專利名稱:物質(zhì)處理裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物質(zhì)處理裝置及其應(yīng)用。
技術(shù)背景
物質(zhì)混合過程對(duì)于食品行業(yè)、化工行業(yè)、萃取技術(shù)等方面，是一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟。例如，通過混合過程，使可溶性的固體、液體或氣體完全溶于溶劑中，形成均勻溶液；使不可溶性的固體顆粒、氣體或液體暫時(shí)分布于溶劑中，形成懸浮液；使微溶性的液體以微小液滴分布于溶劑中，形成乳狀液；促使反應(yīng)物對(duì)流，減少局部的濃度差異，從而使反應(yīng)完全； 促使溶液對(duì)流，減少局部的溫度差異，從而使散熱均勻保持溶液的溫度一致。目前，已有多種現(xiàn)有方法實(shí)現(xiàn)混合過程。
在一個(gè)容器中高速攪拌是實(shí)現(xiàn)混合的最直接的方法。目前市場(chǎng)上已有各種各樣的攪拌器存在。最常用的攪拌方法是用一個(gè)或多個(gè)攪拌桿在一個(gè)容器中快速運(yùn)動(dòng)，在較長(zhǎng)的時(shí)間之后，液體能達(dá)到一定程度的混合。以油水混合為例，油水混合液經(jīng)過多次攪拌后，可以形成保持適當(dāng)?shù)娜榛癄顟B(tài)的液體。
然而，為使攪拌桿有足夠大的空間攪拌，容器的容積通常較大，大容積的容器不適用于混合微量液體，也不是用于氣體與液體隊(duì)額混合。且，該攪拌器的速度不能太高，否則容易引起液體飛濺。要求混合一次，清潔一次，所以混合的自動(dòng)化程度低，對(duì)多批次的混合效率較低。如果混合反應(yīng)過程中產(chǎn)生氣體反應(yīng)物，大容積的容器不利于收集反應(yīng)生成的氣體。如果混合過程中需要給混合液加熱或降溫，該大容積的容器中的液體受熱不易均勻，導(dǎo)致部分液體反應(yīng)不一致。因此，這種用攪拌桿在容器中攪拌的方法混合效果較差。
另一種方法是把一個(gè)圓柱轉(zhuǎn)子共軸地安裝在另一個(gè)圓柱孔的定子中。轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)的兩個(gè)圓柱面構(gòu)成了一個(gè)狹窄的環(huán)形腔，將流體注入該環(huán)形腔，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，巨大的剪切力帶動(dòng)流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使流體混合。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，轉(zhuǎn)子的離心力可以使流體形成“庫(kù)特流”(Coutte Flow)。“庫(kù)特流”的混合效率非常高，尤其對(duì)于不相溶的多種流體，“庫(kù)特流”可以把不可溶的流體打散成微小顆粒，加大流體間的接觸面積，從而提高混合效率。
然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子面轉(zhuǎn)速超過某一值時(shí)，環(huán)形腔內(nèi)流動(dòng)的流體會(huì)變得不穩(wěn)定而出現(xiàn)“泰勒旋渦”(Taylor vortices) 0泰勒旋渦形成多個(gè)自成一體的微循環(huán)，使流體在一個(gè)個(gè)小的旋渦范圍內(nèi)循環(huán)，與外部的流體之間缺乏交流混合。另外，旋渦內(nèi)的流體層之間相對(duì)速度較低，層之間的擴(kuò)散速度慢。這兩個(gè)原因就導(dǎo)致了出現(xiàn)泰勒旋渦時(shí)的混合效果較差。此外，泰勒旋渦按照垂直于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的方向堵塞在環(huán)形腔內(nèi)，減緩了流體進(jìn)入環(huán)形腔內(nèi)的速度。此外，泰勒旋渦本身需要消耗大量能量，不利于節(jié)能。
為解決上述問題，美國(guó)專利第6，471，392、6，742，774以及5，538，191號(hào)均揭示了利用庫(kù)特流來混合流體，均聲稱找到一種環(huán)形腔的尺寸，表面質(zhì)量和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的匹配，能避免泰勒旋渦的產(chǎn)生。這些專利通過兩個(gè)條件來消除泰勒旋渦，一是環(huán)形腔的厚度小于等于流體材料在轉(zhuǎn)子和定子表面的邊界層厚度之和，即間隙足夠小時(shí)就能避免泰勒旋渦。另一個(gè)條件是轉(zhuǎn)子和定子的圓柱表面足夠光滑以抑制泰勒旋渦的生成。
然而，根據(jù)“泰勒旋渦”理論，無論環(huán)形腔的間隙厚度有多薄，只要由轉(zhuǎn)速、環(huán)形腔半徑和流體黏度構(gòu)成的泰勒系數(shù)的函數(shù)值超過一個(gè)臨界值，泰勒旋渦就會(huì)出現(xiàn)。例如在流體屬性和環(huán)形腔尺寸都確定的情況下，只要轉(zhuǎn)速足夠高，泰勒旋渦仍可能出現(xiàn)。因此，按照前述專利的方法制作出的環(huán)形腔只能在一定的轉(zhuǎn)速和一定的黏度流體下形成庫(kù)特流。當(dāng)超出此轉(zhuǎn)速和低于此黏度時(shí)，泰勒旋渦就會(huì)產(chǎn)生。
在許多情況下，環(huán)形腔必須在高于臨界轉(zhuǎn)速下工作，而其它的流體也有可能低于臨界黏度，所以泰勒旋渦的生成是不可避免的。所以，混合效率和提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)泰勒旋渦之間是一對(duì)一直未能解決的矛盾?，F(xiàn)有的混合技術(shù)只能在提高轉(zhuǎn)速和避免泰勒旋渦這對(duì)矛盾中折中選擇。
請(qǐng)參照
圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，由于重力的作用，尚未充分混合的流體常常從環(huán)形腔的底部出口流出，影響混合和反應(yīng)效果。為防止流體的流出，常用的方法是在底部出口處安裝閥門。然而，由于閥門與環(huán)形腔之間不可避免地出現(xiàn)一定體積的混合“盲區(qū)”900，該盲區(qū)900內(nèi)的流體的不能充分混合而成為廢液，造成原材料浪費(fèi)。
因此，有必要提供一種新的物質(zhì)處理裝置來解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的一個(gè)方面在于提供一種可以充分處理送入其內(nèi)的待處理物的物質(zhì)
處理裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施方式為一種物質(zhì)處理裝置，其包括有工作部和驅(qū)動(dòng)部，其中工作部包括第一元件和設(shè)置于第一元件內(nèi)的第二元件，進(jìn)而在第一、第二元件之間形成有用于收容待處理物的收容腔，第二元件由驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)相對(duì)于第一元件轉(zhuǎn)動(dòng)，第一元件或第二元件面對(duì)收容腔的表面是不光滑的。其中物質(zhì)處理方式包括物質(zhì)混合、乳化、微乳化、聚合、萃取、反應(yīng)、制備等等方式中的一種或多種。進(jìn)一步的，第二元件的不光滑表面在其相對(duì)第一元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)與第一元件接觸。
在又一實(shí)施方式中，第一元件與第二元件面對(duì)收容腔的表面均為非光滑表面。
在又一實(shí)施方式中，第一元件面對(duì)收容腔的非光滑表面為可以提供平行于第一元件的中軸線方向的軸向力的擾動(dòng)
