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TW202412933A - 錐形旋轉式自旋接觸器 - Google Patents

錐形旋轉式自旋接觸器 Download PDF

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TW202412933A
TW202412933A TW112117587A TW112117587A TW202412933A TW 202412933 A TW202412933 A TW 202412933A TW 112117587 A TW112117587 A TW 112117587A TW 112117587 A TW112117587 A TW 112117587A TW 202412933 A TW202412933 A TW 202412933A
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格倫 麥佛森 湯姆
尼可拉斯 維穆倫
安頓 Ｈ 阮
華納 杰文 Ｌ 惠特尼
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美商紐麥特科技公司
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Abstract

本文提供一種用於使一微粒與一流體接觸之自旋接觸器。該自旋接觸器具有可容納該微粒之一容納區段、一流體入口及一流體出口。該容納區段包含一上部微粒分離器、一下部微粒分離器及一錐形壁。在大多數狀況下，該自旋接觸器包括待操作性地耦接至用於使該自旋接觸器自旋之一部件的一軸桿。該流體經由該流體入口被向上抽吸以接觸該微粒且接著經由該流體出口排出。藉由遞送一流體組成物通過包含微粒之該自旋接觸器來提供一種處理該流體組成物的方法。

Description

錐形旋轉式自旋接觸器
對相關申請案之交互參考：本申請案主張2022年5月25日申請之美國臨時申請案第63/345,870號之優先權，該申請案之全文併入本文中。
本揭露內容係關於一種錐形自旋接觸器，其用於藉助於固體粒子執行生物或化學轉化，或自流體介質進行物理或化學捕獲，或將試劑釋放至流體介質。本揭露內容進一步係關於一種用於使用錐形自旋接觸器執行此操作之方法。
為了最好地利用非均相催化劑及清除劑，非均相反應及吸附速率必須儘可能高。為了使反應速率足夠，較佳使用較小粒子。舉例而言，當測試清除劑曝露於大分子二氯化鈀雙(三苯膦)（palladium dichloride bis(triphenylphosphine)）時，發現粒徑低於150微米之清除劑提供快速的鈀物種移除。然而，700微米大小之清除劑提供慢得多的鈀物種移除。
在習知填充床（packed bed）系統中，必須具有較大大小的粒子以便保持低壓降。然而，隨著粒徑增大，反應速率慢得多。雖然較小粒子為合乎需要的，但其可能更難容納。處理此矛盾之一種方式為使用具有較高密度之材料。
已引入填充有由外部馬達自旋驅動之活性成份填充床的反應器。此反應器浸沒至製程容器中之工作流體中。隨著床反應器旋轉，液體經由離心力被推送出圓柱體之多孔外壁且自頂部及底部被拉動至反應器中。咸信此系統之操作將需要大粒子來限制填充床上之壓降。
提供一種用於使微粒與流體接觸之自旋接觸器。該自旋接觸器具有容納固體微粒之容納區段、下部流體入口及上部流體出口。該微粒可為用於催化流體中之組份以反應的催化劑或用於吸附流體中之組份的吸附劑或清除劑。
該容納區段包含第一微粒分離器、第二微粒分離器及錐形壁。視情況，該自旋接觸器包括待操作性地耦接至馬達之軸桿，該馬達用於使自旋接觸器自旋，從而使得流體經由流體入口向上抽吸以接觸容納區段中之微粒且接著經由流體出口排出。
亦提供一種用於處理流體組成物（fluid composition）之方法，其包含：將流體組成物裝填或遞送至自旋接觸器，該自旋接觸器包含界定用於容納微粒之體積的錐形壁；以足以使所界定體積中之流體組成物內之微粒流體化的速度旋轉自旋接觸器；及使流體組成物與流體化微粒接觸以實行流體組成物之物理或化學轉化。接著將經轉化之流體組成物自自旋接觸器排放，同時將流體化微粒保留在自旋接觸器中。
