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技術(shù)研發(fā)

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超重力強化反應技術(shù)與設備

一、超重力反應技術(shù)的基本概念

超重力反應技術(shù)是具有高度強化傳質(zhì)、微觀混合、瞬間反應等特征，其技術(shù)核心是對傳質(zhì)過程和微觀混合過程進行強化混合反應。在超重力反應器的作用下，氣～液、液～液兩相、氣～液～固三相等液體瞬間被反應器的旋轉(zhuǎn)裝置切割分散、破碎研磨后其液粒被撕裂成微納米級液體微元，并且形成極大的而且不斷更新的表面積，其次，在高分散、高湍動、強混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對速度逆向接觸，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的反應塔器提高1～3個數(shù)量級，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強化。

超重力反應器是一種通過應用高倍重力場使物質(zhì)進入超重力狀態(tài)，從而在非常短的時間內(nèi)控制物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的反應器。這種獨特的工作原理可以極大地提高反應速率和反應占有率，對于快速合成新型材料、催化反應等具有重要應用價值。

二、超重力反應器的工作原理

超重力反應器的工作原理，是一種利用機械高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)的超重力原理對基于相對論物理和化學進行反應，在高速重力湍流的作用下，它的分子和原子之間的相互作用將會被控制和改變，從而實現(xiàn)化學反應的自發(fā)發(fā)生，由于超重力場可以改變物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，從而產(chǎn)生新的物質(zhì)組成，提高反應產(chǎn)物的純度。

1、高速重力場的作用，在超重力反應器是將物料反應組分受到極高的剪切離心力，達到平時無法獲得的高倍重力狀態(tài)，通常在1000到100000倍重力之間。在超高重力場下，物質(zhì)分子之間的相互作用會被大大增強，因此反應速率和反應占有率將顯著提高。

2、分子構(gòu)象的改變，在高速超重力剪切離心力及湍流的作用下，物質(zhì)分子的構(gòu)象也會產(chǎn)生改變。分子的鍵長和鍵角度等參數(shù)將被改變，從而影響它們之間的相互作用和反應機理。這種局部分子構(gòu)象的改變有利于加速反應的進行。

3、反應動力學的變化，由于超重力反應器中的反應組分受到強烈剪切湍流的重力場控制中，其反應速率也將發(fā)生變化。一些分子之間的反應將直接處于活化狀態(tài)，從而促進反應速率的提高。此外，相互作用受到控制，反應中間體的穩(wěn)定性也將得到增強，從而提高反應占有率和總的反應產(chǎn)率。

三、超重力反應器的應用

超重力反應器可以用于各種化學反應、材料合成、生物技術(shù)、能源開發(fā)等領(lǐng)域的研究。其中一些應用實例包括：

1、新型材料的合成

超重力反應器可用于合成新型納米材料、薄膜材料、陶瓷材料、納米碳酸鈣等，這些材料通常具有優(yōu)異的性能和特點，例如高強度、低導電率、良好的耐腐蝕性能等。

2、生物技術(shù)及能源開發(fā)的應用

超重力反應器可用于細胞壁破裂、DNA分離和提取、蛋白質(zhì)結(jié)晶等生物技術(shù)領(lǐng)域、高溫等離子體，開發(fā)新型核聚變反應器等。這些應用極大地促進了生物技術(shù)的發(fā)展和進步。

四、超重力反應器的特點

1、超重力微通道反應器：適用于氣～液～固非均相混合均質(zhì)反應，在反應過程中的液滴進空化微爆增強反應效率。

2、超重力強化反應器：適用于氣～液～固非均相混合均質(zhì)反應，在反應過程中對物料中的顆?；蛩a(chǎn)生的結(jié)晶體而配置強勁的粉碎功能及輸送能力強化了反應效果。

3、超重力混合反應器：適用于氣～液～固非均相混合均質(zhì)反應，在反應過程中對物料中的顆粒或所產(chǎn)生的結(jié)晶體進行粉碎研磨，特別適用于大流量氣體與一定比例的液體及固體進行剪切混合、湍流振蕩、強化反應。

五、超重力成套設備在碳酸化反應中的應用簡述

首先，將反應罐內(nèi)物料A通過循環(huán)泵恒壓計量供給預混反應裝置，同時計量罐內(nèi)物料B也通過流量計進入預混反應裝置的分配器與物料A進行初級混合反應，然后被經(jīng)超重力反應器吸入反應工作腔，由于反應器內(nèi)的定子相對轉(zhuǎn)速達～3000r/min，將物料及物料B在超重力作用下進行高速剪切、粒液撕裂、破碎研磨等過程中，所形成了微納米氣包液、液包氣的顆粒，使物料A,B不斷混合均質(zhì)、強化反應，經(jīng)過超重力反應出來的A與B再一次通過反應器繼續(xù)進行混合均質(zhì)、反應之后，又重新返回反應罐底部繼續(xù)反應，A可以是液體或固體漿料，B可以是氣、固、液。

