专利名称：带有催化表面的混合器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种混合器以及用于混合化合物的方法。
背景技术：
在本领域中众所周知的是，紊流混合是混合化合物的一种方法。紊流混合允许反应的化合物之间更频繁地相互作用。在本领域中已知有各种类型的用于紊流混合的混合装置。在本领域中还众所周知的是，一些化学反应可以通过催化剂加强。通常，催化剂被 认为是通过为反应提供一种替代途径来加强反应，其中，活化能低于没有催化剂的化学反 应的初始途径的活化能。催化剂被认为是参与反应的，但其既不是反应物也不是其所催化 的反应的产物。催化剂自身在整个反应中并不被消耗。因此，期望得到一种用于混合以及用于加强化学反应的改良的设备。
发明内容
本文所披露的实施例涉及一种混合器以及混合器组件，其用于化合物的紊流混合 并用于加强反应物的化学反应以生产产品。本文所披露的实施例包括带有催化表面的混合 器，其中，化学反应被催化剂加强。这些实施例还披露了一种具有表面特征的混合器，其允 许催化剂与化合物之间的相互作用加强。本公开还涉及一种用于化学品的分批混合(batch mix，配合料混合)和连续混合的混合器组件。本文所披露的其他实施例包括处理来自工业 中心的流体的方法。本文披露了用于流体的紊流混合以及加强化学反应的混合器和混合器组件。这种 混合器和混合器组件用于各种方式。例如，这种混合器以及混合器组件可以在实验室中用 于小规模反应。作为另一个例子，这种混合器以及混合器组件可以在工业制造中用于大规 模反应。作为又一个例子，这种混合器以及混合器组件可以是工业中心和/或建筑物的一 部分，其中，排出的化学品在它们被排放到环境中之前已改变。基于本文的披露，本领域技 术人员将容易认识并理解这些以及其它的应用。混合器的一个实施例为带有构造成用于流体的紊流混合的表面的细长形状。本文 中所定义的流体包括，例如，液体、气体、小颗粒固体、以及它们的任何组合。液体的例子包 括但不限于，发电厂或造纸厂的污水。气体的例子包括但不限于，NOx, SOx, CO、CO2, 02、CH4, 以及H2。颗粒固体的例子包括但不限于，聚合物颗粒、或用于制造较长聚合物的较小段的聚 合物。混合器的实施例包括催化剂，承载在表面上；以及表面，其构造成用于当使用混合 器时加强催化剂与化学反应物之间的相互作用。在另一实施例中，表面具有螺旋状构造。螺旋状构造可以包括中央杆，其中，带状 表面围绕中央杆沿螺旋路径旋转。因此，螺旋状构造包括螺杆(screw)状构造。在另一实 施例中，螺旋状构造没有沿着混合器的长轴长度延伸的中央杆。螺旋的方向可以是右旋、左 旋或两者。
在另一实施例中，混合器包括催化套管，该催化套管包围混合器并提供用于加强 化学反应的额外的催化表面。在另一实施例中，电动机连接至混合器。因此，电动机使混合器旋转，产生流体和 /或化学品的紊流混合。在又一实施例中，混合器的一端连接有磁体，并且混合器的旋转可通过磁场实现。 其它方面还包括混合器组件。在一个实施例中，混合器组件包括用于分批混合的 流体容器，其中，适当构造的混合器被插入流体容器内。在另一实施例中，流体容器与温度 控制设备接触。在又一实施例中，流体容器设置成充分靠近磁场发生器。在又一实施例中，混合器组件包括用于连续混合的管道，其中，适当构造的混合器 插入管道内。在混合器的作用下，流体和/或化学品从管道的一端进入且流过管道，并且从 管道的另一端流出。在又一实施例中，组件可以包括催化套管，该催化套管设置在管道内并 且在混合器与管道内表面之间径向地设置，其中，催化套管提供用于加强化学反应的额外 的催化表面。在另一实施例中，混合器组件包括用于连续混合的管道；混合器构件，其中，混 合器构件包括至少两段，一段具有螺旋状构造，而另一段具有多个表面，其中，至少部分表 面上载有催化剂。优选的是多于两段。还优选的是，具有螺旋状构造的一段以及具有多个 表面的一段以交替的方式沿着管道的长轴布置。在另一实施例中，混合器具有第一段和第二段，第一段具有构造成用于流体的紊 流混合的混合器表面；而第二段具有至少一个表面，其中，至少部分的表面载有催化剂，其 中，第一段及第二段线性地设置并且平行于混合器长轴。另一实施例包括减少由工业中心产生的有害于环境的化工副产品的方法。减少来 自气体的有害化学品的方法是一个这样的实施例。处理流进水源中的污水的方法是另一实 施例。参照下面的附图、描述以及权利要求，将更好地理解这些以及其它的特征。
