用于进行材料的物理转化和化学转化的装置和方法

摘要

用于材料的化学转化和物理转化的反应器，其包括由反应器外壳所包围的反应空间。反应器外壳有至少两个横向流体入口，所述横向流体入口具有多个以可调节的方式安装的喷嘴。喷嘴具有大约20-160度的角度，用于通过流体射流，所述流体射流在反应空间内的共同碰撞点互相碰撞。反应器在反应空间的底部具有流体出口。该反应器的特征在于：—可替换的底板，该底板设置在反应空间的底部(1)该底板具有作为流体出口的孔，(2)底板上设置有以可移动的方式支撑的多个球体，以便阻塞未定位状态的各个射流原始通路，—半壳，该半壳直立于反应空间底部之上，且设置在各个以可移动的方式支撑的球体与反应器空间的壁之间，和底板、半壳和以可移动的方式支撑的球体均包含一种或多种硬质材料。

说明书

技术领域

本发明涉及用于进行材料的物理转化和化学转化的装置和方法。

背景技术

为了生产细小的分散体，可采用诸如球磨或搅拌球磨的装置。这些装置的缺点是所用研磨介质例如由玻璃、陶瓷、金属或砂制成的研磨介质的磨损。磨损后的材料使得以这种方式生产的分散体不能用于那些只允许很低含量杂质存在的领域例如敏感表面的抛光。

使用行星式搅拌/混合器虽然可以得到较高的能量输入，但是这个系统的效率将取决于待加工混合物具有足够高的粘度，才能引入必要的高剪切能量以便打碎颗粒。

尽管可使用高压均化器使预分散体在高压下撞击腔室的铠装壁区域，从而生产很细的分散体，但是已经发现，此类装置的腔室虽有铠装，但仍经受了严重的磨损。将预分散体分为两股流体通过喷嘴减压并使其彼此精确地撞击的方法可以降低磨损，但不解决问题。确定彼此相对的预分散体的中心是特别困难的。例如，EP-A-766997描述了这种方法。

EP-B-1165224描述了一个使分散体生产中的磨蚀显著减少的方法，是使高压的分开的各预分散流体流在共同的碰撞点降压，该碰撞点位于远离材料的充气碾磨空间内。据说与在充液研磨空间中运行的前述高压装置相比，这一布置方式可以使材料壁上的气蚀减到最少。在该方法中，气流也承担了从研磨空间运送分散体和冷却分散体的任务。该方法的缺点是气体/分散体混合物的处理(work-up)。要达到经济上可行的生产量，必须使用大量的气体。而就装置而言，将该气体从分散体中分离出来将需要增加费用，例如增加适当尺寸的除气器。如果混合物需要冷却，那么由于高含量的气体引起导热率降低，将需要更大的、因而也更昂贵的冷却设备。

DE-C-10204470描述了使用蒸汽作为气体。该文件同样使待分散的颗粒在远离材料的空间进行碰撞。使用蒸汽能够避免EP-B-1165224方法中必须从反应混合物中去除大量气体的缺点。然而，即使在DE-C-10204470的方法中，业已发现在分散过程的同时维持气体氛围是经济上不可行的。

DE-A-10360766描述的方法使预分散体涌入研磨空间，其结果是避免了气体和分散体的混合物的处理。

DE-A-10114054描述了一种反应器，先将流体射流定位之后，在射流通路中额外加入多个以可旋转的方式支撑的硬质物体例如陶瓷球。其结果是，在定位无效时流体射流不是去碰撞反应器壁而因此导致整个反应器被破坏，而是仅仅撞击可更换的陶瓷球。但是，已经发现这种装置的效果仅仅是短期的，因为以可旋转的方式支撑的硬质物体的运动同样会在硬质物体安置和接触壁的位置处产生磨损。结果是，由此产生的射流定位无效将导致反应器的进一步损坏。

所提及的所有在高压下进行材料物理转化或材料化学转化的装置，都有一个缺点，即，在极端条件下将发生材料的磨损。这首先污染了反应产品，其次致使这种反应器不能经济地运行。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种反应器，利用该反应器可以使得材料的物理转化或化学转化在高压下经历较长时间，而且不发生材料的严重磨损以及射流通路的定位无效。