現已發現，旋轉式流體化床可高效地吸附或解吸附製程容器中之物種或催化反應物。已設計一種適用於小粒徑清除劑及催化劑以增強此等吸附劑及催化劑之反應速率及利用率的自旋接觸器。由自旋接觸器提供之增益藉由最少化所需的活性劑、增加反應速率及降低製程成本來增強終端使用者之擁有成本，製程成本減少係藉由簡化操作來實現的。
圖1中所展示之自旋接觸器10的基本設計包括容納區段11，該容納區段之組態可為錐形或截頭錐形或具有截頭錐形部分與圓柱形部分之組合。圖1之自旋接觸器10包括容納區段11，該容納區段包含主容納區段14。在一具體實例中，圖1之容納區段11可包括圓柱形底部區段13及圓柱形頂部容納區段18。在圖1中，主容納區段14包含界定錐形區段9之錐形壁15，該錐形區段包含倒截頭體；亦即，具有向下定向之頂點。在本文中，錐形亦意謂截頭錐形。在圖1之具體實例中，主容納區段14亦包括包含圓柱形壁31之圓柱形上部區段27。主容納區段14可安置於底部容納區段13與頂部容納區段18之間。容納區段11將在操作期間容納一定體積之流體，該體積可至少部分地由錐形壁15界定。
第一微粒分離器12及第二微粒分離器28約束粒子保留在容納區段14內。分別在容納區段11之頂部及底部處或附近的微粒分離器約束粒子保留在自旋接觸器10內，該等粒子在本文中亦被稱作微粒。當清除劑、吸附劑或催化劑被添加至自旋接觸器10時，第一微粒分離器12及第二微粒分離器28將粒子持留在自旋接觸器之容納區段11內。微粒可為不與流體反應之材料。圖1展示具有下部微粒分離器12及上部微粒分離器28之自旋接觸器的具體實例。在圖1中所展示之位向上，第一微粒分離器為下部微粒分離器12且第二微粒分離器為上部微粒分離器28。
在圖1中之自旋接觸器的具體實例中，圓柱形頂部區段18附接或接合至主容納區段14之頂部。固體罩蓋25在自旋接觸器之頂部處，該固體罩蓋界定自容納區段11之上部流體出口腔室20。罩蓋25可附接或接合至頂部區段18。在罩蓋25中，一或多個流體排放出口22設置於圓柱形外壁21中。隔板23橫跨頂部區段18之整個橫截面。上部微粒分離器28在鄰近於容納區段11之頂部區段18中位於隔板23中之流體出口29附近、處或中。在圖1之位向上，流體出口29可在自旋接觸器10之頂部處或附近。上部微粒分離器28可為具有小於容納區段11中之粒子之開口的篩網。該等開口允許流體通過，但太小而不能使微粒通過。容納區段11設置於流體出口29中之上部微粒分離器28與下部微粒分離器12之間。隔板23及上部微粒分離器28可整合至頂部區段18或附連至該頂部區段。自旋接觸器10中之上部微粒分離器28及下部微粒分離器12兩者約束微粒保留在自旋接觸器之容納區段11內。
頂部區段18可與主容納區段14整合或附接至主容納區段，諸如藉由具有匹配螺紋或其他機械連接器。頂部區段18可具有下壁19。下壁19可為截頭錐形。在圖1中，相比主容納區段14，下壁19相對於垂直縱向軸線16具有更大的錐角。罩蓋20及下壁19可藉由圓柱形外壁21連接。錐體之頂部界定亦由下壁19中之開口界定的主容納區段14之底部錐體出口26。
頂部區段18可裝備有軸桿30。軸桿30可耦接至用以使自旋接觸器10自旋之馬達（圖中未示）。相關聯之耦接套管（圖中未示）可用以將軸桿30耦接至馬達之軸桿。
可截斷錐形區段9以界定錐形壁15之開放錐體入口17。開放錐體入口之直徑將影響下部微粒分離器上之壓降。開放錐體入口17應足夠大以准許足夠的流量通過自旋接觸器10，但足夠小以在以足夠流動速率自旋從而使自旋接觸器中之最大粒子懸浮的同時抽吸流體通過。
自旋接觸器之總內徑將由流體之所要流動速率判定。自旋接觸器10之總高度將由待經處理流體之體積流率及容納區段11之所要體積判定。
底部容納區段13可自主容納區段14之底部下垂。底部容納區段13為圓柱形的且與主容納區段14中之底部中的開放錐體入口17相連。自旋接觸器10之底部容納區段13可藉由將螺紋或其他機械連接器匹配至主容納區段14之底部上或與其整合而附接至主容納區段14。自旋接觸器10可包括流體入口24。在圖1之位向上，流體入口24可在自旋接觸器10之底部處或附近。底部容納區段13之底部可開放以提供至容納區段11之下部流體入口24。下部微粒分離器12鄰近於容納區段且具有允許流體通過但太小而不能使微粒通過的開口。下部微粒分離器12可在流體入口24附近、中或處。下部微粒分離器12可與底部容納區段13整合或附連至底部容納區段。