图1是混合器的实施例的透视图，示出了构造为用于流体的紊流混合的混合器表 面以及具有构造为用于加强其上的催化剂与流体之间的相互作用的表面结构的混合器表 面的例子。图2是混合器的另一实施例的侧视图，示出了具有螺旋状构造并且其上具有构造 为用于加强催化剂与流体之间的相互作用的脊状结构的混合器表面的例子。图3A是混合器的另一实施例的侧视图，示出了具有螺旋状构造并且其上具有构 造为用于加强催化剂与流体之间的相互作用的半球状表面结构的混合器表面的例子。图3B是混合器的另一实施例的侧视图，示出了构造为用于加强其上的催化剂与 流体之间的相互作用的脊状表面结构。图3C是混合器的另一实施例的透视图，示出了附设于表面的多个重复凸起表面 结构。图4A是混合器的另一实施例的透视图，示出了带有三段的混合器，第一和第三段 具有用于流体的紊流混合的螺旋状构造的混合表面，而第二段具有至少一个表面，其中，至少部分表面载有催化剂。图4B是图4A的混合器的侧视图。图5A是混合器组件的实施例的透视图，示出了插入流体容器内的混合器，其中，混合器具有螺旋状构造以及构造成用于加强催化剂与流体之间的相互作用的结构，其中， 流体容器与温度控制设备接触。图5B是混合器组件的横截面图，示出了插入流体容器内的混合器，其中，混合器 具有螺旋状构造以及构造成用于加强催化剂与流体之间的相互作用的结构，此外还具有与 混合器相连的电动机。图6A是混合器组件的实施例的侧视图，示出了插入流体容器内的混合器，其中， 混合器具有螺旋状构造以及构造成用于加强催化剂与流体之间的相互作用的脊状结构，此 外还具有连接在混合器的一端处的磁体，以及设置在流体容器外的磁场发生器。图6B是混合器组件的实施例的透视图，示出了插入流体容器内的混合器，其中， 混合器具有螺旋状构造以及构造成用于加强催化剂与流体之间的相互作用的脊状结构，此 外还具有径向地设置在混合器与流体容器内表面之间的催化套管。图7A是用于连续混合的混合器组件的实施例的纵向横截面图。图7B是用于连续混合的混合器组件的实施例的横截面图。图8A是混合器组件的实施例的视图，其中，示出了用于工业中心的两个不同的实 施例。图8B是混合器组件的实施例的视图，其中，示出了用于工业中心的两个不同的实 施例。图9是带有催化套管的混合器的实施例的透视图。图10是包括催化套管的混合器组件的实施例的分解图。
具体实施例方式图1中示出了根据一个实施例的混合器。该实施例是混合器10，其具有混合器第 一端112、混合器第二端114、以及从混合器第一端112延伸至混合器第二端114的混合器 长轴116。图1示出了一个实施例，其中，中央杆118连接于至少一个构造成用于紊流混合 的表面120。虽然图1示出的混合器10具有4个从中央杆118向外径向延伸的方形的表 面120、122、124、126，本领域的技术人员应理解也可以使用其它形状和其它数量的表面以 及其它布置。图1中的表面120、122、124、126载有催化剂。可以优选地，催化剂是贵金属 类型或贵金属合金类型的。不同于大多数贱金属(basemetal)，贵金属是能够抗腐蚀或抗氧 化的金属。贵金属的例子有但不限于，金、银、钽、钼、钯和铑。还可以优选的是，催化剂是生 物催化剂。生物催化剂是具有催化效应的生物分子。生物分子的例子包括但不限于，酶、单 链或双链DNA、RNA、氨基酸、脂肪、磷脂、蛋白质、金属蛋白、辅酶以及它们的组合。本领域技 术人员将易于认识并理解也可以使用其它类型的催化剂。图1还示出了构造成用于在混合时加强该表面载有的催化剂与化学反应物之间 的相互作用的表面结构130的例子。如图1所示，这种结构可以是表面上的凸起部分，以增 加载有催化剂的表面面积的量。因此，催化剂与流体的接触面积增大。本文示出了这种表 面结构的其他例子。本领域技术人员将容易地认识并理解也可以使用其它的结构来达到相同的效果。认为催化剂的这种增大的接触面积将增加催化剂与流体中的反应化合物之间相 互作用的概率。因此，这样的增加将加强整个化学反应，例如通过但不限于这些参数，反应 物的更快反应时间，产品的更快生产，和/或反应物的更有效利用以生产更高产量的产品。图2中示出了混合器20的实施例，其中，混合器表面220具有螺旋状构造。在该 实施例中，混合器表面220类似于具有沿着中央杆222的螺旋构造的带状物，该中央杆限定 该实施例的混合器长轴224。螺旋状混合器表面220具有表面结构226，例如从中央杆222 延伸(扩展)出的、构造成用于增加表面面积并在混合时产生紊流的凸起的脊。