在又一實(shí)施方式中，第二元件的面對(duì)收容腔的非光滑表面為可以提供平行于第一元件的中軸線方向的軸向力的擾動(dòng)部。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置的第二元件的不光滑表面或擾動(dòng)部，由于具有擾亂泰勒旋渦、加大混合效果、控制流體在通道內(nèi)的留存時(shí)間以及防止流體進(jìn)入混合盲區(qū)從而使裝置內(nèi)所有的流體都能充分混合的功能，所以本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以充分混合待處理物、控制待處理物質(zhì)在收容腔內(nèi)的留存時(shí)間以及使所有的待處理物都能充分混合或進(jìn)而發(fā)生反應(yīng)等等。
在又一實(shí)施方式中，其中第一元件15是靜止不動(dòng)的定子，第二元件16是可以高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。在又一實(shí)施方式中，第一、第二元件15、16是圓柱體，第一元件15沿其圓柱軸方向設(shè)置有圓柱孔，第二元件16安裝在第一元件15的圓柱孔中并且與第一元件15共軸。
在又一實(shí)施方式中，由第一元件與第二元件共同形成的收容腔17至少有一維達(dá)到微米量級(jí)。例如收容腔17的厚度達(dá)到微米量級(jí)，其可以是幾十微米到幾千微米。進(jìn)一步的，收容腔17的厚度可以設(shè)定為50-80微米、80-120微米(例如，100微米)120-130微米、130-200微米(例如，200微米)、200-350微米、350微米左右、1000微米、2000微米、3000
微米等。雖然收容腔的厚度很小，且第二原件面對(duì)收容腔的表面是不光滑的，但是，在第二元件16相對(duì)第一元件15轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二元件不會(huì)與第一元件接觸。
在又一實(shí)施方式中，請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖4所示，第二元件16面對(duì)收容腔17的非光滑表面為擾動(dòng)部160，擾動(dòng)部160可以通過微機(jī)械加工、電腐蝕、光刻等方式一體形成于第二元件16的表面上，也可以通過電鍍、強(qiáng)力粘貼等方式附著在第二元件16的表面上。擾動(dòng)部 160可以是任何形式，只要其在旋轉(zhuǎn)時(shí)可以提供平行于第一元件中軸線方向的軸向力。但是，無論擾動(dòng)部160的形狀怎樣變化，無論其突伸入收容腔17內(nèi)的距離多大，當(dāng)?shù)诙?6 相對(duì)第一元件15轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)部均不會(huì)與第一元件發(fā)生碰撞，即擾動(dòng)部160無論在任何位置，都將位于收容腔17內(nèi)。
在又一具體實(shí)時(shí)方式中，擾動(dòng)部160可以是設(shè)置在第二元件16表面上的凸出體或是凹進(jìn)體。在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160在第二元件16表面上的凸、凹程度可以是收容腔17平均厚度的-300%左右。例如，當(dāng)通道的厚度設(shè)定為100微米時(shí)，擾動(dòng)部160的最凸處與最凹處在第二元件16的徑向上的距離可以是1微米到300微米左右。在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160的凸、凹程度可以為收容腔17厚度的5% -100%左右。在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160的凸、凹程度可以為收容腔17厚度的10% -30%左右。擾動(dòng)部160在第二元件16表面上的凸、凹程度可以是相同的，也可以是不相同的。
在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160在第二元件16的表面的密度設(shè)定為小于50%，在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160占第二元件16表面積的10% -40%。
在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160或是由多個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的陣列，或是連續(xù)的條紋或間斷的條紋，或是由點(diǎn)和條紋共同構(gòu)成。在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160隨機(jī)地排布在第二元件16表面上，或是規(guī)則排列。在又一實(shí)施方式中，條紋狀的擾動(dòng)部160的方向是任意的，只要不與第二元件16的軸向垂直或平行即可。在又一實(shí)施方式中，條紋狀的擾動(dòng)部160可以從第二元件16的底部一直延伸到頂部，或是間斷的延伸到頂部。在又一實(shí)施方式中，多個(gè)條紋可以是等間距的，或是不等間距的，或是多個(gè)條紋之間存在交叉。在又一實(shí)施方式中， 擾動(dòng)部160包括但不限于圖4所示的若干連續(xù)等間距條紋。
在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160的截面形狀包括但不限于三角形、梯形、方形、任意多邊形、半圓形、半橢圓形、或上述形狀的任意結(jié)合。圖4所示的三角形的擾動(dòng)部160只是其中的一種。
在又一實(shí)施方式中，請(qǐng)參照?qǐng)D4，擾動(dòng)部160是連續(xù)條紋。第二元件16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)部160的一段連續(xù)條紋與第二元件16表面的切面的交點(diǎn)是連續(xù)移動(dòng)的。該交點(diǎn)的移動(dòng)方向是該條紋的趨勢(shì)方向。擾動(dòng)部160趨勢(shì)方向可以是任意的，只要該旋轉(zhuǎn)方向總體上與第二元件16的旋轉(zhuǎn)方向相反或相同即可。當(dāng)?shù)诙?6上所有的或某局部的大部分的條紋具有相同趨勢(shì)方向時(shí)，對(duì)流體產(chǎn)生一個(gè)沿趨勢(shì)方向的推力。該推力形成一個(gè)平行于第一元件15中軸的軸向分力，推動(dòng)流體的沿旋轉(zhuǎn)軸或第二元件的軸向流動(dòng)。擾動(dòng)部的走向(趨勢(shì)方向)與第二元件16的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相對(duì)應(yīng)的。在第二元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向與擾動(dòng)部走向的關(guān)系，擾動(dòng)部可提供向入口 31及/或32方向的力，從而增加進(jìn)入流體在收容腔17內(nèi)的時(shí)間。擾動(dòng)部亦可以在第二元件16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供向出口 18方向的力，從而減少進(jìn)入流體在收容腔17內(nèi)的時(shí)間。
在又一實(shí)施方式中，請(qǐng)參照?qǐng)D5和圖6所示，第二元件16的截面積可以是橢圓形或者多邊形，這樣當(dāng)?shù)诙?6高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，收容腔17內(nèi)任何一個(gè)固定位置的寬窄都隨第二元件16的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，相應(yīng)地，收容腔17內(nèi)的流體由此受到不均勻的擠壓，從而實(shí)現(xiàn)充分混合。當(dāng)然，第二元件16的截面積還可以是其它形狀，圖5和圖6所示的橢圓形或者多邊形僅是其中的兩種。
在又一實(shí)施方式中，請(qǐng)參照?qǐng)D7所示，第二元件16可以不與第一元件15共軸，基于上述類似的原理，收容腔17內(nèi)的流體也受到不均勻的擠壓而實(shí)現(xiàn)充分混合。