外部馬達可用以旋轉自旋接觸器。此馬達可為可產生例如約50 rpm至約200 rpm之旋轉速度的速度控制式DC馬達。將根據自旋接觸器之直徑、粒子之密度及被處理之特定液體組成物而可變地選擇旋轉速度。
自旋接觸器10浸沒於容納待處理流體之容器中。使自旋接觸器10以足夠的旋轉速度自旋或旋轉會自容器抽吸液體以進入自旋接觸器之底部容納區段13中的下部流體入口24，因此將待處理流體裝填至自旋接觸器10。隨著空氣被液體置換，流體經由錐體入口17填充自旋接觸器之容納區段14。在一具體實例中，由於自旋接觸器10之自旋，容納區段14自旋。當旋轉自旋接觸器時，離心力在垂直於旋轉軸線16之方向上將液體推入自旋容納區段14中，以便接觸其中的微粒。離心力係根據等式F=mɯ 2r判定，其中F為離心力，m為液體自旋質量，ɯ為旋轉速率且r為流體自旋質量之半徑。流體質量之半徑由接觸器10之內半徑指示。
在具有圓柱形壁之圓柱形接觸器中，離心力僅隨著旋轉速率增加而增加。然而，在具有倒截頭錐形壁15之所揭示自旋接觸器中，容器之內半徑隨著主容納區段14中由錐形壁15界定之自旋接觸器10之高度而增加。由於離心力隨著半徑增加（隨著自旋接觸器10之高度）而增加，截頭錐形容納區段14內之流體將被推動以在自旋接觸器10內上升。自旋接觸器中之流體接觸其中的微粒，因此使微粒流體化。接觸流體之微粒賦予流體組成物物理或化學轉化。舉例而言，材料可自流體清除，解吸附至流體中，或流體中之反應物可催化轉化成產物。經處理或轉化之流體經由容納出口26離開主容納區段14進入頂部區段18中。向上流體移動最終促使頂部區段18中之經處理流體離開頂部區段中之流體排放出口22，同時微粒持留於自旋接觸器10中。
錐形主容納區段14在錐體之頂點處截斷以提供截頭體。截斷提供流體入口24，其最小化通過下部微粒分離器12之壓降。流體入口24必須經大小設定以抽吸足夠流動速率通過自旋接觸器10，足以使自旋接觸器中之最大粒子懸浮。流體入口24之大小設定亦應考慮由下部微粒分離器12施加之壓降。在吾人的測試中，吾人已發現，具有為由錐形壁15界定之錐體底部之內徑的約1/4至1/3之內徑的流體入口24已足以滿足此等考慮。由錐形壁15界定之錐體底部亦可界定圖1中之容納出口26。
在給定ɯ值下，由於上部微粒分離器28及下部微粒分離器12之堵塞而產生的接觸器10中之壓降及一般黏度效應限制了通過自旋接觸器10的流動速率。固體負載定義為固體微粒之質量與固體微粒之質量及容納區段中之流體的總和之比率。固體負載將取決於自旋接觸器之特定應用。固體負載應足夠低以允許在接觸器自旋時容納區段中之粒子的流體化。值得注意地，當固體負載小於約5wt%至約20wt%時，天然稀釋劑之黏度對固體含量不太敏感。液體之流動係自自旋接觸器之底部至頂部。此流動使流體中之粒子懸浮。在此等負載量下，溶液之黏度將不會促進將微粒釘靠至上部微粒分離器28且仍促進足夠的反應、吸附或解吸附速率。
自旋接觸器之形狀為重要的。較佳地，將避免內壁上之平坦區域或水平突出部分，此係因為其為粒子提供了沈降點。當活性成份沈澱出來時，減少了至粒子之質量轉移，且此等區域可產生死區。因此，已發現，沿著容納區段之壁之側面的錐形過渡可為較佳的，因此懸浮粒子若不上升，則可繼續下降至容納區段之下部區，且在其中自由循環。
在大部分應用中，容納區段中之微粒材料將具有非單分散之粒徑分佈（particle size distribution；PSD）。當容納區段之直徑隨著高度增加時，主容納區段14之錐形壁15將產生流體速度之梯度。流體速度之此梯度允許PSD之整個範圍的懸浮。微粒可具有約1微米至約3000微米，典型地約10微米至約500微米，合適地約10微米至約150微米或較佳地約30微米至約150微米之平均粒徑。亦設想到，容納區段11替代地具有隨高度減小之內半徑，其中離心力將自上而下增加。
