一种撞击反应装置的制作方法

本实用新型属于纳米材料制备装置技术领域，尤其涉及一种撞击反应装置。

背景技术：

纳米材料因其具有块体材料所没有的独特物理、化学性质而受到了广泛关注，利用这些特性，纳米材料可以广泛的应用于包括生物医药、环境处理、催化、新能源、电子电气等领域在内的几乎全部工业领域。据统计，全球的纳米技术相关市场规模在2009年就达到了910亿美元，而且每三年纳米材料相关的产品数量和相关从业人员就会翻一番，到2020年，市场规模预计可达3万亿美元，并提供约600万个工作岗位，因此世界各国都十分重视纳米材料的产业化。

纳米材料的性能、价格和应用在很大程度上与其制备方法有关，经过多年研发，人们已经能够在实验室里采用多种方法制备出多种形貌和结构的纳米材料。其中以原子、分子为基本单元，通过原子、分子的聚集和组装制备纳米材料的湿化学法路线，具有设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制精确、易于放大等优点，成为了目前实验室和工业生产上广泛采用的纳米材料的制备方法。

通常，湿化学法制备纳米材料都是在反应釜中进行的，依次向反应釜中加入各种反应原料，在机械搅拌下物料混合反应制备出纳米材料。对于一个化学反应过程来说，三传即动量传递、热量传递和质量传递，和一反即化学反应相互影响且密不可分。对于一些反应速度慢、三传要求不高的反应，采用釜式反应是合适的。而对于那些反应在不到一分钟内就进行完全的快速反应来说，釜式反应的三传速度就显然跟不上反应速度，以致所制备得到的纳米材料存在严重的尺寸分布宽、团聚严重、稳定性和一致性差等诸多问题。

在还原法制备纳米银的反应中，如以硼氢化钠或是水合肼作为还原剂，与硝酸银溶液反应制备银纳米颗粒，硼氢化钠或水合肼溶液一旦与硝酸银溶液接触，就会迅速反应并放出大量的气泡。如果是在大容积的反应釜中采用这一方法制备纳米银颗粒，加入的硼氢化钠或水合肼溶液根本不可能在反应开始前实现在硝酸银溶液中的均匀混合，就会导致先反应出来的纳米银颗粒作为种子，而随后的反应产物使已生成的纳米银颗粒不断长大，以致最终的产物颗粒尺寸分布宽、形貌不均一。

此外，在采用化学还原法制备纳米银颗粒的反应过程中，很容易在反应容器的器壁上附着生成一层致密的银层，银层的存在会影响随后反应的进行，使得新生成的银优先附着在该银层上，随着反应的持续进行，该银层逐渐增厚，并在反应液流的不断冲击下，成片的剥离脱落，严重影响到最终产物的性能稳定性和一致性。常用的玻璃、金属等材质，银很容易附着在上面，因此，如何选择制造银不能附着生长的反应容器就一直是纳米银制备过程中的最大难题。

因此，对于这一类反应速度很快、对三传要求很高、产物又易在容器壁上附着生长的单质纳米银或银复合材料的反应来说，要实现对反应的稳定可控，以及大规模的工业生产，有必要研发新颖的反应装置与方法。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种撞击反应装置，解决了快速反应的三传和反应速度不匹配的问题，而且物质反应时不与器壁接触，很好的解决了反应产物附着在器壁上的问题。

对此，本实用新型采用的技术方案为：

一种撞击反应装置，其包括撞击反应器和反应容器，所述撞击反应器位于反应容器的上部开口处；所述撞击反应器的中部设有中央通道，在位于中央通道的周围设有偶数个对称的导流道，相对称的导流道之间的夹角为30~150°，撞击反应器所述导流道、中央通道的延长线相交于撞击反应器的下方、并位于反应容器的腔体中部。

作为本实用新型的进一步改进，所述相对称的导流道之间的夹角为60~120°。

作为本实用新型的进一步改进，所述撞击反应器的截面为六边形。

作为本实用新型的进一步改进，所述撞击反应器包括侧壁、底面和上表面，所述上表面通过斜面与侧壁连接；所述中央通道的一端开口位于上表面，另一端开口位于底面上；所述导流道的一端开口位于斜面，另一端开口位于底面上。即所述中央通道从上往下穿过上表面然后从底面穿出，所述导流道从斜面穿入然后从底面穿出。

作为本实用新型的进一步改进，所述导流道有2~6个，所述导流道两两以中央通道为中心对称设置。

作为本实用新型的进一步改进，所述反应容器下部设有搅拌装置和出料口。采用此技术方案，受搅拌装置的搅动进一步混合反应和分散，使反应物充分反应并防止团聚。

作为本实用新型的进一步改进，所述反应容器的侧壁设有排气孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述反应容器内设有温控装置。采用此技术方案，可以控制反应容器内的温度。即所述反应容器为温控反应容器