在又一實(shí)施方式中，第一元件15和第二元件16可以互換位置，即第二元件16是靜止不動(dòng)的定子，而第一元件15是可以高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。在又一實(shí)施方式中，第一元件15 和第二元件16可以是朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的元件，也可以是轉(zhuǎn)速不同的元件。在又一實(shí)施方式中，第一、第二元件15、16也可以是任意形狀的相互靠近的元件，例如相互靠近的片體等， 只要二者之間形成可以容納流體的窄收容腔17即可。在又一實(shí)施方式中，擾動(dòng)部160可以選擇性地設(shè)置在第一元件15、第二元件16上。
在又一實(shí)施方式中，第一元件內(nèi)表面(即第一元件面對(duì)收容腔的表面)設(shè)有第一擾動(dòng)部，同時(shí)第二元件的外表面(即第二元件面對(duì)收容腔的表面)設(shè)有第二擾動(dòng)部。在又一實(shí)施方式中，設(shè)置于第一元件上的第一擾動(dòng)部與設(shè)置與第二元件上的第二擾動(dòng)部的走向相同。在又一實(shí)施方式中，設(shè)置于第一元件上的第一擾動(dòng)部與設(shè)置與第二元件上的第二擾動(dòng)部的走向相反。
在又一實(shí)施方式中，收容腔17的頂部設(shè)置有兩個(gè)用于向收容腔17輸入待處理物的入口 30、31，底部設(shè)置有出口 18。根據(jù)實(shí)際需要，入口 30、31和出口 18可以設(shè)置在收容腔17的其它位置。入口 30、31和出口 18均與收容腔17連通，其可以是任何使待處理物進(jìn)入或排出收容腔17的元件，如管或者閥等。在又一實(shí)施方式中，入口 30、31和出口 18可以是相同的元件或設(shè)置，也可以是不同的元件或設(shè)置。
在又一實(shí)施方式中，當(dāng)待處理物已經(jīng)是混合流體時(shí)，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以僅設(shè)置一個(gè)待處理物入口。在又一實(shí)施方式中，當(dāng)有多種待處理物需要混合和反應(yīng)時(shí)，可以設(shè)置多個(gè)待處理物入口。在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置也可以預(yù)先設(shè)置多個(gè)待處理物入口，根據(jù)反應(yīng)的需要，選擇使用合適數(shù)量的待處理物入口。
待處理物通過進(jìn)口 30和31進(jìn)入環(huán)形的收容腔17，在第二元件16高剪切力、高離心力和軸向力的作用下使兩種待處理物快速地充分混合。如果這兩種流體可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二者可以充分混合而充分反應(yīng)。
在本發(fā)明物質(zhì)處理裝置中，收容腔17中的流體流動(dòng)有可能是層流，有可能是湍流。靠第二元件16高速轉(zhuǎn)動(dòng)提供的動(dòng)力帶動(dòng)流體分層流動(dòng)，把流體分成無數(shù)薄層，在環(huán)形收容腔17的半徑方向上，由于薄層間的流動(dòng)速度不相同，使流體層能快速地和其它的流體層近距離接觸，而產(chǎn)生快速擴(kuò)散，進(jìn)而使兩種流體充分混合。根據(jù)“泰勒庫(kù)特流”(Taylor Coutte Flow)理論，在工作部按一定的尺寸制造完成后，收容腔17的間隙就固定了，對(duì)于不同黏度的流體，在不同的旋轉(zhuǎn)速度下，是否發(fā)生庫(kù)特流或泰勒旋渦是由泰勒系數(shù)決定的。 當(dāng)轉(zhuǎn)子在低速運(yùn)行時(shí)，收容腔17中的流體流動(dòng)是按層流方式進(jìn)行的，這時(shí)流體的混合效果較好，但由于轉(zhuǎn)速低，輸入的待混合流體流量不能高，如果流量高的話，流體很快就沿軸向穿過收容腔17流出，而達(dá)不到好的混合效果。要想高效率高流量地混合，就必須提高轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，而提高旋轉(zhuǎn)速度就可能會(huì)帶來泰勒旋渦。使混合效果變差。本發(fā)明物質(zhì)處理裝置通過第二元件16的擾動(dòng)部160提供的軸向力，來擾亂按照垂直于第二元件16的軸的方向排列的泰勒旋渦，打破泰勒旋渦所形成的一個(gè)個(gè)封閉的流體團(tuán)，從而使旋渦內(nèi)的流體和旋渦外的流體產(chǎn)生交流，加大了混合效果。另一方面，擾動(dòng)部160也擾動(dòng)打亂了旋渦內(nèi)的自成一體的微循環(huán)，使微循環(huán)內(nèi)的流體攪動(dòng)和混合。由此可知，由于在第二元件16上設(shè)置了擾動(dòng)部160，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置的混合效果可以不受輸入流量和轉(zhuǎn)速的影響。通過本發(fā)明物質(zhì)處理裝置混合成的流體的顆粒非常小，半徑可達(dá)到納米級(jí)，大大提高了流體的混合效率和反應(yīng)效率。
擾動(dòng)部160除了具有擾亂泰勒旋渦、加大混合效果的功能以外，還具有控制流體在收容腔17內(nèi)的留存時(shí)間的功能。擾動(dòng)部160的趨勢(shì)方向可以與第二元件16的旋轉(zhuǎn)方向相反，當(dāng)?shù)诙?6高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，擾動(dòng)部160提供向上的軸向力，阻止收容腔17內(nèi)的流體下降。這樣，就可以將所有的流體都限制在收容腔17內(nèi)，既保證流體在收容腔17內(nèi)有足夠充分的時(shí)間混合、反應(yīng)，又可以防止流體進(jìn)入混合盲區(qū)，從而保證收容腔17內(nèi)所有的流體都能充分混合和/或反應(yīng)。當(dāng)流體在收容腔17充分混合和/或反應(yīng)后，可通過從收容腔17 的頂部加壓，使流體下降至產(chǎn)物出口 18 ；或者，使第二元件16反向轉(zhuǎn)動(dòng)，即擾動(dòng)部160的趨勢(shì)方向與第二元件16的旋轉(zhuǎn)方向相同，擾動(dòng)部160提供向下的軸向力，使流體下降至產(chǎn)物出口 18。
基于相同的原理，在某些情況需要將工作部倒置時(shí)，擾動(dòng)部18也可以提供上述功能。
由上可知，利用擾動(dòng)部160的軸向力，可以在一定程度上控制流體的流動(dòng)狀態(tài)。包括但不限于控制流體在工作部中的留存時(shí)間、促進(jìn)流體從工作部中流出，改變流體流出工作部的速率，增加或減小待處理物輸入到工作部中的阻力等。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置還可以包括連接部13和與第二元件16 配合的軸承座11，第二元件16通過連接部13與驅(qū)動(dòng)部12的軸連接，第二元件16穿過軸承座11，與第一元件15形成環(huán)形的收容腔17。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以包括用于連接驅(qū)動(dòng)部12和第二元件16的連接部13，從而使驅(qū)動(dòng)部12可以帶動(dòng)第二元件16轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)部12可以是電動(dòng)馬達(dá)或者其它任何可以提供動(dòng)力使第二元件16轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。第二元件16的最高轉(zhuǎn)速主要由驅(qū)動(dòng)部12的功率、扭矩決定。通常，驅(qū)動(dòng)部12的功率、扭矩越高，第二元件16的轉(zhuǎn)速就越大。在又一實(shí)施方式中，第二元件16的最高轉(zhuǎn)速是10350轉(zhuǎn)/分鐘。根據(jù)不同流體的特性，選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速或更高轉(zhuǎn)速，可以使混合和/或反應(yīng)達(dá)到實(shí)際需要的效果，甚至更好的效果。