图2中的 实施例在螺旋状表面上、以及在从中央杆222且远离该中央杆延伸出的凸起的脊226处载 有催化剂。因此，催化剂与流体的接触面积增大。图3A、3B和3C示出了具有螺旋状构造表面的混合器30、40、45的其它实施例。混 合器30、40、45的每个实施例都具有混合器表面320、420、450，该混合器表面具有围绕中心 轴线322、422、452扭曲的至少两个主表面。这种围绕中心轴线的扭曲既可以是左手螺旋状 扭曲也可是右手螺旋状扭曲或者两者的组合。参照图3A，混合器30的实施例示出了带有分散的凸半球状表面结构324的混合器 表面320的例子。这些结构是用于加强催化剂与流体之间的相互作用的构造的另一例子。 参照图3B，混合器40的实施例示出了带有规律重复交替的凸起和凹陷的脊和谷 表面结构424的混合器表面420的例子。参照图3C，混合器45的实施例示出了具有多个远离混合器长轴延伸出并以角度 454连接至表面的突出结构的混合器表面450的例子。多个突出结构454可以以直角或任 何其它角度连接至表面450。在另一实施例中，多个突出结构可以连接至基本上平行于混合 器长轴的中央杆，其中，多个突出结构基本上为金属丝状。在该实施例中，多个突出结构中 的至少一部分载有催化剂。因此，具有催化剂的多个突出结构具有较高的表面面积并同时 导致流体的紊流混合。如图3A、3B以及3C所示，构造成用于加强催化剂与流体的相互作用的表面结构 324、424、454例如可以是但不限于，凸起部分、凹陷部分、半球状隆起、半球状凹陷、脊、谷或 它们的任何组合。本领域技术人员将容易地认识并理解也可以使用其它的结构来获得催化 剂与流体之间增强的相互作用。如图4A和4B所示，增强化学反应的用于混合流体的混合器47的实施例可以具有 多段，其中，每段构造成用于实现特定功能。例如，在图4A和4B中，其中示出的混合器47 具有三段460、461、462。不过，预见混合器可以具有两段或更多段。这些段沿着混合器47 的长轴以任何顺序设置。在图4A和图4B中，其中示出了第一段460具有混合器表面470， 该混合器表面具有用于流体的紊流混合的螺旋状构造。第三段462也具有混合器表面472， 该混合器表面具有用于流体的紊流混合的螺旋状构造。螺旋状构造可以是左手螺旋、右手 螺旋或两者的组合。在该实施例中，第二段461沿着混合器47的长轴设置在第一段460与 第三段462之间。第二段461具有至少一个表面490，并且优选地多于一个表面，其中，该表 面的至少一部分载有催化剂。因此，图4A和4B所示混合器47的实施例允许流体的紊流混 合并且同时加强了流体的化学反应。现在把注意力转到图5A。图5A示出了混合器组件50，其中，混合器510的实施例 类似于图3A的实施例。图5A示出的混合器组件50包括流体容器512的实施例，该流体容器具有开口端514、封闭端516、内表面518和内径520。混合器510插入流体容器512的内部区域522中，使得混合器长轴524平行于流体容器512的纵向中心轴线526。图5A示出了具有温度控制设备530的混合器组件50的构造的实施例，该温度控 制设备设置成与流体容器512相接触。如图5A所示，温度控制设备530设置在流体容器 512的底部处。因此热能可以在流体容器512的内部区域522与温度控制设备530之间传 递。例如，温度控制设备530可以构造为向流体容器512输入热能，接着流体容器512将热 能传递给流体容器512的内部区域522。因此装在流体容器512内的流体能够接收被传递 的热能。被传递的热能可以转化成动能，以加强反应物的分子运动，从而获得比化学反应所 需的激活能级高的能态。因此，这将加强混合器组件50内的整个化学反应。在本实施例的范围内的还有，热能可以从内部区域522传递至流体容器512，然后 从流体容器512传递至温度控制设备530。对于某些已知为放热反应的化学反应，在反应完 成之后，产生过剩能量在产品中。该过剩能量通常表现为热能。因此，可能希望从化合物中 转移该过剩热能。因此，温度控制设备530可以包括冷却功能，使得流体容器512被冷却以 吸收流体内的过剩热能。例如，这种温度控制设备530可以用于将流体保持在恒定温度，无 论化学反应产生多少过剩热能。图5B示出了混合器组件60，其中，具有螺旋状表面622的混合器620插入流体容 器612内。混合器表面结构具有构造成用于加强催化剂与流体的相互作用的脊624。靠近 流体容器612的开口端622的是与混合器620的第一端632相连的电动机630。