对称分布的二次旋转流道(19)，所述二次旋转流道内侧设有扇形流道(20)，所述扇形流道与二次旋转流道之间设有若干狭缝(26)；所述支流道的末端与扇形流道通过垂直流道(21)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种高效强化多尺度混合传质装置，其特征在于，所述垂直流道的直径不小于1mm；所述支流道的数目为8～24条。

3.根据权利要求1所述的一种高效强化多尺度混合传质装置，其特征在于，所述支流道的流通截面为相等的圆形截面；所述二次旋转流道的流通截面为相等的圆形截面；所述垂直流道的流通截面是相等的圆形截面；所述扇形流道的流通截面为正方形。

4.根据权利要求1所述的一种高效强化多尺度混合传质装置，其特征在于，所述二次旋转流道的流通截面的直径为2～5mm；所述支流道的流通截面的直径为2～5mm；所述垂直流道的流通截面的直径小于或等于所述支流道的流通截面的直径或宽度；所述扇形流道的流通截面的宽度为1～3mm。

5.根据权利要求1所述的一种高效强化多尺度混合传质装置，其特征在于，所述二次旋转流道与扇形流道的间距为0.5～2mm；所述狭缝的宽度均小于0.02mm；所述定子设有换热夹套(22)。

6.一种利用权利要求1-5任一所述的装置进行高效强化多尺度混合传质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)开启超重力快速反应器，使其转速达到设定值，开启两台离心泵，调节第一料液和第二料液流量至设定值，第一料液先进入第二流道的圆形通道，在超重力场作用下，分流进入两条二次旋转流道内；

(2)第二料液先进入第一流道的圆环形通道，在超重力场作用下，料液经大尺度平均分配后进入各支流道中，每股料液在每条支流道末端穿过垂直流道进入扇形流道，然后从扇形流道的狭缝之间以微射流的方式射入二次旋转流道内并与第一料液瞬间混合均匀，即完成高效强化多尺度混合传质过程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一料液包含介稳态物质，先将第一股料液进行一个周期的二次旋转流动后，再与第二料液混合。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超重力快速反应器的最高转速为10000rpm。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一料液流经超重力快速反应器时所形成的超重力势能差为0.9～2.5Mpa。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超重力快速反应器的混合传质速率大于等于快反应过程的本征反应速率。