进一步的，所述反应容器的底部为凹面，还可以对产物进行收集。温控反应容器的底部在搅拌装置的搅拌桨处为平面。

所述撞击反应器是引导撞击反应发生的核心部件。中央通道是一种反应物料的导流道，在距离中央通道一定距离的圆上对称布有偶数个导流道，作为另一种或其他多种反应物料的导流道。如果是多种反应物料，则多种反应物料间隔布置。相对称的导流孔道之间的夹角在30~150°间，这样经过导流道的多种反应物料汇集在撞击反应器的下面，液流交会角在30~150°间，液流交汇和反应区在反应容器的腔体中间，就不会与位于撞击反应器下方和周边的反应器壁接触。反应物料在液流交汇区高速撞击混合，同时完成反应。由于几股液流撞击和反应的区域距离器壁较远，因此不会受到器壁的干扰，可视为均相成核反应。连续的反应方式保证了反应的持续稳定进行，很容易实现规模化量产。而且相对空旷的撞击反应区域以及排气孔的存在，对于放热和有气体挥发的反应也可以兼容。

上述技术方案采用的液流撞击反应方式一方面很好的解决了快速反应的三传和反应速度不匹配的问题，另一方面液流撞击交汇反应区在容器腔体中间，不与器壁接触，解决了反应产物附着在器壁上的问题。

该装置具有反应速度快、操作简单、可控性强、适用范围广、放大容易等多种优势，特别适合于工业化快速反应制备多种纳米材料或纳米复合材料，包括但不限于纳米金属单质颗粒、纳米氢氧化物、纳米氧化物以及纳米复合材料等。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的技术方案，一方面很好的解决了快速反应的三传和反应速度不匹配的问题，另一方面液流撞击交汇反应区在容器腔体中间，不与器壁接触，很好的解决了反应产物附着在器壁上的问题。采用该装置得到的纳米材料或纳米复合材料的颗粒尺寸分布窄、形貌均一、团聚少、稳定性和一致性好。

附图说明

图1为本实用新型的一种撞击反应装置的结构示意图。

图2为本实用新型的撞击反应器的剖面示意图。

图3为本实用新型的撞击反应器的俯视示意图。

图4为图3的撞击反应器的导流孔反应物料布置示意图。

附图标记包括：1-撞击反应器，2-中央通道，3-导流道，4-交汇撞击区；5-底面，6-侧壁，7-上表面，8-斜面，10-反应容器，11-搅拌器，12-排气孔，13-出料口，14-出料管；31-第一导流道，32-第二导流道，33-第三导流道，34-第四导流道，35-第五导流道，36-第六导流道。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。以下实施例仅是对本实用新型进行进一步的说明，不应理解为是对本实用新型的限制。

实施例1

如图1~图4所示，一种撞击反应装置，其包括撞击反应器1和反应容器10，所述撞击反应器1位于反应容器10的上部开口处；所述撞击反应器1的中部设有中央通道2，在位于中央通道2的周围设有偶数个对称的导流道3，相对称的导流道3之间的夹角为30~150°，所述导流道3、中央通道2的延长线相交于撞击反应器1的下方的交汇撞击区4、并位于反应容器10的腔体中部。所述撞击反应器1的纵向截面为六边形。所述反应容器10下部设有搅拌器11和出料口13，所述反应容器10的侧壁设有排气孔12。所述导流道3、中央通道2与进料管连接，出料口13与出料管14连接，将反应后的物料排除。

如图2所示，所述撞击反应器1包括侧壁6、底面5和上表面7，所述上表面7通过斜面8与侧壁6连接；所述中央通道2的一端开口位于上表面7，另一端开口位于底面5上；所述导流道3的一端开口位于斜面8，另一端开口位于底面5上。即所述中央通道2从上往下穿过上表面7然后从底面5穿出，所述导流道3从斜面8穿入然后从底面5穿出。

如图1~图4所示，所述导流道3有6个，依次分别为第一导流道31、第二导流道32、第三导流道33、第四导流道34、第五导流道35、第六导流道36，所述第一导流道31与第四导流道34以中央通道2为中心对称设置，所述第二导流道32与第五导流道35以中央通道2为中心对称设置，所述第三导流道33与第六导流道36以中央通道2为中心对称设置，所述第一导流道31与第四导流道34之间、第二导流道32与第五导流道35之间、第三导流道33与第六导流道36之间的夹角为30~150°。在采用上述装置进行生产时，每两个相对称的导流道3分别用于一种物料的流入，如图3所示的撞击反应器一共有六个导流道3，与中央通道2一起可以用于4种物料的流入，即中央通道2用于物料1，第一导流道31与第四导流道34用于物料2、第二导流道32与第五导流道35用于物料3、第三导流道33与第六导流道36用于物料4。各个物料通过中央通道2、导流道3流出撞击交汇在撞击反应器1的下方的交汇撞击区4、并位于反应容器10的腔体中部进行反应，反应快速，而且不与反应容器10的器壁接触，很好的解决了反应产物附着在器壁上的问题。而且相对空旷的撞击反应区域以及排气孔12的存在，对于放热和有气体挥发的反应也可以兼容。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。