在理想狀況下，需要足夠量的微粒活性成份（清除劑或催化劑）以在輸送流體通過自旋接觸器10所必需的時間期間，在容納區段11之給定體積的自旋接觸器中完成動力學轉化。亦即，自旋接觸器內之饋料在移動1床體積通過自旋接觸器所需的給定單位時間內完全交換。經由常規實驗，可最佳化特定大小之自旋接觸器及經處理流體的旋轉速率。設想到，在一個具體實例中，自旋接觸器10可與上游反應器或吸附容器在下游連通，因此自旋接觸器10可提供流體之拋光處理。
為了避免下部微粒分離器12上之高壓降，旋轉速率ɯ應足夠快以使微粒懸浮於下部微粒分離器12上方，使得微粒變得流體化且不會在下部微粒分離器12上形成填充床。類似地，為了避免上部微粒分離器28上之高壓降，旋轉速率ɯ應足夠慢，使得懸浮微粒在容納區段14中保持流體化，但不會抵靠上部微粒分離器28形成填充床。發現約30轉/分鐘至約250轉/分鐘，較佳約50轉/分鐘至約200轉/分鐘之旋轉速率為合適的。
在純錐形或截頭錐形輪廓中，由於離心力的最大流量將在錐形主體之最大直徑處。結果為最大流量沿著錐形壁15之側面向上移動，如由箭頭32所展示。因此，粒子沿著主容納區段14之錐形壁15將具有較高濃度。此可導致容納區段11內之粒子的不均勻分佈，其可導致較低轉化或吸附效率。
此種影響可藉由可個別地或組合地使用之若干方法最小化。藉由以足以分散或流體化自旋接觸器內之粒子但不足以使粒子抵靠錐形壁15受重力作用或產生通道的旋轉速度旋轉自旋接觸器10，可在操作上將影響最小化。
自旋接觸器10可經組態以藉由若干方式最少化微粒沿著錐形壁15之聚集。首先，如圖1中所展示之主容納區段14上方的圓柱形頂部區段18經組態以具有矯直向上流之效應。在圖1中，容納區段11具有包含錐形區段及圓柱形區段之組合的輪廓。圓柱形組態之頂部區段18的總體效應為錐形主容納區段14中之流亦更平行於由箭頭34所展示之旋轉軸線，而非沿著由箭頭32所展示之錐形壁。在隔板上方之圓柱形頂部區段18的頂部處，由於流體排放出口22之位置，最大流量將在外壁21附近。然而，在隔板23下方之頂部區段18的底部處，流將更接近自旋接觸器10之中心縱向軸線16。
其次，流體出口29可經組態以藉由如圖1中所展示僅將流體出口定位在隔板23之中心而甚至更有意地進一步矯直流。此配置將液體自自旋接觸器10之中心向上拉動。流體出口29居中地安置，流體經由該流體出口離開容納區段11。流體必須在頂部中心離開容納區段11。圍繞流體出口29之隔板23對流體流為不可滲透的，傾向於矯直容納區段11中之流體流。
第三，可藉由將流矯直器214安裝至如圖2中所展示之自旋接觸器中來矯直流體流，該自旋接觸器為圖1之替代具體實例。圖2之具體實例僅具有錐形容納區段205，該錐形容納區段分別在其底部及頂部處具有流體入口204及流體出口216。圓柱形頂部區段210及圓柱形底部區段202並非如在圖1中所描繪之具體實例中為容納區段205之部分，此係因為上部微粒分離器217及下部微粒分離器219僅將微粒約束至錐形容納區段205。即使頂部區段210並非容納區段205之部分，圓柱形頂部區段亦傾向於矯直流，正如在圖1之具體實例中。頂部區段210另外具有流矯直器214，該流矯直器包含在頂部區段210中安置於容納區段205上方的垂直出口管212。下部微粒分離器219在流體入口204中。設想到，流矯直器214亦可位於容納區段205中，例如若頂部區段210具有圖1之具體實例的構造，則位於頂部區段中。
包含出口管212之流矯直器214安置於上部微粒分離器217上方，因此粒子不會累積在流矯直器上方。流矯直器214未以虛線展示，因此其被更好地可視化。出口管212之入口在上部微粒分離器217上方，且出口管212之出口可經由包含管板之隔板223連通。流體流經出口管212之流動將流體自自旋接觸器200之錐形容納區段205向上拉動。因此，在出口管212下方之錐形容納區段205中，流更純粹地為垂直的。如圖2中所展示，流體出口管212可包含垂直管212之陣列215或定位於錐形主容納區段205之流體出口216上方的自旋接觸器200之頂部區段210中的其他出口。當液體經由流體排放出口222自自旋接觸器排出時，流矯直器214上方之頂部區段210中的側向流仍存在，但在流矯直器下方，流體流一般為垂直的。