电动机630 的启动为混合器620围绕混合器620的长轴634的旋转供以动力。虽然未示出，本领域技 术人员应理解也本文公开的其它混合器实施例可以以这种方式构造。图6A示出了混合器组件70的另一实施例，其包括插入锥形烧瓶(Erlenmeyer flask) 712内的混合器720。示出的锥形烧瓶712仅是一个例子，并且也可以使用具有不同 形状的其它类型的烧瓶。混合器70包括连接于混合器第二端724的磁体722。在这个具体 的实施例中，磁体的磁极设置成与混合器长轴726垂直。烧瓶712外是磁场发生器730，该 磁场发生器730设置在连接至混合器720的磁体722的附近。磁场发生器730在被启动时 产生磁场，使得连接至混合器720的磁体722受影响。磁场发生器730可以影响磁场，使得 连接至混合器720的磁体722围绕混合器长轴726旋转。该旋转为混合器720的混合运动 供以动力，以产生装在烧瓶712内的流体的紊流混合。图6B示出了混合器组件80的另一实施例，其中，催化套管810插入流体容器812 中，径向地设置在混合器820与流体容器812的内表面822之间。催化套管810具有环状 结构824以及连接于环状结构824的至少一个套管表面826，该套管表面远离环状结构824 朝向流体容器812的内表面822径向地延伸。套管表面826的至少一部分载有用于加强化 学反应的催化剂。催化套管810是又一实施例，其中，为反应物引入额外的催化表面，这可 以加强整个化学反应。虽然，图6B仅示出了三个套管表面826、827、828，本领域技术人员应 理解可以使用任何数量的套管表面。图7A还示出了用于流体的连续混合的混合器组件90的又一实施例。混合器组件 90包括插入管道920中的混合器910。混合器910具有螺旋状构造的混合器表面912。管 道920具有供流体进入的第一端922、以及供流体流出的第二端924。管道920包括具有混 合器912的内部区域926以及内部区域926的内径930，该内径大于混合器短轴932的长度。混合器910设置成使得混合器长轴934平行于管道中心轴线936。如图7A所示，流体从第一端922进入所示区域。具有螺旋状表面912的混合器910 导致流体的紊流混合，其中，载有催化剂的混合器表面结构940加强流体的化学反应。当流 体从管道920的第一端922流至管道920的第二端924时，混合器910的结构可以加强整 个化学反应。图7B中示出了该实施例如何可以由大型工业机械使用的例子。图7B示出了具有混合器组件管道900的实施例。例如，第一方向箭头1001指示 包含反应物的流体的输入。例如，第二方向箭头1002指示包含产品的流体的输出。图7B 还示出了连接至混合器990的端部994的电动机1010。图7B的电动机1010示出了在该实 施例中可以如何驱动用于紊流混合的混合器的旋转。通常，以上公开的表面结构构造成用于加强催化剂与流体之间的相互作用。因此， 预见以上公开的任何实施例的表面结构均可以构造成，例如但不限于，凸起部分、凹陷部 分、半球状隆起、半球状凹陷、脊、谷、孔或它们的任何组合。表面结构的尺寸可以是规则的 或者表面结构的尺寸可以是不规则的。表面结构可以有规则地设置在表面上或随机地设 置。本领域技术人员应容易地认识并理解也可以使用其它结构来实现催化剂与流体之间增 强的相互作用。图8A是示出了工业中心1100的卡通图，其中，工业中心1100的某一部分被放大， 以进一步示出剖开的部分1150、1160。工业中心的实例是造纸厂，但其他类型的工业中心也 将受益于本文披露的实施例的优点。这样的工业中心1100可以具有各种管道结构，从而运 输各种流体。可以用本发明的实施例来构造这种管道结构，使得紊流混合和催化反应均可 以使得将被排放到环境中的有害化学品减少。例如，图8A示出了结合有本发明的实施例的 烟囱(smokestack) 1102。这种具有管道结构1104的烟囱1102可以包括混合器1106，该混 合器具有构造成用于在各种气体从烟囱1102向上排出时使气体紊流混合的表面1108。当 混合器1106加强气体的紊流混合时，于下端进入烟@ 1102的各种有害气体可以与混合器 1106上载有的催化剂发生反应。混合器1106的表面1108具有构造成用于增强催化剂与有 害气体反应物之间的接触的结构1110。因此，当气体流体离开烟囱1102并进入环境中时， 有害气体的量可显著减少。图8B所示的工业中心1250也具有烟囱1260，该烟囱被放大以进一步示出横截面 图1280。