一种多模块撞击-聚并反应器及其使用方法技术

本发明专利技术公开一种多模块撞击

【技术实现步骤摘要】
一种多模块撞击
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聚并反应器及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种多模块撞击
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聚并反应器及其使用方法，属于化学反应工程、多相流以及有机
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无机纳米复合材料领域。

技术介绍

[0002]以聚合物为连续相的有机
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无机纳米复合材料不仅可以克服单一无机颗粒分散性差、易团聚、难加工等缺点，还可以提升有机高分子的稳定性、强度等性能，因此在力学、光学、电子、生物学等领域有着广阔的应用前景。常用的有机
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无机纳米复合材料的制备方法包括溶胶
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凝胶法、原位法、插层法以及自组装等。其中，原位法可分为原位聚合法和原位生成法。原位聚合法是将表面处理过的无机纳米粒子均匀分散于单体溶液中，然后引发单体聚合，其操作简便，复合物中无机粒子分散均匀、各相的性能稳定，但无机纳米粒子制备时伴有严重的团聚现象（J. Li, et al, Applied Surface Science, 2010, 256: 4339
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4343）。由于原位生成法采用的无机粒子不是预先制备的，而是在反应过程中原位生成的，可以缓解上述问题，但无机粒子在有机相中的分散过程难以调控，且负载量较低。近年来，随着细乳液技术的快速发展，为有机
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无机纳米复合材料的制备提供了新思路。细乳液聚合法利用“液滴成核”的独特方式，提高了无机纳米粒子在有机聚合物中的分散性和负载量，可实现纳米单分散、聚合生长调控以及分散体均匀封装，是制备有机/>‑
无机纳米复合材料的一种有效途径（段兰兰等. 粘结, 2017, 38: 47
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51; 高党鸽等. 化学进展, 2016, 28: 1076
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1083）。Tiarks和Winkelmann等（Tiarks F, et al. Chem. Phys., 2001, 202: 51
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60; Winkelmann M, et al. Chem. Eng. Sci., 2013, 92: 126
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133）对传统的细乳液聚合工艺进行改进，提出了一种“细乳液聚并法”，该方法利用细乳液滴的不断破裂
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聚并作用，进而实现反应的控制，提高无机颗粒的封装率；Fukui等（Fukui Y, Fujimoto K. J. Mater. Chem., 2012, 22: 3493
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3499.）指出液滴聚并法还能够调控晶体的成核及生长过程。另外，细乳液滴的微观界面取代传统反应器的毫
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厘米级宏观界面，可获得数倍甚至数十倍的传质界面面积，极大地提高传质、反应速率（张志炳等. 化工学报, 2018, 69: 44
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49）。
[0003]综上所述，细乳液聚合以及聚并的关键技术是细乳液体系形成与液滴聚并的控制技术，但实际中无论是细乳液的形成还是无机粒子与聚合物的生成往往是分步、间歇完成的（ZL201610960843.5; ZL201010508507.X; CN201810315123.2; CN200810079596.3），这会导致复合过程关联性弱、可控性差以及生产效率低。因此，急需开发一种可连续、可控制备有机
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无机纳米复合材料的新型反应器。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种多模块撞击
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聚并反应器及其使用方法，借鉴模块化的设计理念，构建集细乳化、反应成核、单体聚合等过程于一体的新型反应器，解决无机、有机、有机
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无机纳米复合材料制备过程的可控性差、不能连续生成等问题。本专利技术所采用的技术方
案具体如下：本专利技术提供了一种多模块撞击
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聚并反应器，包括细乳化模块、撞击
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聚并模块、后处理模块以及连接件。
[0005]细乳化模块为立方体结构，其上、下两端面设有同轴对称的进液口，通过接头与进液管连接；左侧的冲洗孔用于清洁模块内部，右侧的排液孔通过A连接件与撞击
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聚并模块相连；两进液口中部开有通孔，通孔之间相连形成十字形通道，流体在十字形通道内撞击、混合，形成细乳液；细乳化模块上的孔道采用国标M6~M8型内螺纹，螺纹长度为10.0~15.0 mm；十字形通道的上、下对称通孔内径均为0.8~1.2 mm，长度均为5.0~10.0 mm；十字形通道中左、右两侧通孔内径为1.6~2.4 mm，长度为6.0~12.0 mm。
[0006]撞击
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聚并模块为中空立方体结构，其前、后两端面以及上端面均开有可视窗，用于观测及采集流体流动信息；可视窗四周分布螺纹孔，用于固定透光板；撞击
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聚并模块左、右两端面分别设有同轴对称的进液口，通过A连接件与细乳化模块相连，进液口的中部通孔与空腔相通；撞击