在又一實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)诙?6的轉(zhuǎn)速高于3000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，例如3000轉(zhuǎn)/分鐘、5000轉(zhuǎn)/分鐘、6000轉(zhuǎn)/分鐘、8000轉(zhuǎn)/分鐘、9000轉(zhuǎn)/分鐘等，產(chǎn)物的顆粒半徑可以達(dá)到微米級(jí)或納米級(jí)。根據(jù)實(shí)際需求，選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)部12，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速。工作部的工作溫度可以設(shè)定在_150°C -300°C，例如工作部的工作溫度設(shè)定在-150°C -50°C、-50°C -IOO0C >20°C -250°C、150°C -300°C等。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)第一溫度控制部14。第一溫度控制部14可以設(shè)置在收容腔17的部分或者全部外圍，還可以安裝在工作部的其它位置。第一溫度控制部14可以包括開口 32、33，如閥或管等。通過開口 32、33， 第一溫度控制部14可充入流體，以迅速改變工作部的溫度。在又一實(shí)施方式中，由于混合反應(yīng)中可能產(chǎn)生熱量，也可能吸收熱量，流體循環(huán)地從進(jìn)口 32進(jìn)入工作部的第一溫度控制器14，經(jīng)過充分換熱后從出口 33流出，從而循環(huán)地帶走熱量或帶進(jìn)熱量。第二元件16高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，剪切摩擦力可能使收容腔17內(nèi)的流體產(chǎn)生大量的熱量。為防止這些熱量影響混合反應(yīng)，冷的流體循環(huán)地經(jīng)開口 32壓入第一溫度控制部14中，與收容腔17充分換熱后從出口 33流出。在又一實(shí)施方式中，如果收容腔17中的化學(xué)反應(yīng)需要吸收熱量，而且當(dāng)摩擦產(chǎn)生的熱不足以供應(yīng)時(shí)，可以向第一溫度控制部14中充入溫度高的循環(huán)流體，高溫的循環(huán)流體可以對(duì)收容腔17進(jìn)行加熱。由于收容腔17和第一元件15的壁都很薄，設(shè)定溫度的循環(huán)流體可以迅速地與正在混合反應(yīng)的流體進(jìn)行熱交換，收容腔17內(nèi)的正在混合反應(yīng)的流體很快就能與循環(huán)油的溫度相接近。并且，由于收容腔17很窄，收容腔17中的流體溫度很容易均勻，這有利于反應(yīng)的一致性。通過第一溫度控制部14對(duì)收容腔17溫度的設(shè)定，可以滿足某些混合反應(yīng)對(duì)特定溫度環(huán)境的要求，也可以保證收容腔17內(nèi)溫度恒定。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)第二溫度控制部。第二溫度控制部設(shè)置在軸承座11上。第二溫度控制部可以包括開口 34、35，如閥或管等。通過開口 34、35，第二溫度控制部可向軸承座11充入軸承油、水等流體，以迅速改變軸承座11的溫度。在又一實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)诙?6高速運(yùn)行時(shí)，軸承座11中的軸承發(fā)熱，流體從進(jìn)口 34進(jìn)入軸承座11，從出口 35流出，帶走熱量，潤(rùn)滑軸承。在又一實(shí)施方式中，由于第二元件16的頂部伸入軸承座11內(nèi)，第二溫度控制部還同時(shí)具有控制第二元件16 溫度的作用。根據(jù)收容腔17內(nèi)的設(shè)定溫度，適當(dāng)設(shè)定第二溫度控制部的溫度，確保第二元件16的頂部溫度與伸入收容腔17內(nèi)的第二元件16的底部的溫度相同。這樣，避免了由于第二元件16的頂部、底部的溫差導(dǎo)致熱傳導(dǎo)，使收容腔17熱損失或熱增加。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)第三溫度控制部。第三溫度控制部設(shè)置在驅(qū)動(dòng)部12上。第三溫度控制部可以包括開口 36、37，如閥或管等。通過開口 36、37，第三溫度控制部可向驅(qū)動(dòng)部12充入流體，以迅速改變驅(qū)動(dòng)部12的溫度。從開口 36進(jìn)入驅(qū)動(dòng)部12內(nèi)循環(huán)后從開口 37流出帶走驅(qū)動(dòng)部12的熱量。例如驅(qū)動(dòng)部12高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生大量熱時(shí)，可以采用水冷卻方式使驅(qū)動(dòng)部12降溫。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置通過支撐裝置安裝在操作臺(tái)上，安裝的角度可以是垂直、水平或者任何需要的角度。支撐裝置可以包括基座9和支撐座10，其中基座9安裝在操作臺(tái)上，支撐座10用于將驅(qū)動(dòng)部12和工作部固定在基座9上。
在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置的各個(gè)元件可以使用相同的或者不相同的材料制成?；诖幚砦锏奶匦浴a(chǎn)物特性、反應(yīng)和/或混合過程的所需條件、成本等因素考慮，本發(fā)明物質(zhì)處理裝置的元件可以由鑄鐵、不銹鋼、合金、鋁等金屬材料，也可以由塑料、玻璃、石英玻璃等有機(jī)材料制成，也可以由陶瓷等無機(jī)材料制成。例如，在一具體實(shí)施方式
中，第一元件15、第二元件16由不銹鋼制成，從而使本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以適用于強(qiáng)腐蝕性待處理物。
本發(fā)明還涉及應(yīng)用上述物質(zhì)處理裝置進(jìn)行物質(zhì)處理的應(yīng)用，即本發(fā)明涉及的又一方面是提供一種處理物質(zhì)的方法，其包括以下步驟提供至少兩種物質(zhì)；提供收容腔，所述收容腔由第一元件與設(shè)置于第一元件內(nèi)的第二元件共同形成，第二元件可在外力的作用下相對(duì)第一元件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二元件面對(duì)所述收容腔的表面為不光滑的；將所述物質(zhì)注入收容腔內(nèi)進(jìn)行處理。
進(jìn)一步的，上述物質(zhì)處理裝置對(duì)物質(zhì)的處理應(yīng)用包括對(duì)物質(zhì)的均勻、分散、乳化、 微乳、萃取、反應(yīng)及制備。在又一實(shí)施方式中，其還可以包括產(chǎn)物分析步驟。以下將對(duì)以上所列應(yīng)用作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明物質(zhì)處理裝置的應(yīng)用不止局限于所列的這些應(yīng)用。
1.兩種或兩種以上液體的快速混合、均勻和分散的應(yīng)用
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行兩種或兩種以上液體的快速混合、均勻和分散，所述的混合液體包括有聚合物、涂料、顏料、染料、油墨、油漆、粘膠劑、潤(rùn)滑油、添加劑、表面活性齊 、乳化劑、甘油、汽油、原油、柴油、重油、水、有機(jī)溶劑、離子液體、石蠟油以及食品或飼料等。液體一般為溶液形式，也可以為乳液、微乳液、膠體等各類液體形式，如果混合初始原料為固體形式，可以將固體原料用溶劑或加熱的辦法進(jìn)行溶解或熔化。
進(jìn)一步的，對(duì)于經(jīng)過處理后得到的樣品進(jìn)行分析，所用的方法包括光學(xué)顯微鏡形貌分析(OM)、掃描電鏡形貌分析方法(SEM)、原子力顯微鏡形貌分析方法(AFM)、透射電鏡形貌分析方法(TEM)中的一種或多種。這些分析方法一般是用來分析混合材料的均勻度和分散度，混合物的液滴或顆粒大小。