烟囱1260是用于气态流体从工业中心1250流入环境中的管状结构1262。烟囱 1260的内表面1263具有多个突出物状结构1264，这些结构是从烟囱1260的内表面1263 突出的固定突出物，并且被构造成相对于烟囱1260的内表面1263成一定角度，以导致气态 液体的紊流混合。烟囱1260的内表面1263或突出物状结构1264或两者可载有催化剂，以 加强用于气态流体的处理的气态流体流的化学反应。根据实施的方法可以被减少的各种有害气体的例子包括但不限于，一氧化碳 (CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)以及硫氧化物(SOx)。许多工业中心还具有通向环境(例如，水源1202、1254)的排污管。水源1202、1254 的例子包括但不限于，湖泊或河流。用于处理废污水的混合器组件1204的实施例在图8A 中示出，其中，混合器1206插入管状管道1200中。例如，混合器1206具有构造成用于使其 上载有的催化剂紊流混合的表面1208，并且混合器的表面具有构造成用于在流体流下管道 1200时增加催化剂与流体之间的接触的结构1210。
图8B是示出了工业中心1250的另一卡通图，该工业中心具有各种管道结构，所述 管道结构被放大以进一步示出横截面部分1280、1290。例如，工业中心1250可以具有用于 使污水1252流到水源1254中的管道结构。用于污水1252的流动的管道结构构造成带有 混合器构件1256，该混合器构件具有螺旋状构造。混合器构件1256具有表面1257，该表面 载有用于污水处理的催化剂。因此，当有害流体从工业中心流出并流下管道1252时，本实 施例的混合器构件1256能够增强管道1200内的化学反应。增强的反应能够导致对废污水 的更好处理。对污水的这种处理的例子包括改变污水流体的PH值，使得水源1202较少地 受到由于污水的流出导致的水源1202、1254的PH值的突然改变的影响。作为实施例，披露了一种用于工业污水的处理的方法。工业污水将对水源以及其 中的活体造成危害。因此，当这种有害流体离开工业中心1100、1250并流下具有例如但不 限于如以上图8A和8B所披露的管状结构的管道1200、1252时，混合器组件构造成用于加 强管道1200、1252内的化学反应，以通过加强污水的处理来减少有害化学品的量。可以优 选的是，用于工业污水的处理的方法中所用的催化剂是贵金属或贵金属合金类型。与大多 数贱金属不同，贵金属是抗腐蚀或抗氧化的金属。还可以优选的是，工业污水的处理的方法 中所用的催化剂是四氨基大环配体分子。四氨基大环配体分子是与过氧化氢及各种其它氧 化物一起工作以分解很多种污染物的催化剂。四氨基大环配体分子的铁复合物也是氧化催 化剂。还可以优选的是，催化剂是生物催化剂。生物催化剂是具有催化作用的生物分子。生 物催化剂的例子包括但不限于，酶、单链和双链的DNA、RNA、氨基酸、脂肪、磷脂、蛋白质、金 属蛋白、辅酶以及它们的组合。例如过氧化物酶的酶是优选的。本领域技术人员将容易地 认识并理解也可以使用其它类型的催化剂 。一种实施例的方法允许污水中的氧(O2)浓度水平升高。另一种实施例的方法可加 强化学反应，其中，某些化学品反应成较低危害的产物。这些方法的例子包括污水中的含分 子离子的某些氮的氧化反应和/或还原反应。含分子离子的氮的例子包括，例如，铵(NH4+)、 硝酸盐(NO3-)和亚硝酸盐(NO2-)。用于工业污水的处理的方法中可以被加强的化学反应包 括脱氮作用。脱氮作用是将含分子离子的氮还原成气态氮(N2)的过程。利用被实施的其 它方法来处理污水，使得当污水离开管道并进入水源时，污水具有在约6. 0至约8. 5范围内 的PH值。本领域技术人员将容易地认识并理解，对于来自工业中心的污水的处理，其它类 型的化学反应也可以被加强。期望的化学反应的加强取决于来自特殊工业中心的特殊废污 水内的化学品的各种类型。因此，本领域技术人员也将容易地认识并理解可以使用什么样 的催化剂来实现加强流体的所期望的化学反应。图9示出了带有催化套管1302的混合器1300的实施例。图9示出了混合器构 件1304，该混合器构件带有构造成用于紊流混合的表面1306，其进一步具有螺旋状构造， 其中，该表面包括构造成用于增加其上载有的催化剂与流体的接触的表面结构1308、1309。 该实施例示出了混合器构件1304的表面1306上的交替的脊与谷的表面结构1308以及重 复的半球状隆起结构1309。