成果简介
本技术属于过程强化技术领域，尤其创新地采用超重力与微界面强化耦合的工艺，大幅度地提高了相界面积和质能传递效率，使化学反应过程的效率成倍甚至几十倍地提升、能耗物耗大幅降低、安全环保性能得到本质改善。采用超重力-微界面传质强化碳化技术，使二氧化碳气泡粒径达到微米级，强化了气液微观传质过程，极大地提高了碳化反应速率。目前应用超重力-微界面传质强化碳化技术制备了立方形、棒状纳米、球形等多种粒径均一、形貌规整的纳米碳酸钙。
超重力碳化法技术是利用填充床高速旋转所产生的几十到几百倍的重力离心加速度而获得超重力环境，强化了气液相间传质和微观混合，但该工艺存在技术复杂、设备投资大和能耗高、操作控制困难和生产成本高等因素，使得该技术应用受到一定限制，阻碍了该技术生产的工业化大规模应用。本技术基于低能耗的超重力，并利用具有微米级高纯气、液涡流能量转换的微界面传质进一步加快气-液-固相间的传递，从而获得低能耗、高效率的微观传质。
超重力—微界面反应技术装置由原料贮存罐、低能耗超重力装置、微界面反应器、低温冷却器和CO2气体钢瓶等组成。在强大的低能耗超重力作用下，石灰乳和CO2的气液相界面传递面积在数量级上大幅度地提升，极大地强化了气—液微观传质，从而提高了Ca(OH)2的气液溶解速率和CO2气体的吸收速率，大大地缩短了碳化反应时间。传质和微观混合采用仅是常规超重力装置的能耗1/10～1/15 的低能耗超重力装置与微界面传质强化技术相结合，使碳化反应时间从1 h～2 h缩短为15～20 min,有效地提高了碳化反应的效率。而且该碳化反应装置投资较小，有利于其工业化过程放大与实验调控。
应用前景
目前，纳米碳酸钙的制备方法主要有连续式和间歇式鼓泡碳化法、连续式和间歇式喷雾碳化法、超重力碳化法、加压碳化法和复分解法。间歇式鼓泡碳化法生产碳酸钙设备简单、能耗低、投资少、易操作，是国内大多数厂家采用的方法，该生产工艺来源于轻质碳酸钙传统制备方法，间歇式鼓泡碳化法具有成本低、能耗低、操作简单等显著优点，但同时也存在碳化时间长、产品晶体形貌不均一、颗粒粒径分布宽等缺点。连续喷雾碳化法是日本白石公司在20世纪70年代开发的一种碳化新工艺。该工艺通过离心泵输送液相石灰乳至塔顶部喷淋而下，气相从塔底部进入，形成气液两相的对流传质碳化反应过程。但该工艺设备投资大，技术较复杂，操作难度大，目前在我国应用较少。超重力碳化法强化了传质，缩短了反应时间，但是同样存在技术复杂，能耗高、投入大的缺点。
超重力技术与微界面气-液-固传质强化技术耦合，极大加快了传质过程，缩短反应时间，并且反应更可控，纳米碳酸钙的形貌均一、粒径分布窄；同时克服了传统超重力设备复杂、能耗高、投资大的缺点。
成熟度
已完成实验室小试及中试放大实验。
成果展示
图1 超重力-微界面反应器及其核心反应器：(a) 超重力-微界面反应器，(b) 超重力装置，(c) 微界面装置
图2 部分纳米碳酸钙产品SEM图（依次为球形、针状、棒状）
知识产权情况
成果完成人
化学化工学院：童张法
成果转化，请联系成果与合作处，联系人：刘老师，联系电话：0771-3272162。