混合、均勻和分散不僅是衡量混合物質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，也是評(píng)定系統(tǒng)方法的混合性能的主要參數(shù)。在許多情況下，兩種或兩種以上物質(zhì)之間的均勻混合和分散有利于大大改進(jìn)材料的物理性能，包括密度、分子量、粘度、PH值等變化。因此，本發(fā)明的混合、均勻和分散過程還可以擴(kuò)大為更全面的混合過程，即，本發(fā)明的均勻和分散過程既可為無機(jī)物與無機(jī)物之間的均勻和分散，也可為有機(jī)物與有機(jī)物之間的均勻和分散，也可為有機(jī)物與無機(jī)物之間的均勻和分散，既可為低粘度物質(zhì)之間的均勻和分散，也可為中粘度物質(zhì)之間的均勻和分散，也可為高粘度物質(zhì)之間的均勻和分散，也可為相差較大粘度物質(zhì)之間的均勻和分散。所述的無機(jī)物或有機(jī)物一般為溶液形式，也可以為乳液、微乳液、膠體等各類液體形式，如果混合初始原料為固體形式，可以將固體原料用溶劑或加熱的辦法進(jìn)行溶解或熔化。本發(fā)明的均勻和分散過程尤其適合用于非均相的液相混合體系。
2.液體的乳化應(yīng)用
所述的乳液，其制備既可以用正相乳化法，即水包油(0/W型)乳化法，也可以用反相乳化法，即油包水(W/0型)乳化法，既可為三元乳化體系，如油系溶劑/乳化劑/水，也可為四元乳化體系，如油系溶劑/乳化劑/助乳化劑/水。
所述的乳化體系，其油系溶劑一般為C6-C8直鏈烴或環(huán)烷烴；常用的乳化劑一般有離子型和非離子型表面活性劑。典型的陽離子型表面活性劑有十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)，十二烷基三甲基氯化銨(DTAC)、雙十八烷基氯化銨(DODMAC)、溴化十六烷基吡啶 (CPB)等；陰離子型表面活性劑主要有十二烷基磺酸鈉(SDS)、琥珀酸二異辛磺酸鈉(AOT)、 十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AEQ等；非離子型表面活性劑主要有聚乙烯醇、十二酰二乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚等，如ΤΧ-6、ΑΕ05、 AEO7, AEO9, AEO12, Triton X-IOO及Span系列和Tween系列等。上述表面活性劑既可為單獨(dú)使用，也可為兩種或兩種以上混合使用。常用的助乳化劑一般為正丁醇、正戊醇、正己醇、 正庚醇、正辛醇、正癸醇、正十二醇等脂肪醇。[0053]應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行的乳化過程可廣泛用來制備牛奶、奶油、冰淇淋等食品，雪花膏、洗面奶等化妝品，乳化漆，金屬切削液，紡織助劑以及重油、柴油、汽油等領(lǐng)域的乳液，也可以進(jìn)一步擴(kuò)大為催化劑、膠粘劑、油墨、涂料、染料、顏料、陶瓷顏料、磁性材料、 液晶材料、聚合物等無機(jī)化合物和有機(jī)化合物。
進(jìn)一步的，對(duì)于經(jīng)過本發(fā)明物質(zhì)處理裝置乳化過程后得到的乳液進(jìn)行的分析方法一般為光學(xué)顯微鏡形貌分析(OM)、掃描電鏡形貌分析方法(SEM)、原子力顯微鏡形貌分析方法(AFM)、透射電鏡形貌分析方法(TEM)。這些分析方法一般是用來分析乳液的均勻度和分散度，以及乳液的液滴或顆粒大小。
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行的乳化過程，其技術(shù)效果在于乳液質(zhì)點(diǎn)高度均勻和分散，其質(zhì)點(diǎn)的大小約為1 μ m以下，乳液放置幾周仍然保持穩(wěn)定而不分層或變色。
3.微乳化應(yīng)用。
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行的微乳液制備不僅適合用于微分散體系，而且也適合用于微反應(yīng)體系。所述的微分散體系的形成過程為當(dāng)兩種互不相溶液體或微乳液分別按照不同的量導(dǎo)入物質(zhì)處理裝置后，混合液體在物質(zhì)處理裝置內(nèi)的高速剪切力和高速離心力作用下，快速地形成了由乳化劑包圍而成的無數(shù)個(gè)細(xì)小的液滴，并且均勻地分散在液體中間，形成了微乳液。由于這些液滴的表面具有高度親脂性和表面張力，它們之間不易發(fā)生結(jié)合。當(dāng)體系中溶劑蒸發(fā)后，小液滴中的納米固體顆粒就能均勻地分散在水相中，并且能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，不會(huì)引起聚集和沉淀。
所述的微反應(yīng)體系的形成過程為當(dāng)一種液體或微乳液與一種液體或微乳液分別由導(dǎo)管導(dǎo)入高速煎切混合器后，在混合器的高速剪切力和高速離心力作用下，使液體原料細(xì)化成無數(shù)個(gè)細(xì)小的液滴中。這些細(xì)小的液滴類似一個(gè)“微反應(yīng)器”，在一定的條件下(如光照、溫度等)，液滴本身能快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(如聚合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、水解反應(yīng)、配位反應(yīng)等)，利用微乳體系的“液滴成核”作為微反應(yīng)器來限制產(chǎn)物生長(zhǎng)可以制備出各類納米材料。
本發(fā)明的微乳液制備既可以用正相微乳法，即水包油(0/W型)微乳法，也可以用反相微乳法，即油包水(W/0型)微乳法，既可為三元體系，如油系溶劑/乳化劑/水，也可為四元體系，如油系溶劑/乳化劑/助乳化劑/水。
所述的微乳化體系，其特征在于常用的油系溶劑一般為C6-C8直鏈烴或環(huán)烷烴；常用的乳化劑一般有離子型和非離子型表面活性劑。典型的陽離子型表面活性劑有十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，十二烷基三甲基氯化銨(DTAC)、雙十八烷基氯化銨(DODMAC)、溴化十六烷基吡啶(CPB)等；陰離子型表面活性劑主要有十二烷基磺酸鈉(SDS)、琥珀酸二異辛磺酸鈉(AOT)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AEQ等；非離子型表面活性劑主要有聚乙烯醇、十二酰二乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚等，如 TX-6、AEO5, AEO7, AEO9, AEO12, Triton X-100 及 Span 系列和 Tween 系列等。上述表面活性劑既可為單獨(dú)使用，也可為兩種或兩種以上混合使用。常用的助乳化劑一般為正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正癸醇、正十二醇等脂肪醇。
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行的微乳液制備可廣泛用來制備各種催化劑、有機(jī)硅材料、膠粘劑、油墨、涂料、染料、顏料、陶瓷顏料、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、磁性材料、液晶材料、聚合物等納米微粒，如金屬單質(zhì)、合金、氧化物、硫化物等納米無機(jī)化合物和納米有機(jī)聚合物，還可用于納米顆粒自組裝以及制備納米粉晶和非晶粉體，制備的納米粉體粒徑分布窄，粒徑可以很小，可控制在IOOnm以下，而且可以方便調(diào)控。
本發(fā)明的微乳液制備可廣泛用于各類無機(jī)或有機(jī)納米材料的制備。
對(duì)應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置得到的微乳液進(jìn)行分析的方法一般為光學(xué)顯微鏡形貌分析(OM)、掃描電鏡形貌分析方法(SEM)、原子力顯微鏡形貌分析方法(AFM)、透射電鏡形貌分析方法(TEM) X射線電子衍射分析方法(XRD)。這些分析方法一般是用來分析微乳液的形成，以及液滴或顆粒的均勻度、分散度和顆粒大小。
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行的微乳化過程，其技術(shù)效果在于制備出來的微乳液透明，且顆粒高度均勻和分散，其顆粒的大小可達(dá)IOOnm以下，且固含量高，微乳液高度穩(wěn)定，長(zhǎng)期放置不分層或變色。