第四，可將擋板或誘發湍流之其他結構添加至容納區段之內壁。圖3展示自旋接觸器300，該自旋接觸器具有容納內部擋板308之截頭錐形主容納區段306，該等內部擋板用以促使容納區段306中之流體移動遠離錐形壁305。內部擋板308將液體自壁移動至主容納區段306之內部。此移動混合主容納區段306之內含物，從而導致粒子在容納區段中側向地更均勻分佈。頂部區段310具有：上部排放出口312，其用於自接觸器300排放經處理液體；及軸桿314，其可連接至耦接件，該耦接件連接至用於使自旋接觸器300轉動或自旋之馬達。自旋接觸器300具有底部區段302，該底部區段具有可用以攪拌自旋接觸器外部之流體的外部葉片304。外部葉片304可自自旋接觸器300之任何外表面延伸。在一個具體實例中，外部葉片304之底部總成將輔助攪動容器之內含物，自旋接觸器在該容器中自旋。外部葉片304可附接至自旋接觸器300之其他部分，只要葉片經定位以有效地攪拌液體即可。外部葉片304對於自旋接觸器之操作並非必需的，但總體上有用。
外部葉片304允許消除分開的攪拌設備。此等葉片可允許使用者在流體經由自旋接觸器裝填之前攪動流體。一般而言，此等外部葉片可在自旋接觸器之底部入口下方顯著地延伸。
圖4提供自旋接觸器400之具體實例，該自旋接觸器具有位於下部區段404上處於複數個流體入口406下方的外部葉片402。由於使用者將可能需要在其想要使微粒與流體405接觸之前攪動流體，因此自旋過濾器外部葉片之設計需要在流體入口406下方顯著地延伸，因此僅葉片在流體液面下方。將自旋接觸器400向下部分地浸沒至由408指示之下部流體液面將允許自旋的自旋接觸器400剛好攪動流體。當自旋接觸器400完全浸沒於流體405中時，上部流體液面由410指示。在浸沒期間自旋時，流體405將被抽吸至自旋接觸器400中且抽吸出流體出口412。可看出，流體405可自與經處理流體自出口412排放至的相同體積被抽吸至流體入口406中。亦設想到，自旋接觸器400可將經處理流體排放至供抽吸流體之不同流體體積（圖中未示）中。
圖5至圖8展示不同容納區段之若干具體實例。圖5展示容納區段510，該容納區段具有圓柱形底部區段512、圓柱形頂部區段518及主容納區段515，該主容納區段具有下部錐形區段514及上部圓柱形區段516。圓柱形頂部區段518具有一或多個流體出口520且底部區段512具有一或多個入口511。下部微粒分離器513可在圓柱形底部區段512之底部處附接，該底部可具有最小高度，其限制條件為存在足夠高度供下部微粒分離器513附接至底部區段512。頂部區段518亦具備上部微粒分離器519。
圖6展示容納區段610，其中主容納區段615之大部分高度由下部錐形區段614佔據。容納區段610具有圓柱形底部區段612及主容納區段615，該主容納區段具有下部錐形區段614及上部圓柱形區段616，該上部圓柱形區段在其中具有流體出口620。錐形區段614按比例長於圖1中之錐形區段514。底部區段612具有一或多個流體入口611且進一步具備下部微粒分離器613。容納區段610不具有頂部區段618，此係因為上部微粒分離器619在主容納區段615之頂部中的流體出口620處。
圖7展示容納區段710，其中主容納區段715之顯著高度由下部錐形區段714佔據。在本文中，顯著意謂大於約60%、70%、75%或80%。頂部區段718具有一或多個流體出口720。錐形區段712之底部具備一或多個流體入口711，在該一或多個流體入口處設置下部微粒分離器713。短上部圓柱形區段716在下部錐形區段714上方。頂部區段718亦具備上部微粒分離器719。容納區段710不包括底部區段，此係因為微粒分離器719在下部錐形區段714中。
如圖5至圖7中所展示，自旋接觸器可具有：包含具有錐形輪廓之上部錐形區段514、614、714的主容納區段515、615、715之高度的約60%至90%，及包含具有圓柱形輪廓之上部圓柱形區段516、616、716的主容納區段之高度的約10%至40%。
圖8展示容納區段810，該容納區段不具有頂部區段或底部區段，但具有包含主容納區段815之100%的長錐形區段814。一或多個流體入口811在錐形區段814之底部中。下部微粒分離器813在流體入口811中。一或多個流體出口820在主容納區段815之頂部中。主容納區段815之頂部具備上部微粒分離器819。
