CN207856926U - 一种单通道混配器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单通道混配器，所述单通道混配器包括依次串连的内部设有混合机构的混合器和稳定器；于混合器原料入口端与原料液连接管路上设有气体分布器；原料液先通过混合器，进行均匀混合后形成沉淀颗粒，沉淀颗粒再进入到稳定器进行稳定生长，产物由导料管流出再通过老化、分离、干燥或干燥焙烧，制得纳米粉体。采用本实用新型这种结构来制取纳米粉体材料，原料液在混合器可以达到均匀混合，同时形成的沉淀颗粒可以在稳定器内进行稳定生长，而且采用该结构沉淀反应中的颗粒成核过程和生长过程分开，生产的颗粒粒径可以得到调控，颗粒的分散性好、分布窄、形貌差异小，方法简单，易于工业上生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及纳米粉体制备的技术领域，具体地说是涉及一种单通道混配器。
背景技术
纳米材料是当前研究最为活跃的领域之一，其中的纳米粉体因其具有表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而引起奇异的力学、电学、磁学、热学、光学和化学等特性，使其在催化、颜料、复合材料等诸多领域有着广泛的应用。目前工业上沉淀反应制备纳米粉体一般是在反应釜中间歇式进行，加料方式主要有：顺加法、逆加法、并加法。无论哪种添加方式，化学反应开始，随着过饱和度的增加，晶核形成，当物料不断加入时，新晶核不断产生，同时已经存在的晶核不断长大，由于加料时间较长，成核和生长两过程同时存在，物料的过饱和度随着反应的进行而处于变化的状态。由于成核先后时间上的差异，各晶核生长的时间和速度各不相同，致使反应终了时，最终得到的粉粒大小不均、分散性差。
近年来，微通道反应器由于在传热、传质、尺寸控制等方面的优异特性，弥补了传统沉淀方法的一些不足，成为了纳米材料制备方面一个热点，但更多的是集中在实验室小试方面的研究。该方法的主要问题可能是微通道管径小，纳米颗粒在合成过程中，不断地积累就会在通道内发生沉积而堵塞微通道，导致后续反应没法进行，很难用于大量的酸碱沉淀反应中。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种单通道混配器，采用的单通道混配器结构可以使沉淀反应混合(颗粒成核)和前驱体形成(颗粒生长)两过程分离又陆续地进行，这样获得的纳米粉体粒径大小均匀、比表面大，同时该方法，可以规模化批量生产纳米粉体，节省时间，降低成本。
为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种单通道混配器，所述单通道混配器包括依次串连的内部设有混合机构的混合器和稳定器两部分，混合器和稳定器均为圆管状结构，混合器一端与稳定器一端相连，混合器另一端作为原料入口通过管状连接件与原料液相连，稳定器另一端通过管状连接件与导料管一端相连；
于混合器原料入口端与原料液连接管路上设有一密闭腔体，密闭腔体的一端设有与混合器原料入口端相连的出料口、另一端设有与原料液液源相连的进料口，密闭腔体内设有气体分布器，气体分布器通过气体管路与密闭腔体外部的气源相连；
原料液先通过混合器，进行均匀混合后形成沉淀颗粒，沉淀颗粒再进入到稳定器进行稳定生长，结构稳定后的产物由导料管流出再通过老化、分离、干燥或干燥焙烧，制得纳米粉体。
优选地，一种单通道混配器,所述的带有混合机构的混合器为静态混合器；或，径向截面为圆形的管道、圆形管道内填充有填料，填料为左右扭转的螺旋片，或扭转180度或270度的螺旋板、相邻螺旋板扭转方向分别为左旋和右旋，扭转的螺旋片或螺旋板外径与圆形管道内径相等或相当。
优选地，一种单通道混配器,所述的稳定器内不设有物料混合机构，所述稳定器为一段圆管。
优选地，所述混合器和稳定器可为一圆管，圆管左侧物料进口的一段管路内部填充有填料作为混合器，其余管路内部不设有填料作为稳定器；或，所述混合器和稳定器为直径相等的二个圆筒型结构的管路，混合器和稳定器之间通过活接连接。
优选地，一种单通道混配器,中空的管状连接件，其一端带宝塔接头、内螺纹或外螺纹，另一端带有内螺纹或外螺纹。
优选地，一种单通道混配器,所述的单通道混配器外部设有加热或冷却液流通的夹套层。
优选地，一种单通道混配器,气体分布器为带有气体入口的表面带有透气通孔的密闭筒体、或带有气体入口的由多孔材料制成密闭筒体、或固接于气体管路一端的块状多孔材料、或带有气体入口的由透气膜材料制成密闭筒体，或固接于气体管路一端的透气膜。
优选地，一种利用单通道混配器通过沉淀法制备纳米粉体的方法,反应物料于混合器中的停留时间1s-30s，反应物料于稳定器中的停留时间30s-60s。
优选地，一种利用单通道混配器通过沉淀法制备纳米粉体的方法,原料液为至少二种液体，二种以上液体接触后可发生沉淀反应。
优选地，一种利用单通道混配器通过沉淀法制备纳米粉体的方法,气源内的气体为空气、氮气、惰性气体中的一种或二种以上。
优选地，一种单通道混配器，所述的各个组成部分都是有耐酸碱材料构成。优选地，一种利用多通道混配器制备纳米粉体的方法，所述的各个组成部分用的耐酸碱材料为不锈耐酸钢、钛材、聚四氟乙烯、塑料、玻璃、搪瓷中的一种或二种以上。