4.物質(zhì)萃取應(yīng)用。
本發(fā)明的萃取既可用于溶劑萃取法，也可用于絡(luò)合萃取法，也可用于以離子液體作為萃取相或萃取劑的萃取法。
所述的溶劑萃取方法是利用萃取物在萃取相中溶解性質(zhì)的差異實(shí)現(xiàn)萃取和分離， 常用的萃取相主要為各類有機(jī)溶劑或水。本發(fā)明涉及的溶劑萃取分離技術(shù)可在無機(jī)化學(xué)、 分析化學(xué)、放射化學(xué)、核素的提煉及回收等都得到了廣泛的應(yīng)用。
所述的絡(luò)合萃取方法是指溶液中萃取物與含有絡(luò)合劑的萃取劑相接觸，絡(luò)合劑與萃取物反應(yīng)形成絡(luò)合物，并使其轉(zhuǎn)移至萃取相內(nèi)，進(jìn)行逆向反應(yīng)時(shí)溶質(zhì)得以回收，萃取劑循環(huán)使用。與溶劑萃取法相比，絡(luò)合萃取法具有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)
(a)在低溶質(zhì)濃度下可以提供非常高的分配系數(shù)值，因此，絡(luò)合萃取法可以實(shí)現(xiàn)極性有機(jī)物在低濃區(qū)的完全分離；
(b)由于溶質(zhì)的分離取決于絡(luò)合反應(yīng)，絡(luò)合萃取法的另一個(gè)突出特點(diǎn)是它的高選擇性。
本發(fā)明的絡(luò)合萃取方法適合用于萃取分離極性有機(jī)物體系(如有機(jī)羧酸類化合物、有機(jī)磺酸類化合物、有機(jī)胺類化合物、有機(jī)硫類化合物以及帶有兩性官能團(tuán)的有機(jī)化合物)。其實(shí)施的關(guān)鍵在于針對(duì)不同的體系選定絡(luò)合劑，助溶劑和稀釋劑及其組成。
所述的絡(luò)合劑，其特征在于絡(luò)合劑應(yīng)具有以下要求中的至少一種
(a)應(yīng)具有相應(yīng)的官能團(tuán)，與待分離溶質(zhì)的締合鍵能具有一定大小，便于形成絡(luò)合物，實(shí)現(xiàn)相轉(zhuǎn)移；
(b)締合鍵能不能過高，使絡(luò)合物容易完成第二步逆向反應(yīng)，絡(luò)合劑容易再生；
(c)絡(luò)合劑在發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)、分離溶質(zhì)的同時(shí)，其萃水量應(yīng)盡量少或容易實(shí)現(xiàn)溶劑中水的去除；
(d)絡(luò)合萃取過程中應(yīng)無其他副反應(yīng)，絡(luò)合劑應(yīng)是熱穩(wěn)定的，不易分解和降解，以避免不可逆損失。
所述的助溶劑和稀釋劑，其特征在于助溶劑和稀釋劑應(yīng)具有以下要求
(a)作為絡(luò)合劑的良好溶劑，促進(jìn)絡(luò)合物的形成和相間轉(zhuǎn)移；
(b)調(diào)節(jié)形成的混合萃取劑的粘度、密度及界面張力等，使液液萃取過程便于實(shí)施；
(c)加入的稀釋劑應(yīng)起到降低萃取水量的作用。[0081]所述的離子液體作為萃取相或萃取劑的萃取方法，其與有機(jī)溶劑相比，采用離子液體作為萃取相或萃取劑具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)揮發(fā)性很低，不易燃，對(duì)熱穩(wěn)定以及回收利用。 這就保證了它對(duì)環(huán)境沒有以往有機(jī)溶劑所無法避免的污染。本發(fā)明涉及的離子液體作為萃取相或萃取劑的萃取法適合用于離子液體從原油中萃取有機(jī)物以及離子液體從廢水中萃取有機(jī)物或金屬離子。其中，用離子液體從原油和水中中萃取有機(jī)物的實(shí)施關(guān)鍵在于選擇合適的離子液體及其組成，用離子液體從水中萃取金屬離子的實(shí)施關(guān)鍵在于選擇合適的萃取劑及其組成。
所述的萃取有機(jī)物主要包括油中或廢水中的芳烴及其衍生物、有機(jī)羧酸類化合物、有機(jī)磺酸類化合物、有機(jī)硫化物、以及有機(jī)胺化物等，涉及的金屬離子主要為重金屬離子，如 Ni2+、Cu2+、Ag+、Au2+、Hg2+、Pt2+、Pb2+、Cr3+、Cd2+、Mn2+ 等。
本發(fā)明所述的離子液體應(yīng)具有以下要求中的至少一種(a)常溫下呈液態(tài)，在空氣中能穩(wěn)定存在；(b)在原油或水中的溶解度盡可能小，以減少交叉感染問題。離子液體的熔點(diǎn)、穩(wěn)定性、溶解度以及萃取效率既可以通過選擇適合的陰陽離子來調(diào)整的，也可以通過選擇不同的混合離子液體來調(diào)節(jié)的。
本發(fā)明的萃取物分析方法一般為光學(xué)顯微鏡形貌分析(OM)、掃描電鏡形貌分析方法(SEM)、原子力顯微鏡形貌分析方法(AFM)、透射電鏡形貌分析方法(TEM)、紅外光譜分析方法(FTIR)、核磁共振分析方法(NMR)、毛細(xì)管電泳分析方法(CE)。這些分析方法一般是用來分析萃取液的均勻度、分散度、液滴大小以及萃取效率等。
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行物質(zhì)萃取，其優(yōu)點(diǎn)包括制備出來的萃取液液滴高度均勻和分散，其液滴的大小為微米級(jí)范圍，萃取液放置一段時(shí)間后自然分開，萃取效果好。
5.物質(zhì)反應(yīng)應(yīng)用
應(yīng)用本發(fā)明物質(zhì)處理裝置進(jìn)行物質(zhì)反應(yīng)應(yīng)用，其包括各類氣相、液相或氣液相反應(yīng)體系，尤其是非勻相的反應(yīng)體系。進(jìn)一步的反應(yīng)包括液液反應(yīng)應(yīng)用、聚合反應(yīng)應(yīng)用、氧化脫硫反應(yīng)等等，但不局限于這些反應(yīng)應(yīng)用。
5. 1液液反應(yīng)應(yīng)用
在液液反應(yīng)應(yīng)用中，兩種液體中的任意一種液體既可為一種純液體，也可能為幾種液體的混合物，它們能夠通過預(yù)先混合或配制而成；所述的氣液相反應(yīng)體系，其特征在于一種材料至少為氣體，它能夠通過壓力控制閥從加壓器供給，并且能夠通過混合器和混合器出口被排出。
所述的液液反應(yīng)方法包括水解反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)、中和反應(yīng)、離子交換反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、配位反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)、螯合反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、氰基化反應(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)、 重氮化反應(yīng)、烷基化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、縮合反應(yīng)、傅克反應(yīng)以及聚合反應(yīng)等；所述的氣液相反應(yīng)方法是氣體能夠被強(qiáng)制快速地溶解在液體中，氣體和液體之間能夠以非常高的反應(yīng)速度使兩種或更多種材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)甚至在沒有傳統(tǒng)處理中經(jīng)常需要的催化劑、表面活性劑等情況下也能發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)，從而獲得了經(jīng)濟(jì)可行的反應(yīng)速度。
5. 2聚合反應(yīng)應(yīng)用
進(jìn)一步的，其適合用于進(jìn)行陰離子聚合反應(yīng)的活性流體的混合，其中至少一種活性流體包含至少一種(甲基)丙烯酸單體。
上述的(甲基)丙烯酸單體優(yōu)選為丙烯酸酐；甲基丙烯酸酐；以甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基和乙基己基、壬基或2-二甲基氨基乙基取代的丙烯酸酯；或者甲基丙烯酸酯的甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基和乙基己基、壬基或2-二甲基氨基乙基的酯。