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聚并模块的下端面设有排液孔，两股流体分别从左、右两侧的进液口流入后，高速对撞形成撞击流，进而强化液滴聚并过程，并经排液孔流出；撞击
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聚并模块的下侧排液孔，通过B连接件与后处理模块相连；可视窗四周内螺纹孔的规格为M2~M3；撞击
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聚并模块的进液口设置M6~M8型内螺纹，螺纹长度为10.0~15.0 mm；撞击
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聚并模块的排液孔设置M8~M10型内螺纹，螺纹长度为10.0~15.0 mm；撞击流速为5.0~8.0 m/s。
[0007]后处理模块为空心立方体结构，其上端面的进液口通过B连接件与撞击
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聚并模块相连；其下侧的排液孔可与B连接件连通，或与另一后处理模块连接，形成多级后处理组，用于延长反应停留时间；左、右两侧的循环水接口分别与C连接件连接，用于控制后处理温度；后处理模块的前、后两端面开有可视窗，用于安装、拆卸内部管路及监测反应过程；可视窗四周分布螺纹孔，用于固定透光板；后处理模块空腔内安装有盘管，通过不同的盘绕方式安装到内部，盘管入口与B连接件连通，其出口端与后处理模块排液孔连接，通过控制盘管的长度亦可调节反应停留时间；后处理模块壳体厚度为5.0~8.0 mm，可视窗四周螺纹孔的规格为M2~M3；其它孔道均为国标M8~M10型内螺纹，螺纹长度为5.0~10.0 mm；内置管路的材质可为硅胶、聚氨酯或聚四氟乙烯中的任意一种，可按照“O形”、“S形”、“U形”等多种方式盘绕，并安装于后处理模块内，管内径为3.0~5.0 mm，壁厚0.2~0.5 mm。
[0008]连接件有A、B和C三种结构：A连接件为中心设有通孔的圆柱结构，通孔的两端设有外螺纹，圆柱的中部设有六棱柱；B连接件为中心设有多段不同内径通孔的圆柱结构，圆柱中部设有六棱柱，六棱柱中部开有注液孔，可用于添加引发剂或其它助剂；六棱柱的一端为直孔，另一端为台阶孔，台阶孔的长度大于直孔长度，台阶孔用于连接后处理模块内的盘管；C连接件为中心设有通孔的圆柱结构，其外部一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模块撞击
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聚并反应器，其特征在于：该反应器包括细乳化模块、撞击
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聚并模块、后处理模块以及连接件；所述细乳化模块的上、下对称进液口与进液管路连接，冲洗孔用于洗涤模块，其内部的十字形通道则用于强化细乳液的形成；所述撞击
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聚并模块与细乳化模块相连，其外侧设有可视窗，用于观测流场，其内部为混合腔，通过流体撞击强化液滴间的聚并过程，促进液滴内的化学反应进行；所述后处理模块与撞击
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聚并模块连接，空腔内安装盘管；内置盘管长度以及安装形式依据实际需求进行调节，后处理模块用于控制反应温度和停留时间；所述连接件起到连接各模块以及密封流体的作用。2.根据权利要求1所述的多模块撞击
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聚并反应器，其特征在于：所述细乳化模块为立方体结构，其上、下两端面设有同轴对称的进液口，通过接头与进液管连接；左侧的冲洗孔用于清洁模块内部，右侧的排液孔通过A连接件与撞击
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聚并模块相连；两进液口中部开有通孔，通孔之间相连形成十字形通道，流体在十字形通道内撞击、混合，形成细乳液。3.根据权利要求2所述的多模块撞击
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聚并反应器，其特征在于：细乳化模块上的孔道采用国标M6~M8型内螺纹，螺纹长度为10.0~15.0 mm；十字形通孔的上、下对称孔内径均为0.8~1.2 mm，长度均为5.0~10.0 mm；十字形通孔中左、右两侧通孔内径为1.6~2.4 mm，长度为6.0~12.0 mm。4.根据权利要求1所述的多模块撞击
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聚并反应器，其特征在于：撞击
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聚并模块为中空立方体结构，其前、后两端面以及上端面均开有可视窗，用于观测及采集流体流动信息；撞击
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聚并模块左、右两端面分别设有同轴对称的进液口，通过A连接件与细乳化模块相连，进液口的中部通孔与空腔相通；撞击
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聚并模块的下端面设有排液孔，两股流体分别从左、右两侧的进液口流入后，高速对撞形成撞击流，进而强化液滴聚并过程，并经排液孔流出；撞击
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聚并模块的下侧排液孔通过B连接件与后处理模块相连。5.根据权利要求4所述的多模块撞击
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聚并反应器，其特征在于：所述可视窗四周分布螺纹孔，用于固定透光板；可视窗四周螺纹孔的规格为M2~M3；撞击
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聚并模块的进液口设置M6~M8型内螺纹，螺纹长度为10.0~15.0 mm；撞击
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聚并模块的排液孔设置M8~M10型内螺纹，螺纹长度为10.0~15.0 mm；撞击流速为5.0~8.0 m/s。6.根据权利要求1所述的多模块撞击
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聚并反应器，其特征在于：后处理模块为空心立方体结构，其上端面的进液口通过B连接件与撞击
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聚并模块相连；其下侧的排液孔与下一模块连接；左、右两侧的循环水接口分别与C连接件连接，用于控制后处理温度；后处理模块的前、后两端面开有可视窗，用于安装、拆卸内部管路及监测反应过程；后处理模块空腔内安装有盘管，盘管入口端与B连接件连通，其出口端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志伟，刘有智，郭豫晋，袁志国，张栋铭，申红艳，张超，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：