超重力反應成套設備是由攪拌反應釜、管式反應器、超重力反應器、冷凝反管式應器，流量計等設備組合成一種的新型反應成套設備，這種技術(shù)實現(xiàn)了在超重力環(huán)境中通過填料的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的巨大剪切力，促使氣～液、氣～液～固、液～液等非均相或多相的氣～液顆粒撕裂成微納米級液體微元，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的反應塔器提高2～4個數(shù)量級，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強化。

六、超重力反應裝置主要配套設備

1、攪拌釜反應器

反應釜內(nèi)攪拌是提高混合效應的最常用的反應手段，也是出現(xiàn)最早使用最為廣泛的混合器，攪拌機軸采漿式或錨式，根據(jù)不同物料的粘度進行選型，反應外邊可配冷卻夾套或內(nèi)部盤管，起到冷卻加熱作用。

2、管式反應器

管式反應器是由固定在管道中多組結(jié)構(gòu)單元的作用下，提高氣體與液體在管道內(nèi)的湍流及接觸面積，能明顯改善管式反應器內(nèi)微觀混合，其微觀混合效率可比相同條件的普通空管反應提高1個數(shù)量級。而且在相同的能量耗散率條件下，管式反應器無論是在層流還是湍流壯態(tài)下都能明顯改善的微觀混合，其微觀混合效率高于連續(xù)攪拌釜反應器。

3、冷凝管式反應器

冷凝管式反應器是由管式反應器與冷凝器相結(jié)合的一種新型反應熱質(zhì)技術(shù)。這種技術(shù)既能提高管內(nèi)流體湍動而產(chǎn)生二次渦流從而達到微觀混合效率，又能通過另種傳熱介質(zhì)的逆向流動從而增強換熱面積，改善了管內(nèi)的混合均質(zhì)吸收的反應效應。

七、用戶案例

1.氧化鈣與水超重力反應，同質(zhì)量氧化鈣生成氫氧化鈣比常規(guī)水泡法多30%。

2.溶解氧，氧氣與水超重力反應，常溫條件下水中溶解氧達25mg/L,一般在20攝氏度條件下飽和溶解氧8—925mg/L。而且可保持25天。

3.非均相，氯丁烷與氰化鈉在超重力反應，12小時可完成反應，常規(guī)反應則需要40多小時才完成。

4.鋁酸鈉碳酸化在超重力條件下反應，二氧化碳利用率接近100%。

八、超重力強化反應器技術(shù)參數(shù)

1、超重力微通道反應器

型號	液體流量?/h	氣體流量?/h	電機功率kw	進出口尺寸mm
CZL～30WT	1～3	～2	～7.5	液40～氣15～出32
CZL～40WT	2～5	～4	～11	液50～氣15～出40
CZL～50WT	3～10	～7	～18.5	液65～氣20～出50
CZL～65WT	8～15	～10	～22	液80～氣20～出65
CZL～80WT	12～25	～15	～30	液100～氣25～出80
CZL～100WT	20～35	～25	～37	液125～氣32～出100
CZL～125WT	30～50	～40	～55	液150～氣40～出125
CZL～150WT	40～80	～50	～75	液175～氣50～出150

2、超重力強化反應器

型號	液體流量?/h	氣體流量?/h	電機功率kw	進出口尺寸mm
CZL～QH30	2～4	～3	～7.5	液40～氣15～出30
CZL～QH40	3～8	～7	～15	液50～氣20～出50
CZL～QH50	6～12	～10	～22	液65～氣25～出65
CZL～QH65	10～18	～15	～30	液80～氣40～出80
CZL～QH80	15～30	～25	～37	液100～氣40～出100
CZL～QH100	25～45	～40	～45	液125～氣50～出125
CZL～QH125	35～70	～60	～55	液150～氣65～出150
CZL～QH150	50～100	～80	～75	液175～氣65～出175
CZL～QH175	80～150	～120	～90	液200～氣80～出200
CZL～QH200	130～200	～150	～110	液250～氣80～出250

3、超重力混合反應器

型號	液體流量?/h	氣體流量?/h	電機功率kw	進出口尺寸mm
CZL～HH5	≤5	≤50	～11	液40～氣50～出65
CZL～HH10	≤10	≤100	～30	液50～氣65～出80
CZL～HH20	≤20	≤200	～37	液65～氣80～出100
CZL～HH30	≤30	≤300	～55	液80～氣100～出125
CZL～HH50	≤50	≤500	～75	液100～氣125～出175
CZL～HH80	≤80	≤800	～90	液125～氣175～出200
CZL～HH100	≤100	≤1000	～110	液150～氣175～出250