上述的聚合反應(yīng)可以在本發(fā)明物質(zhì)處理裝置的外部進(jìn)行，或在該混合器內(nèi)部開始并在混合器外部繼續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明涉及的液液或氣液反應(yīng)過程的應(yīng)用之一在于它適合用于烯烴聚合物和含引發(fā)劑的有機(jī)單體的嫁接反應(yīng)，其中至少一種有機(jī)單體包含至少一種乙烯化的含氮或含硫或含氧不飽和雜環(huán)單體。
上述的烯烴聚合物優(yōu)選為聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯橡膠、聚異戊二烯、乙烯-丙烯二烯三元共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯以及丁二烯-苯乙烯的聚合物等。
上述的乙烯化的含氮或含氧不飽和雜環(huán)單體優(yōu)選為N-乙烯基咪唑、1-乙烯基-2-吡咯烷、C-乙烯咪唑、N-烷基咪唑、1-乙烯基吡咯烷、2-乙烯吡啶、4-乙烯吡啶、N-甲基-N-乙烯乙酰胺、二 -烯丙基甲酰胺、N-甲基-N-烯丙基甲酰胺、N-乙基-N-烯丙基甲酰胺、N-環(huán)己基-N-烯丙基甲酰胺、4-甲基-5-乙基噻唑、N-烯丙基-2-異辛基苯并噻嗪、 2-甲基-1-乙烯咪唑、3-甲基-1-乙烯咪唑、N-乙烯基嘌呤、N-乙烯基哌嗪、N-乙烯基琥珀酰亞胺、乙烯基派啶、乙烯基嗎啉、馬來酸、丙烯酸、馬來酸酐等。
上述的引發(fā)劑優(yōu)選為一種二叔丁基過氧化物、過氧化二異丙苯、過氧化叔丁基異丙苯、過苯甲酸叔丁基酯、過苯甲酸叔戊基酯、過氧乙酸叔丁基酯、過氧苯甲酸叔丁基酯、過氧化苯甲酰、過氧化鄰苯二甲酸叔丁基酯、過氧化氫、過氧化氫異丙苯酯、過氧化叔戊基酯等。
本發(fā)明涉及的嫁接聚合物反應(yīng)過程可以通過系統(tǒng)軟件分別調(diào)節(jié)混合原料的混合比例、流速、混合溫度以及轉(zhuǎn)速等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)快速的嫁接聚合物反應(yīng)方法和最佳產(chǎn)物性能。
本發(fā)明涉及的嫁接聚合反應(yīng)過程可以在本發(fā)明所述混合器的外部進(jìn)行，或在該混合器內(nèi)部開始并在混合器外部繼續(xù)進(jìn)行。
5. 3氣液相脫硫反應(yīng)應(yīng)用
本發(fā)明涉及的氣液反應(yīng)過程的應(yīng)用在于它適合用于一種氣體脫硫技術(shù)，特別適合用于一種酸性氣體和一種堿性液體的混合反應(yīng)，其中至少一種堿性液體包含至少一種醇胺類化合物或氫氧化物。
所述的醇胺類化合物，特別是一乙醇胺、二乙醇胺、二異丙醇胺、N-甲基二乙醇胺、 N-乙基二乙醇胺、N-丙基二乙醇胺、N- 丁基二乙醇胺等堿性溶液。所述的醇胺類化合物還可以和其他助脫硫溶劑(環(huán)丁砜)按照不同體積比混合，并達(dá)到更佳的脫硫效果。
所述的氫氧化物，特別是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化胺等堿性溶液。
所述的酸性氣體，特別是含有一種硫化氫、有機(jī)硫(硫醇類)、二氧化碳等雜質(zhì)的天然氣、煉廠氣、尾氣、合成氣等。
本發(fā)明涉及的氣體脫硫反應(yīng)過程可以通過系統(tǒng)軟件分別調(diào)節(jié)混合原料的混合比例、流速、混合溫度以及轉(zhuǎn)速等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)快速的脫硫反應(yīng)方法和最佳脫硫性能。
本發(fā)明氣體脫硫反應(yīng)可以在所述混合器的外部進(jìn)行，或在該混合器內(nèi)部開始并在混合器外部繼續(xù)進(jìn)行。[0108]本發(fā)明的氣體脫硫技術(shù)可用于任何氣體和液體的反應(yīng)裝置。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還涉及液液反應(yīng)過程的應(yīng)用在于它適合用于一種氣體脫硫技術(shù)，特別適合用于一種酸性氣體和一種堿性液體的混合反應(yīng)，其中至少一種堿性液體包含至少一種醇胺類化合物或氫氧化物。
5. 4液相脫硫應(yīng)用
進(jìn)一步的，其適合用于進(jìn)行含氧化劑的酸性介質(zhì)的活性流體的氧化還原反應(yīng)，其中至少一種活性流體包含至少一種含硫化合物。
所述的含硫化合物，特別是二烷基取代的硫化物，二烷基取代噻吩及其衍生物，烷基取代苯并噻吩及其衍生物，以及烷基取代的二苯并噻吩及其衍生物，所述的烷基包括甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基和乙基己基、壬基等。
所述的氧化劑，包括過氧化物和其它氧化物，特別是H202、O3> N2O, ClO2, C10—、 (CH3)2CO2, t-Bu00H、C5H11NO2, CIO” HSO” IO4-等。
所述的酸性介質(zhì)，包括無機(jī)酸和有機(jī)酸，特別是鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、硫酸、硝酸、 磷酸、硼酸、碳酸、甲酸、乙酸、三氟乙酸等。
氧化脫硫反應(yīng)可以在本發(fā)明所述混合器的外部進(jìn)行，或在該混合器內(nèi)部開始并在混合器外部繼續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明物質(zhì)處理裝置在物質(zhì)反應(yīng)方面的應(yīng)用，不只局限于上述列出的應(yīng)用，其還可用于各類有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，如加氫反應(yīng)、氫甲酰化反應(yīng)、羰基化反應(yīng)、烯烴的二聚和齊聚反應(yīng)、雙烯合成反應(yīng)、?；磻?yīng)、Heck反應(yīng)、Suzuki反應(yīng)、Stille偶聯(lián)反應(yīng)、Trost-Tsuji偶聯(lián)反應(yīng)、烯丙基化反應(yīng)、親核取代反應(yīng)、Baylis-Hillman反應(yīng)、Wittig反應(yīng)、自由基環(huán)加成反應(yīng)、不對(duì)稱環(huán)氧化物開環(huán)反應(yīng)、連續(xù)多步反應(yīng)以及酶催化的有機(jī)反應(yīng)和不對(duì)稱合成反應(yīng)等。上述各類反應(yīng)物之間能夠以較快的反應(yīng)速度使兩種或更多種材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)甚至在沒有傳統(tǒng)處理中經(jīng)常需要的催化劑等情況下也能發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)。
上述氧化脫硫反應(yīng)可以在本發(fā)明揭示的物質(zhì)處理裝置內(nèi)進(jìn)行，亦可以在兩面都是光滑的收容腔內(nèi)進(jìn)行。
本發(fā)明涉及的又一方面是提供一種對(duì)含硫物進(jìn)行脫硫的的方法，其包括以下步驟提供脫硫劑及含硫物；提供收容腔，其中所述收容腔由第一元件與設(shè)置于第一元件內(nèi)的第二元件共同形成，第二元件可在外力的作用下相對(duì)第一元件轉(zhuǎn)動(dòng)；將所述脫硫劑及含硫物送入收容腔內(nèi)進(jìn)行處理。
在又一實(shí)施方式中，第一元件或第二元件面對(duì)所述收容腔的表面，可以是光滑的， 也可以是不光滑的。
在又一實(shí)施方式中，第一元件或第二元件面對(duì)所述收容腔的表面，可以設(shè)有擾動(dòng)部，也可以不設(shè)有擾動(dòng)部。
含硫物包括含硫氣體及含硫液體。含硫氣體包括天然氣。含硫液體包括含硫原油。 脫硫劑為現(xiàn)有已知的各類型的脫硫劑。
在又一實(shí)施方式中，所述收容腔的厚度在微米級(jí)。
6.物質(zhì)制備應(yīng)用
離子液體的制備應(yīng)用
在一離子液體制備的實(shí)施方式中，其化學(xué)反應(yīng)通式如下[0126]
權(quán)利要求
