本实用新型专利技术提供了一种超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置，所述对称射流耦合段塞流结晶系统装置包括第一进料装置、第二进料装置、第三进料装置、旋流结晶装置、超声发生装置、混合装置和反应装置。本实用新型专利技术使原料液在旋流结晶装置内实现微尺度湍流混合，快速形成高浓度、且浓度均一的混合流股，包含在流股中的细小晶核在段塞流中均匀生长，同时段塞流能有效抑制流股在反应装置中结垢或堵管，通过调节流股在反应装置中的停留时长，可以获得粒度均一且目标粒径可控的超细颗粒产品。粒度均一且目标粒径可控的超细颗粒产品。粒度均一且目标粒径可控的超细颗粒产品。
【技术实现步骤摘要】
一种超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置
[0001]本技术属于结晶
，涉及一种超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置
技术介绍
[0002]流体混合是化工生产中常见的单元操作，广泛地应用于精细化工、制药化工、聚合过程和生物化工等工业过程中。对于快速地反应沉淀或者反溶析结晶而言，流体之间的混合效果直接影响着最终的产物的粒度分布、产品的收率和质量。因此，设计合理的快速混合设备，对于强化流股的混合效果、提高反应效率和产物质量和优化生产过程具有重要的意义。
[0003]撞击流反应器和旋流结晶装置是常见的强化流体混合的反应器。有研究表明，在旋流结晶装置中达到湍流效果所需的流体流速明显低于在撞击流反应器中的流体流速，这意味着旋流结晶装置具有更良好的传递特性以及优异的混合效果。自问世以来，旋流结晶装置已广泛应用于混合、液相萃取、吸收与解吸、超细粉体和纳米材料的制备等工业过程，其中流动和混合对旋流结晶装置中的快速沉淀和溶析剂结晶有着重要的影响。
[0004]CN108854624A提出一种高效的旋流射流式喷射混合器，两不同流股分别从不同管道高度的小孔射流进入管道，并形成方向相反的旋流三维流动，两股旋流流体之间实现高效湍流作用，实现了两股流体之间的快速混合。该混合器对流体流速要求很高，物料停留时间过于短暂，无法通过调控停留时长来得到目标粒径的超细颗粒产品。
[0005]此外，通过引入超声波变幅杆以强化局部湍流剪切以进一步改善传质性能也是提高流股间混合效果很常见的手段。
[0006]CN113413846提供了一种超声反向涡旋流撞击流反应器，不同反应液原料流体在涡旋反应器及撞击结构组合件中达到了分子尺度的混合效果，超声进一步强化了局部湍流剪切，缩短了反应器内流体混合均匀的时间，大幅度提高生产效率，获得良好的经济效益。但该组合件无法实现对反应与结晶解耦体系及三股及三股以上流体的快速高效混合，尤其是对于不对称流体而言，该类型设备无法满足流股间实现良好混合。
[0007]CN113750920A提供了一种超声强化撞击流耦合泰勒涡流结晶系统，通过超声辅助撞击流强化了不同流股的微观混合性能，泰勒反应器提供了较高的传质系数和较小的剪切应力，可供晶核进一步生长。但该组合件同样不能为不对称流体系及反应与结晶解耦体系提供快速高效地混合。因此，亟需开发一种强化湍流旋流结晶装置耦合混合料液的后处理系统，以满足不同流股在多维度实现快速混合和高效传质，并对旋流结晶装置中混合后的料液进一步提供浓度均匀的场所，从而精准控制超细颗粒的粒度分布与粒径大小。
[0008]简言之，现有的旋流结晶装置组件及其组合件、旋流射流式喷射混合器及撞击流反应器均无法满足：(1)对于快速沉淀反应过程，由于反应沉淀时间短，无法控制停留时长以获得粒度可控的均匀的超细颗粒，且反溶剂用量大；(2) 上述组件对于流速不对称的反应体系或反应与沉淀解耦的体系，无法显著提高不同流股间的传质性能和实现不同流股的
高效混合；(3)上述组件均属于快速混合的结构，没有为快速混合析出的晶核进一步提供均匀的过饱和度体系使得晶核进一步生长至目标粒径的超细颗粒产品。
技术实现思路
[0009]针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置。
[0010]为达此目的，本技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本技术提供了一种超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置，所述对称射流耦合段塞流结晶系统装置包括第一进料装置、第二进料装置、第三进料装置、旋流结晶装置、超声发生装置、混合装置和反应装置；
[0012]所述旋流结晶装置包括壳体，所述壳体由上至下分为依次对接的混合段、收缩段和延长段，所述混合段和所述延长段均为等径筒体，所述混合段的直径大于所述延长段的直径，所述收缩段的直径由上至下逐渐减小；
[0013]所述混合段的外壁处沿周向设置有至少两个进料通道，所述进料通道沿顺时针方向或逆时针方向倾斜设置，所述进料通道分别接入所述第一进料装置和所述第二进料装置；所述超声发生装置具有超声变幅杆，所述超声变幅杆由上至下插入所述收缩段内腔中；所述延长段外接所述第三进料装置；
[0014]所述混合装置具有进气口、进液口和排料口，所述进气口外接高压气源，所述进液口外接所述旋流结晶装置，所述排料口外接反应装置；所述旋流结晶装置形成的旋流流股进入所述混合装置，与高压气源通入的高压气流在所述混合装置内混合形成气液段塞流并通入所述反应装置。