本发明的目的是通过一种用于进行材料化学转化和物理转化的反应器实现的，该反应器包括通过反应器外壳包围的反应空间，其中

——反应器外壳有至少两个横向流体入口，该横向流体入口具有多个以可调节的方式安装的喷嘴，喷嘴具有大约20-160度的角度，

——流体射流通过该喷嘴，并在反应空间内的共同碰撞点处互相碰撞，且该流体射流优选处于同一平面上，

——反应器在反应空间的底部具有流体出口，

该反应器的特征在于，

——底板，该底板位于反应空间的底部，

·所述底板具有作为流体出口的孔；

底板上设置有以可移动的方式支撑的多个球体，以便阻塞未定位状态(unaligned state)的各射流的原始通路，

——半壳，该半壳直立于反应空间底部之上，且设置在各个以可移动的方式支撑的球体与反应器空间的壁之间，和

——底板、半壳和以可移动的方式支撑的球体均包含一种或多种硬质材料。

本发明的反应器设计的结果是，以可移动的方式支撑的球体仅与含硬质材料的底板和半壳接触。放置在反应空间底部上的底板和半壳可制成可替换的，因此在很长的反应时间之后可以进行简单的更换。

本发明可以用常规使用的材料例如不锈钢制成实际的反应器外壳，仅底板、半壳和以可移动的方式支撑的球体包含一种或多种硬质材料。

用于本发明目的的硬质材料是莫氏硬度至少为7.5、优选至少为8的材料。适合的材料特别是硬化金属、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、碳化硼和二氧化锆、α-氧化铝和蓝宝石。

在一个优选的实施方式中，放置在反应器底部上的底板和半壳的特征在于，硬质材料由在镍基体或钴基体中的碳化钨颗粒组成。这些材料的特征还在于，它们都可相对容易地通过侵蚀工艺如线蚀和火花侵蚀进行处理。由于高耐化学性，特别优选在镍基体中的碳化钨颗粒。

以可移动的方式支撑的球体优选包含α-氧化铝、蓝宝石、红宝石或金属氮化物作为硬质材料。特别优选氮化硅。

本发明反应器的一个特别的实施方式中，还有另外的球体或圆柱体放在以可移动的方式支撑在底板上的球体之上。该球体或圆柱体的尺寸如此确定以使其与每个支撑于底板上的可移动球体都有接触点。该球体和圆柱体使支撑于底板上的移动球体的位置变得稳定。可通过被支撑的球体的弹簧加载来实现进一步的稳定。

在一个特别的实施方式中，圆柱体可具有从端面到端面的通孔，由此可通过该孔直接在碰撞点的位置引入另外的液体或气体，并以这样的方式又实现了材料物理转化或化学转化。

同样有利的是，球体包含硬质材料。

图1a显示了一实施例的实施方式，该实施例有三个球体以可移动的方式支撑在底板上并有一个另外的叠放球体。箭头表示撞击在一个共同碰撞点的流体射流。图1b显示了一个叠放的圆柱体。

圆柱体具有额外的优点，即，射流的定位比球体简单。此外，圆柱体可具有额外的孔，其他材料可通过孔引入反应空间。

支撑于底板上的可移动球体的数量至少为三个，以对应于碰撞于共同点的三股流体射流。但是，可以在底板上放置例如4个、5个或6个球体，以对应于4、5或6股流体射流。

底板本身可具有盘状的凹陷，凹陷中安置以可移动的方式支撑的球体。这也可以稳定球体的位置。盘状的凹陷的尺寸有利地如此确定以使大约球体半径的2.5％-25％沉入凹陷中。

本发明更进一步地提供了一种材料的化学转化和物理转化的方法，其中将液体介质置于50至4000巴压力下，并通过根据本发明的反应器流体入口借助喷嘴使上述液体介质降压至共同碰撞点，并通过底板上和反应器底部上的孔将液体介质排放出反应器。

根据本发明目的的材料化学转化和物理转化例如是均化、乳化、颗粒粉碎、解聚集和松团。

本发明的方法特别适用于生产分散体。

图2a显示了根据本发明的反应器的横截面，其中：

1＝反应器外壳

2＝底板

3a＝支撑于底板上的可移动球体(虚线)

3b＝凹陷的边缘，在该凹陷内，可移动的球体位于底板上(连续的圆)

4＝半壳

5＝流体出口

6＝流体入口

7＝封闭的流体出口

图2b显示了根据本发明的反应器的纵切面，其中：

1＝反应器外壳

2＝底板

3＝支撑于底板上的可移动球体

4＝半壳

5＝被支撑的球体

6＝流体入口

7＝封闭的流体出口

8＝流体出口

9＝弹簧。