[发明专利]一种基于撞击流的化学反应方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于撞击流的化学反应方法和装置，所述的化学反应方法是使高速运动的原料在撞击流反应器内高速相向撞击而发生化学反应。本发明创造性的使高速运动的原料在撞击流反应器内发生高速相向撞击，即可利用原料的动能使化学反应瞬间完成，从而显著提高了化学反应速率，不仅易于实现、操作简单、且无需高温、高浓度即可实现反应速率的显著提高，节约能耗，不影响反应的选择性。

技术领域

本发明是涉及一种化学反应方法和装置，具体说，是涉及一种基于撞击流的化学反应方法和装置，属于化学反应技术领域。

背景技术

化学反应是指分子破裂成原子，原子重新排列组合生成新物质的过程，通过化学反应能够制得各种各样的产品(如化学品，燃料，药物，高分子等)。化学反应几乎无所不在，例如：在化学、化工、能源、医药、环保、冶金等行业中都充满着各种不同的化学反应。

对于大多数化学反应，我们通常希望在具有较高的选择性以提高原料的利用率的同时还具有较快的反应速率。目前反应速率的提高，主要是通过提高反应物浓度，提高反应温度和使用催化剂来实现。

提高反应物浓度法是提高反应速率的较为常用的方法，提高反应物的浓度能加大反应物分子之间的碰撞频率，根据化学反应碰撞理论，反应物分子的碰撞接触是发生化学反应的先决条件，欲使化学反应发生，必须使反应物分子之间发生接触和碰撞，因此提高反应物浓度有利于提高反应速率，但是对于化学反应而言，化学反应浓度通常要保持在一定的范围内才具备较好的选择性，如果反应物浓度过高，难免对化学反应的选择性造成不良影响。

提高反应温度法是目前提高反应速率的最直接方法，根据化学反应碰撞理论，反应物分子的碰撞接触是发生化学反应的先决条件，但并不是每一次碰撞都能导致反应发生，发生有效碰撞必须满足两个条件：(1)能量因素，即反应物分子的能量必须达到某一临界值；(2)空间因素，活化分子必须按照一定的方向相互碰撞反应才能发生；而反应物分子具有的能量，从宏观的角度而言即是指其温度，温度越高，其具有的能量就越高。并且从分子热运动的角度而言，分子热运动的平均速率计算公式如下：因此提高反应温度能显著提高反应物分子热运动速率，从而提高其具有的能量，进而促进反应速率的提高。但是，反应温度的提高也必然带来一些不利的结果，如能耗过高，可能会影响平衡转化率和选择性，可能会导致副反应(如原料的分解)等，对原料的热稳定性要求较高。

催化剂法，是指在化学反应过程中加入适量的催化剂以促进化学反应的进行。催化剂是一种通过改变活化能来改变反应速率的物质，且催化剂在反应过程中不会破坏或改变，可以重复作用。活化能是指反应启始或自然发生所需的最低能量，愈高的活化能表示反应愈难以启始，反应速率也因此愈慢，而催化剂的使用能降低反应活化能，因而可以提高反应速率。但是，很多化学反应所使用的催化剂不易获得，且价格昂贵，使得生产成本较高，并且催化剂种类万千，选择适宜的催化剂本身也需要耗费较多的工作。

综上所述，目前通过提高反应物浓度，提高反应温度和使用催化剂来提高反应速率都还存在不可避免的缺陷，因此，有必要开发出一种新的提高化学反应速率的方法。

撞击流是由Elperin首次提出的一种特殊的流动形态，它的概念是两股或多股流体(气－固、液－液或气－液)在充分加速后沿着同一轴线上相向流动并发生撞击，形成一个高度湍动的撞击区域，能有效降低传递过程中的外部阻力，强化热量和质量传递，促进混合。目前，撞击流技术以及基于撞击流原理而产生的撞击流设备(例如：撞击流反应器)已经广泛应用于吸收、混合、传热、萃取、干燥等化工过程。但是，目前的撞击流技术主要是实现原料的快速混合，对反应促进主要以改善传质为主。原料流动的速度较低(通常小于20米/秒)，其具有的动能较低，还不足以直接影响化学反应的速率和选择性，而只能通过对传质/传热的影响来间接改变反应速率和选择性。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于撞击流的化学反应方法和装置。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：