1.一種物質(zhì)處理裝置，其包括有工作部和驅(qū)動(dòng)部，所述工作部包括第一元件和設(shè)置于其內(nèi)的第二元件，所述第一、第二元件之間形成用于收容待處理物的收容腔，所述第二元件可由所述驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)而繞一軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于所述收容腔的厚度范圍在50 350 微米之間，所述第一元件和第二元件中的至少一個(gè)在其面對(duì)所述收容腔的表面上設(shè)有擾動(dòng)部，該擾動(dòng)部可在所述第二元件繞所述軸向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沿所述軸向的擾動(dòng)力以擾亂所述待處理物可能在所述收容腔內(nèi)形成的按照垂直于所述軸向的方向排列的泰勒漩渦。
2.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部包括凸出體或者凹進(jìn)體。
3.如權(quán)利要求
2所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部在第一元件或第二元件表面上的凸、凹程度在所述收容腔厚度的 300%范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求
3所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部的凸、凹程度在所述收容腔厚度的5% 100%范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部包括等間距的條紋。
6.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部包括一條或多條連續(xù)的或間斷的條紋。
7.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部包括由多個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的陣列。
8.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部占所述第一元件或第二元件的表面積小于50%。
9.如權(quán)利要求
8所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部占第一元件或第二元件表面積的10% 40%。
10.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述擾動(dòng)部的設(shè)置趨勢(shì)方向與所述第一元件或第二元件的中軸相交。
11.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述收容腔的厚度范圍在50 80微米或是80 120微米之間。
12.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述收容腔的厚度范圍在120 130微米或是130 200微米之間。
13.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述收容腔的厚度范圍在200 350微米之間。
14.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述待處理物是可流動(dòng)的。
15.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述收容腔設(shè)置有至少兩個(gè)可用于向所述收容腔內(nèi)輸入待處理物的入口。
16.如權(quán)利要求
1所述的物質(zhì)處理裝置，其特征在于所述物質(zhì)處理裝置還包括一個(gè)或多個(gè)可以控制所述工作部的溫度的溫度控制裝置。
17.一種物質(zhì)處理方法，其包括以下步驟將至少兩種物質(zhì)注入一收容腔內(nèi)，其中所述收容腔由第一元件與設(shè)置于第一元件內(nèi)的第二元件共同形成并環(huán)繞所述第二元件，該收容腔的厚度范圍在50 350微米之間，所述第一元件和第二元件中的至少一個(gè)在其面對(duì)所述收容腔的表面上設(shè)有擾動(dòng)部；驅(qū)動(dòng)所述第二元件使其繞一軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其轉(zhuǎn)速等于或高于 3000轉(zhuǎn)/分鐘，從而帶動(dòng)所述至少兩種物質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)以處理所述物質(zhì)，并使得所述擾動(dòng)部產(chǎn)生沿所述軸向的擾動(dòng)力以擾亂所述至少兩種物質(zhì)可能在所述收容腔內(nèi)形成的按照垂直于所述軸向的方向排列的泰勒漩渦。
18.—種如權(quán)利要求
17所述的物質(zhì)處理方法，其特征在于所述至少兩種物質(zhì)包括脫硫劑及含硫物，所述對(duì)物質(zhì)的處理是降低所述含硫物的含硫量。
19.一種如權(quán)利要求
17所述的物質(zhì)處理方法，其特征在于所述至少兩種物質(zhì)包括至少兩種反應(yīng)原料，所述對(duì)物質(zhì)的處理是以該至少兩種反應(yīng)原料制備離子液體。
20.一種如權(quán)利要求
17所述的物質(zhì)處理方法，其特征在于所述至少兩種物質(zhì)包括離子液體和反應(yīng)物，所述對(duì)物質(zhì)的處理是使所述反應(yīng)物在所述離子液體作為溶劑或催化劑的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
21.如權(quán)利要求
20所述的物質(zhì)處理方法，其特征在于所述化學(xué)反應(yīng)屬于加氫反應(yīng)、氫甲?；磻?yīng)、羰基化反應(yīng)、烯烴的二聚和齊聚反應(yīng)、雙烯合成反應(yīng)、傅克合成反應(yīng)、酰基化反應(yīng)、選擇性烷基化反應(yīng)、Heck反應(yīng)、Suzuki反應(yīng)、Stille偶聯(lián)反應(yīng)、Trost-Tsuji偶聯(lián)反應(yīng)、 烯丙基化反應(yīng)、氧化反應(yīng)、親核取代反應(yīng)、Baylis-Hillman反應(yīng)、Wittig反應(yīng)、自由基環(huán)加成反應(yīng)、不對(duì)稱環(huán)氧化物開環(huán)反應(yīng)、連續(xù)多步反應(yīng)以及酶催化的有機(jī)反應(yīng)中的至少一種。
22.—種用如權(quán)利要求
19所述的物質(zhì)處理方法制備的離子液體。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種物質(zhì)處理裝置，用于處理注入其內(nèi)部的物質(zhì)，其包括有工作部和驅(qū)動(dòng)部，其中，工作部包括圓柱狀的第一元件和第二元件，第二元件設(shè)置于第一元件內(nèi)，進(jìn)而在第一、第二元件之間形成用于收容待處理物的收容腔，第二元件由驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)并相對(duì)于第一元件轉(zhuǎn)動(dòng)，第二元件面對(duì)收容腔的表面上設(shè)置有可以提供軸向力的擾動(dòng)部，所述軸向力平行于第一元件的中軸線。由于第二元件設(shè)置有擾動(dòng)部，從而使本發(fā)明物質(zhì)處理裝置可以充分處理待處理物、并可以控制處理物在收容腔內(nèi)的留存時(shí)間、以及可以防止處理物進(jìn)入混合盲區(qū)，使收容腔內(nèi)所有的物質(zhì)都能被充分處理。
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公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2005年12月13日
發(fā)明者叢佩軍, 刁立臣, 唐博合金, 康有樹, 王尤崎, 王文輝, 王桂林, 鐘煜斌, 黃福新 申請(qǐng)人:亞申科技研發(fā)中心(上海)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (9),