此外，图9示出了根据本发明的至少一个方面的催化套管1302 的实施例。如图所示，催化套管1320包括第一环状结构1310和第二环状结构1312。四个 套管表面结构1314、1315、1316、1317连接至第一环状结构1310和第二环状结构1312。套 管表面结构1314、1315、1316、1317从环状结构1310、1312向外延伸。至少部分的套管表面 结构1314、1315、1316、1317在其上载有催化剂。虽然所示套管表面结构1314、1315、1316、1317大体上为平面方形表面，表面结构也可以具有各种形状而不需要是平面。本领域技术 人员将容易地认识并理解到也可以使用其它的形状和结构。本领域技术人员还将容易地认 识到还可以使用不同数量的套管表面结构。例如，催化套管可以包括多个环状结构和/或 多个套管表面结构。现在参照图10，这里所示的实施例是混合器组件1400的分解图，该混合器组件包 括管道1402、混合器构件1404以及催化套管1406。在这点上，能够更好地理解该实施例的 另一优点。虽然通常催化剂在整个化学反应中并不被消耗，但实际上，催化剂在多次使用后 可能变得不是很有效。例如，催化剂可能变成被氧化的，因此催化剂的电子传输特性可能减 小。作为另一例子，催化剂可能变成覆盖有不希望的非反应化学品，因此在使用一段时间后 阻挡了催化剂与反应物之间的接触。作为又一例子，对于生物催化剂，在使用一段时间后生 物材料可能退化。因此，会期望再装载、清洁或再沉积催化剂，以继续使用混合器组件1400 来加强化学反应。如图10所示，包括混合 器构件1404和催化套管1406的混合器组件1400 例如将允许使用者从管道1402中取出并分离混合器构件1404和催化套管1406，以用于重 激活、重装载、清洁和/或更换催化剂。这在如果管道1402是工业中心的一部分或复杂设 备的一部分而使得难于进入管道1402的内表面的情况下是尤其有利的。本领域技术人员 还将容易地认识并理解该实施例的其它优点。为了说明的目的已经描述了优选实施例。本领域技术人员将理解，在不背离本发 明的范围的前提下，各种修改和替换都是可能的，本发明的范围包括其等同物的全部范围。
权利要求
一种用于混合流体并加强化学反应的混合器，包括混合器第一端；混合器第二端；混合器长轴，从所述混合器第一端延伸至所述混合器第二端；混合器短轴，其垂直于所述混合器长轴；混合器表面，构造成用于所述流体的紊流混合；以及表面结构，构造成用于加强所述催化剂与所述流体的相互作用；其中，所述表面结构的至少部分包括承载在所述混合器表面上的催化剂。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述表面结构设置在所述混合器表面上，并且 所述表面结构从以下各项组成的组中选出凸起脊、凸起半球结构、交替凸起和凹陷的脊和 谷的结构、远离所述混合器长轴延伸的多个突出结构、所述表面的凸起部分、所述表面的凹 陷部分、半球状隆起以及半球状凹陷。
3.根据权利要求1所述的混合器，进一步包括第一段，其中，所述混合器表面设置在所述第一段中；以及 第二段，包括至少一个表面，其中，所述表面的至少部分包括 催化剂，承载在所述表面的所述部分上；其中，所述第一段和所述第二段线性地设置并且平行于所述混合器长轴。
4.根据权利要求1所述的混合器，进一步包括催化套管，所述催化套管包括 环状结构；以及至少一个套管表面，连接于所述环状结构并远离所述环状结构的中心径向地延伸； 其中，所述套管表面的至少部分包括承载在其上的所述催化剂； 其中，所述混合器设置在所述环状结构内。
5.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述混合器表面进一步包括螺旋状构造。
6.根据权利要求5所述的混合器，进一步包括附设于所述混合器第二端的磁体。
7.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述催化剂包括贵金属。
8.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子。
9.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子的铁复 合物。
10.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述催化剂包括生物催化剂。
