[发明专利]一种基于三维开孔泡沫陶瓷材料的静态混合装置及其应用

说明书

本发明涉及静态混合装置领域，具体地说是一种基于三维开孔泡沫陶瓷材料的静态混合装置及其应用。该静态混合装置由管状容器和填充于管状容器中的混合元件构成，其中混合元件全部或部分是三维开孔泡沫陶瓷材料。本发明的有益效果在于，综合利用流体在流经泡沫网络骨架时产生的圆柱绕流与流体在三维连通的泡沫空腔中的体积变化，引起待混合流体不断的分散与聚集，提高混合效率。同时，陶瓷材料具有耐高温，耐有机溶胀，耐化学腐蚀的优点，保证了装置的使用稳定性，可用于多种服役环境。该静态混合装置操作简单，便于自动化运行与清洗维护，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及静态混合装置领域，具体地说是一种基于三维开孔泡沫陶瓷材料的静态混合装置及其应用。

背景技术

混合是指用机械的或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作，广泛应用于湿法冶金、生物医药、石油化工、食品工业等领域。然而，传统的工业混合装置存在着占地面积大、处理时间长、混合效率低、能耗高等诸多不足。因此，高效、节能的混合装置的开发与应用已逐渐成为研究热点。

静态混合器是20世纪70年代初开始发展的一种没有运动部件的被动式混合装置，其基本原理是利用固定在管内、柱内或反应器内的无动力结构单元来改变流体的流动状态，从而达到不同流体之间或同一流体内不同组分之间良好分散与充分混合的目的。静态混合器适用于很宽的流体粘度范围(～10⁶mPa·s)，能在层流、过度流、紊流等不同流型下，进行间歇操作或连续操作，主要应用于均化过程、强化传热、强化传质、强化化学反应过程。由于具有装置小型化、操作简易、节约能源等诸多优点，静态混合器受到广泛关注。然而，目前静态混合器仍面临若干技术问题：结构方面，流体易出现返混且分散粒度难以控制，导致混合效率较低，混合段较长；材料方面，常见静态混合器的构成材料不耐高温、不耐有机溶胀与化学腐蚀，限制了其服役行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维开孔泡沫陶瓷材料的静态混合装置及其应用，解决现有技术中混合效率低、材料不耐高温与腐蚀、能耗高、设备占用空间大等问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于三维开孔泡沫陶瓷材料的静态混合装置，该静态混合装置由管状容器和填充于管状容器中的混合元件构成，其中混合元件全部或部分是三维开孔泡沫陶瓷材料。

所述混合元件的宏观形状是以下形状中的一种或两种以上的组合：圆柱状、圆片或半圆片状、圆环或圆筒状、圆锥或圆锥筒状、圆台或圆台筒状、扭转螺旋片状、螺旋状、叠层波纹片状、多叶螺旋桨状。

所述三维开孔泡沫陶瓷材料的网孔尺寸为5ppi～100ppi，孔隙率为5％～95％。

所述三维开孔泡沫陶瓷材料，其网孔尺寸和/或孔隙率是均匀的或不均匀的。

所述三维开孔泡沫陶瓷材料的组成材质含有碳化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氮化硅中的一种或两种以上。

所述管状容器的组成材质为金属或合金、玻璃、有机高分子材料、陶瓷材料中的一种或两种以上。

所述静态混合装置应用于液-液混合、气-液混合、气-气混合或气-固混合。

所述静态混合器装置应用于萃取、均相催化反应、多相催化反应、传热或换热、水处理。

本发明的设计思想是：

三维开孔泡沫陶瓷材料是一种具有网络骨架结构的多孔材料，其三维连通的空腔可以作为流体通道，而泡沫骨架可以对流体的流动进行打散与变向，实现高效的静态混合功能。同时，陶瓷材料具有耐高温，耐有机溶胀，耐化学腐蚀的优点。因此，针对现有静态混合技术的不足，结合三维开孔泡沫陶瓷材料的结构与材料优点，将其引入静态混合器的结构设计中，成功研制出一种基于三维开孔泡沫陶瓷材料的静态混合装置。

本发明具有如下优点及有益效果：