圖9展示容納區段900，且圖10展示容納區段1000。容納區段900具有中心縱向軸線902及錐角906，該錐角由中心縱向軸線902及與主容納區段900之錐形壁905一致的線904界定。容納區段1000具有中心縱向軸線1002及錐角1006，該錐角由中心軸線1002及與主容納區段1000之錐形壁1005一致的線1004界定。可看出，分別相對於中心縱向軸線1002及902，錐角1006小於錐角906。錐形主容納區段900、1000之壁905、1005的錐角將影響部分中之流體的流動屬性。較陡的錐角將傾向於集中活性成份且更如同具有較高長徑比之高效管柱系統。然而，對於給定總長度，過陡的錐角將導致較大壓降及較短接觸時間。一般而言，具有較小角度之自旋接觸器，諸如自旋接觸器1000，為較佳的。在實驗使用中，分別自容納區段900、1000之中心縱向軸線902、1002所量測的約15度至約45度之錐角為較佳的。
圖11為自旋接觸器1100之分解圖，該自旋接觸器具有在包含圓柱形流體入口1107上之外部螺紋的螺桿連接件1106處附接至主容納區段1104的底部圓柱形區段1102。底部圓柱形區段1102中之內部螺紋與流體入口1107上之外部螺紋配合。不可見的下部微粒分離器可設置於流體入口1107中或底部區段1102中。頂部區段1110藉由螺桿連接件1108附接至容納區段1104，該螺桿連接件由包含流體出口1109之外部螺紋圓柱形延伸部提供，該外部螺紋圓柱形延伸部與頂部區段1110中之內部螺紋配合。不可見的上部微粒分離器可位於流體出口1109內或頂部區段1110中。
圖11展示供經處理液體離開自旋接觸器1100之頂部區段1110的排放出口1122。在此具體實例中，上部微粒分離器（圖中未示）將在容納區段1104上位於流體出口1122下方且可能位於頂部區段1110下方。頂部區段1110中之排放轉葉1130將頂部區段中之自旋液體導引至水平開槽之排放出口1122，自該等排放開口，藉由離心力自頂部區段1110側向地排放經處理液體。排放轉葉1130可經模製至頂部區段1110中。自頂部區段1110之頂部突出的軸桿1114可耦接至用以使自旋接觸器1100自旋之馬達。相關聯之耦接套管亦可用以將軸桿1114耦接至馬達之軸桿。
圖12以透視及倒置方式描繪圖11之自旋接觸器1100。圖12描繪底部區段1102、容納區段1104、頂部區段1110、排放出口1122、軸桿1114及排放轉葉1130。下部微粒分離器1124安置於流體入口1112中。上部微粒分離器1128安置於流體出口1129中，該流體出口設置於由容納區段1104之錐形壁1105界定的底部中之不可滲透隔板1123中。設想到，容納區段1104區段可填充有微粒且裝備有上部微粒分離器1128及下部微粒分離器1124以將微粒約束在容納區段1104中。可將經填充之容納區段1104供應至具有自旋設備之操作者，該自旋設備包括底部區段1102及頂部區段1110，容納區段1104安裝至該等區段以實現自旋接觸器1100之操作。流體不可滲透的帽蓋（圖中未示）可安裝於微粒分離器1124、1128上以防止流體在輸送及處置期間破壞微粒材料。
在一個具體實例中，提供一種用於使微粒與流體接觸之自旋接觸器，該自旋接觸器包含容納該微粒且具有錐形側壁之容納區段、流體入口及流體出口。該自旋接觸器包含上部微粒分離器及下部微粒分離器。該自旋接觸器具有待操作性地耦接至馬達之軸桿，該馬達用於使自旋接觸器自旋，由此流體經由下部流體入口被向上抽吸以接觸容納區段中之微粒且接著經由上部流體出口排出。流體出口可包含安置於上部微粒分離器上方之一或多個開口。容納區段可進一步包含在部分錐形壁上方或下方或在部分錐形壁上方及下方之圓柱形壁。上部及下部微粒分離器可包含篩網、織物、篩板或將允許流體及其所要組份傳入及傳出容納區段之任何其他材料，同時將微粒保留在容納區段內。上部微粒分離器可包含定位於容納區段上方且經組態以約束粒子保留在自旋接觸器之容納區段內的篩網。下部微粒分離器可包含在自旋接觸器之底部處或附近定位於容納區段下方且經組態以約束粒子保留在自旋接觸器之容納區段內的篩網。自旋接觸器可包含安置於自旋接觸器內之非反應性材料。