11.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述催化剂包括酶。
12.根据权利要求11所述的混合器，其中，所述酶包括过氧化酶。
13.—种包括根据权利要求1所述的混合器的用于分批混合流体 并加强化学反应的组件，进一步包括流体容器，包括 开口端； 封闭端；中心轴线，从所述开口端延伸至所述封闭端； 内部区域；内表面，以及；所述内部区域的内径，垂直于所述中心管轴线； 其中，所述内部区域的所述内径大于或等于所述混合器短轴； 其中，所述混合器插入所述流体容器的所述内部区域中使得所述混合器长轴和所述中 心轴线相互平行。
14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述混合器表面进一步包括螺旋状构造。
15.根据权利要求14所述的组件，进一步包括连接于所述混合器第一端的电动机。
16.根据权利要求14所述的组件，进一步包括 磁体，附设于所述混合器第二端，以及磁场发生器，设置在所述流体容器外；其中，当所述磁场发生器启动时，附设于所述混合器第二端的所述磁体受影响并且导 致所述混合器围绕所述混合器长轴旋转。
17.根据权利要求14所述的组件，进一步包括催化套管，所述催化套管径向地设置在 所述混合器与所述流体容器之间，所述催化套管包括环状结构；至少一个套管表面，连接于所述环状结构并且从所述环状结构朝向所述流体容器的内 表面径向地延伸；其中，所述套管表面的至少部分包括承载在其上的催化剂。
18.根据权利要求17所述的混合器，其中，所述催化剂包括贵金属。
19.根据权利要求17所述的混合器，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子。
20.根据权利要求17所述的混合器，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子的铁 复合物。
21.根据权利要求17所述的混合器，其中，所述催化剂包括生物催化剂。
22.根据权利要求17所述的混合器，其中，所述催化剂包括酶。
23.根据权利要求22所述的混合器，其中，所述酶包括过氧化酶。
24.根据权利要求13所述的组件，进一步包括温度控制设备，所述温度控制设备设置 为与所述流体容器相接触，其中，所述流体容器进一步构造成在所述内部区域与所述温度 控制设备之间传热。
25.—种包括根据权利要求1所述的混合器的用于连续混合流体并加强化学反应的组 件，进一步包括管道，包括第一管端， 第二管端，中心管轴线，从所述第一端延伸至所述第二端， 内部区域， 内表面，以及所述内部区域的内径，垂直于所述中心管轴线；其中，所述内部区域的所述内径大于或等于所述混合器短轴；其中，所述混合器插入所述管道的所述内部区域中使得所述混合器长轴与所述中心管轴线相互平行。
26.根据权利要求25所述的组件，其中，所述混合器表面的表面进一步包括螺旋状构造。
27.根据权利要求26所述的组件，进一步包括温度控制设备，所述温度控制设备设置 为与所述管道相接触，其中，所述管道构造为在所述内部区域与所述温度控制设备之间传 热。
28.根据权利要求26所述的组件，进一步包括催化套管，所述催化套管径向地设置在 所述构件与所述流体容器之间，所述催化套管包括环状结构；以及至少一个套管表面，连接于所述环状结构并且从所述环状结构朝向所述流体容器的内 表面径向地延伸；其中，所述套管表面的至少部分包括承载在其上的所述催化剂。
29.根据权利要求28所述的混合器，其中，所述催化剂包括贵金属。
30.根据权利要求28所述的混合器，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子。
31.根据权利要求28所述的混合器，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子的铁 复合物。
32.根据权利要求28所述的混合器，其中，所述催化剂包括生物催化剂。
33.根据权利要求28所述的混合器，其中，所述催化剂包括酶。
34.根据权利要求33所述的混合器，其中，所述酶包括过氧化酶。