采用本实用新型这种结构来制取纳米粉体材料，原料液在混合器可以达到均匀混合，同时形成的沉淀颗粒可以在稳定器内进行稳定生长，而且采用该结构沉淀反应中的颗粒成核过程和生长过程分开，成核、生长在相对稳定的环境下形成，生产的颗粒粒径可以得到调控，颗粒的分散性好、分布窄、形貌差异小，方法简单，易于工业上生产。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.与传统酸碱沉淀法间歇式反应釜相比，本实用新型中采用的单通道混配器结构能使沉淀反应混合(颗粒成核)和前驱体形成(颗粒生长)两过程分离又陆续地进行，不存在返混现象，这样获得的纳米粉体粒径大小均匀、分散性好、比表面大。
2.本实用新型中的单通道混配器结构相比微通道可以避免纳米颗粒在微通道内的堵塞现象，可以批量处理沉淀反应，更适于工业上的生产。
附图说明
图1为本实用新型的一种利用单通道混配器通过沉淀法制备纳米粉体的方法示意图。其中，1-第一连接件，2-气体分布器，3-密闭腔体，4-第二连接件，5-混合器，6-稳定器，7-第三连接件，8-物料进，9-物料出
图2为本实用新型的静态混合器内部结构示意图。
具体实施方式
本实用新型技术细节由下述实施例加以详尽描述。需要说明的是所举的实施例，其作用只是进一步说明本实用新型的技术特征，而不是限定本实用新型。附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
现结合附图1和附图2通过以下实施方式来对本实用新型的具体过程加以说明。
一种利用单通道混配器通过沉淀法制备纳米粉体的方法，所述单通道混配器包括1-第一连接件，2-气体分布器，3-密闭腔体，4-第二连接件，5-混合器，6-稳定器，7-第三连接件，8-物料进，9-物料出。在混合器原料入口端与原料液连接管路上设有气体分布器为带有气体入口且带有透气通孔的密闭筒体，引入的气体为N2，N2与溶液不反应、不互溶，从原料管到导料管整个过程中，N2被管内溶液分割，使流体在整个反应过程中的停留时间分布更加均匀。连接件3将原料管与混合器相连，混合器用于将原料中的酸碱进行充分混合，稳定器是保证混合器中酸碱混合形成的沉淀颗粒稳定生长，混合器和稳定器之间采用连接件相连，连接件6是将稳定器与导料管相连，最后产物通过导料管集中回收处理。采用这种单通道混配器结构，混合器采用的是静态混合器，内部结构如附图2，这样原料液可以达到快速均匀混合。经过混合器混合形成的沉淀颗粒，再经过稳定器，是为了使形成的沉淀颗粒在均一的条件下稳定生长，颗粒形成稳定的沉淀颗粒，后续处理中不至于被破坏。最后采用导料管将稳定后的沉淀颗粒汇集一起，再经过老化、洗涤、干燥、焙烧程序即制得产品。
实施例1甲醇合成催化剂CuO-ZnO-Al2O3制备
105公斤硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O、47公斤硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O、30公斤硝酸铝Al(NO3)3·9H2O溶于去离子水形成1m3溶液，加热至60℃，标记为溶液A。132公斤无水Na2CO3溶液去离子水形成1m3溶液，标记为溶液B。将溶液A和溶液B加热至60℃，原料进行保温，用计量泵分别以40L/分的流量加入到本实用新型的单通道混配器中。气体分布器中氮气流量为4L/分，混配器通过夹套恒温水控制为60℃，混合器中停留时间为12s，稳定器中停留时间为40s，反应沉淀液进入老化搅拌釜进行老化2小时，再经过洗涤、干燥、焙烧350℃，4小时、成型得到产品。产品颗粒中Cu平均粒径大小约9nm。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单通道混配器，其特征在于：所述单通道混配器包括依次串连的内部设有混合机构的混合器和稳定器两部分，混合器和稳定器均为圆管状结构，混合器一端与稳定器一端相连，混合器另一端作为原料入口通过管状连接件与原料液相连，稳定器另一端通过管状连接件与导料管一端相连；
于混合器原料入口端与原料液连接管路上设有一密闭腔体，密闭腔体的一端设有与混合器原料入口端相连的出料口、另一端设有与原料液液源相连的进料口，密闭腔体内设有气体分布器，气体分布器通过气体管路与密闭腔体外部的气源相连。
2.根据权利要求1所述的单通道混配器，其特征在于：所述的设有混合机构的混合器为静态混合器；或，径向截面为圆形的管道，圆形管道内填充有填料，填料为左右扭转的螺旋片，或扭转180度或270度的螺旋板、相邻螺旋板扭转方向分别为左旋和右旋，扭转的螺旋片或螺旋板外径与圆形管道内径相等或相当。
3.根据权利要求1所述的单通道混配器，其特征在于：所述的稳定器内不设有物料混合机构，所述稳定器为一段圆管。
4.根据权利要求1所述的单通道混配器，其特征在于：
所述混合器和稳定器为一圆管，圆管左侧物料进口的一段管路内部填充有填料作为混合器，其余管路内部不设有填料作为稳定器；
或，所述混合器和稳定器为直径相等的二个圆筒型结构的管路，混合器和稳定器之间通过活接连接。
5.根据权利要求1所述的单通道混配器，其特征在于：中空的管状连接件，其一端带宝塔接头、内螺纹或外螺纹，另一端带有内螺纹或外螺纹。
6.根据权利要求1所述的单通道混配器，其特征在于：所述的单通道混配器外部设有加热或冷却液流通的夹套层。
7.根据权利要求1所述的单通道混配器，其特征在于：气体分布器为带有气体入口的表面带有透气通孔的密闭筒体、或带有气体入口的由多孔材料制成密闭筒体、或固接于气体管路一端的块状多孔材料、或带有气体入口的由透气膜材料制成密闭筒体，或固接于气体管路一端的透气膜。
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