自旋接觸器可具有：具有錐形輪廓之容納區段的高度之約60%至90%，及具有圓柱形輪廓之容納區段的高度之約10%至40%。在圖4之具體實例中，自旋接觸器之高度的接近100%為錐形區段。可存在自自旋接觸器延伸之一組外部葉片。自自旋接觸器延伸之該組外部葉片可在該自旋接觸器之下部流體入口下方。自旋接觸器可進一步包含在自旋接觸器之容納區段中的一或多個內部擋板。自旋接觸器可進一步包含安置於自旋接觸器之容納區段內的流矯直器。自旋接觸器可包含在自旋接觸器之底部中的開口，該開口具有為錐體底部之內徑之約1/4至約1/3的內徑。容納區段之至少部分錐形壁可具有自自旋接觸器之垂直軸線所量測的約15度至約45度之錐角。具有部分錐形壁之容納區段可為截頭錐。自旋接觸器可與反應器或吸附容器在下游連通。
在另一具體實例中，提供一種處理流體組成物之方法，其包含：將流體組成物裝填至包含錐形壁之自旋接觸器，該錐形壁界定容納微粒之體積；以足以使微粒流體化之速度旋轉自旋接觸器；使流體組成物與流體化微粒接觸以實行流體組成物之物理或化學轉化；及自自旋接觸器排放經轉化之流體組成物，同時將該等流體化微粒保留在自旋接觸器中。在自旋接觸器之頂部處或附近可進一步存在微粒分離器，該微粒分離器約束該等微粒保留在該自旋接觸器內。該等微粒具有1至3000微米、10至500微米、10至150微米或30至150微米之平均粒徑。自旋接觸器以足夠速度旋轉，使得自旋接觸器內之微粒分散，其中該足夠速度小於迫使粒子抵靠自旋接觸器之壁的最大速度。自旋接觸器可定位於容納流體組成物之容器中。在該方法中，混合物經由在自旋接觸器之底部處或附近的開口進入自旋接觸器且經由頂部離開。自旋接觸器可部分或完全浸沒至容器中之液體中。該方法可進一步包含在容納區段中產生微粒之粒徑分佈的梯度。流可經由自旋接觸器之頂部矯直。預期在流體流經自旋接觸器之後將離開，但接著可返回至自旋接觸器以進一步處理或反應。
9:錐形區段 10:自旋接觸器 11:容納區段 12:下部微粒分離器 13:底部容納區段 14:主容納區段 15:錐形壁 16:中心縱向軸線 17:開放錐體入口 18:頂部區段 19:下壁 20:上部流體出口腔室 21:圓柱形外壁 22:流體排放出口 23:隔板 24:下部流體入口 25:固體罩蓋 26:容納出口 27:圓柱形上部區段 28:上部微粒分離器 29:流體出口 30:軸桿 31:圓柱形壁 32:箭頭 34:箭頭 200:自旋接觸器 202:圓柱形底部區段 204:流體入口 205:錐形容納區段 210:圓柱形頂部區段 212:流體出口管 214:流矯直器 215:陣列 216:流體出口 217:上部微粒分離器 219:下部微粒分離器 222:流體排放出口 223:隔板 300:自旋接觸器 302:底部區段 304:外部葉片 305:錐形壁 306:截頭錐形主容納區段 308:內部擋板 310:頂部區段 312:上部排放出口 314:軸桿 400:自旋接觸器 402:外部葉片 404:下部區段 405:流體 406:流體入口 408:下部流體液面 410:上部流體液面 412:流體出口 510:容納區段 511:入口 512:圓柱形底部區段 513:下部微粒分離器 514:下部錐形區段 515:主容納區段 516:上部圓柱形區段 518:圓柱形頂部區段 519:上部微粒分離器 520:流體出口 610:容納區段 611:流體入口 612:圓柱形底部區段 613:下部微粒分離器 614:下部錐形區段 615:主容納區段 616:上部圓柱形區段 618:頂部區段 619:上部微粒分離器 620:流體出口 710:容納區段 711:流體入口 712:錐形區段 713:下部微粒分離器 714:下部錐形區段 715:主容納區段 716:短上部圓柱形區段 718:頂部區段 719:上部微粒分離器 720:流體出口 810:容納區段 811:流體入口 813:下部微粒分離器 814:長錐形區段 815:主容納區段 819:上部微粒分離器 820:流體出口 900:錐形主容納區段 902:中心縱向軸線 904:線 905:錐形壁 906:錐角 1000:錐形主容納區段 1002:中心縱向軸線 1004:線 1005:錐形壁 1006:錐角 1100:自旋接觸器 1102:底部圓柱形區段 1104:主容納區段 1105:錐形壁 1106:螺桿連接件 1107:圓柱形流體入口 1108:螺桿連接件 1109:流體出口 1110:頂部區段 1112:流體入口 1114:軸桿 1122:排放出口 1123:不可滲透隔板 1124:下部微粒分離器 1128:上部微粒分離器 1129:流體出口 1130:排放轉葉