35.一种用于连接混合流体并加强化学反应的组件，包括 混合器，包括混合器第一端， 混合器第二端，混合器长轴，从所述混合器第一端延伸至所述混合器第二端， 混合器短轴，其垂直于所述混合器长轴，以及 混合器表面，其中，所述混合器表面具有用于所述流体的紊流混合的螺旋状构造；以及 管道，包括第一管端， 第二管端，中心管轴线，从所述第一管端延伸至所述第二管端，内部区域，以及内表面，包括至少一个内部表面结构，催化剂，承载在所述内表面结构的至少部分上，其中，所述内表面结构构造成用于加强所述催化剂和所述流体的相互作用，以及所述内部区域的内径，垂直于所述中心管轴线，其中，所述内部区域的所述内径大于或等于所述混合器短轴；其中，所述混合器插入所述管道的所述内部区域中使得所述混合器长轴与所述中心管轴线相互平行。
36.一种降低来自具有烟囱的工业中心的废气中的污染物浓度水平的方法，包括步骤设置烟 ，包括 第一烟囱端， 第二烟囱端，中心轴线，从所述第一烟 端延伸至所述第二烟囱端， 内部区域，以及 内表面，包括 至少一个内表面结构，催化剂，承载在所述内表面结构的至少部分上， 其中，所述内表面结构构造成用于所述废气的紊流混合；其中，所述废气在所述烟 的所述内部区域中从所述第一烟 端流至所述第二烟囱端；其中，所述内表面结构导致所述废气的紊流混合； 其中，所述废气与所述催化剂接触以进行化学反应；并且 其中，所述化学反应降低了所述废气中的污染物浓度水平。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述污染物是一氧化碳(CO)。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述污染物是二氧化碳(CO2)。
39.根据权利要求36所述的方法，其中，所述污染物是氮氧化物(NOx)。
40.根据权利要求36所述的方法，其中，所述污染物是氧化硫(SOx)。
41.根据权利要求36所述的方法，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子。
42.根据权利要求36所述的方法，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子的铁复 合物。
43.一种用于来自工业中心的污水的处理方法，包括步骤 设置构造成用于所述污水的流动的混合器组件，包括 混合器，包括混合器第一端， 混合器第二端，混合器长轴，从所述混合器第一端延伸至所述混合器第二端； 混合器短轴，其垂直于所述混合器长轴；以及 混合器表面，其中，所述混合器表面具有用于所述污水的紊流混合的螺旋状构造以及承载在所述混 合器表面的至少部分上的催化剂，以及 管道，包括管道第一端， 管道第二端，中心管轴线，从所述管道第一端延伸至所述管道第二端， 内部区域，以及所述内部区域的内径，垂直于所述中心管轴线，其中，所述内部区域的所述内径大于或等于所述混合器短轴，其中，所述混合器插入所述管道的所述内部区域中使得所述混合器长轴与所述中心管 轴线相互平行；其中，所述污水在所述管道的所述内部区域中从所述管道第一端流至所述管道第二端；其中，所述混合器表面导致所述污水的紊流混合； 其中，所述污水接触所述催化剂，允许化学反应；并且 其中，所述化学反应导致所述污水的处理。
44.根据权利要求43所述的污水的处理方法，其中，所述化学反应增加了污水中氧 (O2)的浓度水平。
45.根据权利要求43所述的污水的处理方法，其中，所述化学反应降低了污水中含离 子的氮的浓度水平。
46.根据权利要求45所述的污水的处理方法，其中，用于降低含离子的氮的浓度水平 的化学反应是脱氮反应。
47.根据权利要求43所述的污水的处理方法，其中，所述化学反应影响所述污水的PH 值，使得所述第二管端处的污水的PH值在约6. 0至约8. 5的范围内。
48.根据权利要求43所述的方法，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子。
49.根据权利要求43所述的方法，其中，所述催化剂包括四氨基大环配体分子的铁复 合物。
全文摘要
提供一种用于紊流混合并加强化学反应的混合器以及混合器组件。还提供一种使用混合器以及混合器组件来处理流体的方法。该混合器大体上包括第一端和第二端、构造成用于紊流混合的表面、在该表面上载有的催化剂、以及构造成用于增加催化剂与反应物的相互作用的表面结构。混合器组件大体上包括插入流体容器或管道中的混合器，并且还可以包括用于加强催化剂与反应物之间的相互作用的催化套管。
文档编号B01D53/86GK101848761SQ200880112142
公开日2010年9月29日 申请日期2008年8月14日 优先权日2007年9月18日
发明者加里·R·耶恩贝里 申请人:加里·R·耶恩贝里