[0015]本技术提供的结晶系统装置主要用于解决常用的快速反应沉淀或反溶析结晶过程，特别是用于解决多种不同原料液流速不对称的反应沉淀或反应沉淀解耦过程中存在的流股混合效率低、传质速率慢导致体系过饱和度分布不均匀、沉淀颗粒粒度分布宽、粒径大小不可控等问题。与现有的技术相比，超声强化的对称旋流结晶装置主要通过超声空化效应在空化气泡振动(稳态空化) 或空化气泡崩溃(瞬态空化)时加剧周围流场发生微尺度湍流从而强化混合和传质。当超声作用与旋流结晶装置相结合时，超声的空化效应导致微尺度湍流进一步加剧，从而增强了不同组分在分子尺度上的相互作用，改善传质性能、提高混合效果，可对多股流速不同的物料实现广谱的多尺度湍动旋涡流与微尺度的湍流混合，从而在十几毫秒甚至几毫秒内产生较大的且分布均一的过饱和度，促进大量细小晶核析出，使原料液在旋流结晶装置内实现微尺度湍流混合，快速形成高浓度、且浓度均一的混合流股，包含在流股中的细小晶核在段塞流中均匀生长。混合装置通过通入高压气流将混合流股切割为大量细小的、不相混溶的、浓度均一的固液悬浮流股浓度均匀细小流股，并提供等值的停留时长，使得晶核得以生长，段塞流能有效抑制流股在反应装置中结垢或堵管，通过调节流股在反应装置中的停留时长，可以获得粒度均一的、聚结程度最低的、目标粒径可控的超细颗粒产品。
[0016]需要说明的是，本技术对第一进料装置、第二进料装置和第三进料装置的结构和种类不作具体要求和特殊限定，只要能实现输送物料的目的即可，示例性地，第一进料装置、第二进料装置和第三进料装置均为注射泵。此外，本技术中的混合装置可选为T
形混合器。高压气源可选为压力罐。
[0017]作为本技术一种优选的技术方案，所述收缩段为直径渐变的倒置圆台结构，所述收缩段具有大端面和小端面，所述收缩段的大端面与所述混合段的一端对接，所述收缩段的小端面与所述延长段的一端对接。
[0018]所述收缩段大端面的直径与所述收缩段小端面的直径之比为(1～10)∶1，例如可以是1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1或10∶1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]所述进料通道的截面直径与所述收缩段大端面的直径之比为1∶(10～40)，例如可以是1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35或1∶40，但并不仅限于所列举的数值，该数值本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置，其特征在于，所述对称射流耦合段塞流结晶系统装置包括第一进料装置、第二进料装置、第三进料装置、旋流结晶装置、超声发生装置、混合装置和反应装置；所述旋流结晶装置包括壳体，所述壳体由上至下分为依次对接的混合段、收缩段和延长段，所述混合段和所述延长段均为等径筒体，所述混合段的直径大于所述延长段的直径，所述收缩段的直径由上至下逐渐减小；所述混合段的外壁处沿周向设置有至少两个进料通道，所述进料通道沿顺时针方向或逆时针方向倾斜设置，所述进料通道分别接入所述第一进料装置和所述第二进料装置；所述超声发生装置具有超声变幅杆，所述超声变幅杆由上至下插入所述收缩段内腔中；所述延长段外接所述第三进料装置；所述混合装置具有进气口、进液口和排料口，所述进气口外接高压气源，所述进液口外接所述旋流结晶装置，所述排料口外接反应装置；所述旋流结晶装置形成的旋流流股进入所述混合装置，与高压气源通入的高压气流在所述混合装置内混合形成气液段塞流并通入所述反应装置。2.根据权利要求1所述的超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置，其特征在于，所述收缩段为直径渐变的倒置圆台结构，所述收缩段具有大端面和小端面，所述收缩段的大端面与所述混合段的一端对接，所述收缩段的小端面与所述延长段的一端对接；所述收缩段大端面的直径与所述收缩段小端面的直径之比为(1～10):1；所述进料通道的截面直径与所述收缩段大端面的直径之比为1:(10～40)。3.根据权利要求1所述的超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置，其特征在于，所述混合段的外壁处沿周向设置有四个进料通道，沿顺时针方向分别记为第一进料通道、第二进料通道、第三进料通道和第四进料通道；所述第一进料通道和所述第三进料通道分别接入所述第一进料装置，所述第一进料装置用于将第一物料分别通过所述第一进料通道和所述第三进料通道通入所述混合段内；所述第二进料通道和所述第四进料通道分别接入所述第二进料装置，所述第二进料装置用于将第二物料分别通过所述第二进料通道和所述第四进料通道通入所述混合段内。4.根据权利要求3所述的超声强化的对称射流耦合段塞流结晶系统装置，其特征在于，所述进料通道的轴线在竖直面内垂直于所述混合段的轴线；经过所述进料通道与混合段交点处的切线为交点切线，所述进料通道的轴线与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚俊波，郭盛争，高振国，吴送姑，汤伟伟，韩丹丹，秦春雷，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：
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