[圖1]展示具有第一微粒分離器及第二微粒分離器之自旋接觸器的透視圖。
[圖2]展示具有流矯直器（flow straightener）之自旋接觸器的透視圖。
[圖3]為在底部區段上具有葉片及在內表面上具有擋板之自旋接觸器的透視圖。
[圖4]展示具有在不同浸沒水平下之延伸底部區段之自旋接觸器的透視圖。
[圖5]展示圖1之自旋接觸器的容納區段之具體實例的正視圖。
[圖6]展示圖1之自旋接觸器的容納區段之另一具體實例的正視圖。
[圖7]展示圖1之自旋接觸器的容納區段之另一具體實例的正視圖。
[圖8]展示圖1之自旋接觸器的容納區段之另一具體實例的正視圖。
[圖9]及[圖10]展示圖1之自旋接觸器的具有不同錐角之容納區段之具體實例的正視圖。
[圖11]為展示圖1之自旋接觸器的三個主要組件之關係的分解正視圖。
[圖12]為圖1之自旋接觸器的透視圖。

Claims (22)

  1. 一種用於使一微粒與一流體接觸之自旋接觸器，該自旋接觸器包含：  一容納區段，其包含經組態以容納微粒的一錐形壁； 一流體入口； 一流體出口； 一第一微粒分離器，及 一第二微粒分離器； 由此該容納區段經調適以自旋且經由該流體入口抽吸流體以接觸該容納區段中之該微粒且經由該流體出口排出流體。
  2. 如請求項1之自旋接觸器，其進一步包含一排放出口，該排放出口包含安置於一罩蓋中處於該第二微粒分離器上方之一或多個開口。
  3. 如請求項1之自旋接觸器，其中該容納區段進一步包含在該錐形壁上方或下方或在該錐形壁上方及下方之一圓柱形壁。
  4. 如請求項1之自旋接觸器，其中該第一微粒分離器定位於該容納區段下方且經組態以約束粒子保留在該自旋接觸器之該容納區段內。
  5. 如請求項1之自旋接觸器，其中該第二微粒分離器定位於該容納區段上方且經組態以約束粒子保留在該自旋接觸器之該容納區段內。
  6. 如請求項1之自旋接觸器，其中該容納區段之一高度的約60%至約90%具有一錐形輪廓，且該容納區段之該高度的約10%至約40%具有一圓柱形輪廓。
  7. 如請求項1之自旋接觸器，其進一步包含自該自旋接觸器延伸之一組外部葉片。
  8. 如請求項1之自旋接觸器，其進一步包含自該自旋接觸器延伸之一組外部葉片，其中該等外部葉片定位於該自旋接觸器之該下部流體入口下方。
  9. 如請求項1之自旋接觸器，其進一步包含在該自旋接觸器之該容納區段中的一或多個內部擋板。
  10. 如請求項1之自旋接觸器，其進一步包含接近於該流體出口安置之一流矯直器。
  11. 如請求項1之自旋接觸器，其中該流體入口具有為由該錐形壁界定之錐體之一底部的內徑之約1/4至約1/3的一內徑。
  12. 該自旋接觸器，其中該錐形壁具有自該自旋接觸器之一縱向軸線所量測的約15度至約45度之一錐角。
  13. 如請求項1之自旋接觸器，其包含該容納區段中之微粒。
  14. 一種用於處理一流體組成物之方法，其包含：將該流體組成物裝填至包含一錐形壁之一自旋接觸器，該錐形壁界定用於容納微粒之一體積；以足以使該微粒流體化之一速度旋轉該自旋接觸器；及使該流體組成物與流體化之該微粒接觸以實行該流體組成物之一物理或化學轉化；及自該自旋接觸器排放經轉化之該流體組成物，同時將流體化之該微粒保留在該自旋接觸器中。
  15. 如請求項14之方法，其中在該自旋接觸器之一頂部附近的一微粒分離器約束該等微粒保留在該自旋接觸器內。
  16. 如請求項14之方法，其中該自旋接觸器以一足夠速度旋轉使得該自旋接觸器內之粒子經流體化，其中該足夠速度小於粒子釘靠在該微粒分離器上之一最大速度。
  17. 如請求項14之方法，其中該自旋接觸器定位於容納該流體組成物之一容器中。
  18. 如請求項14之方法，其中該流體組成物經由在該自旋接觸器之一底部附近的一流體入口進入該自旋接觸器，且經由在該自旋接觸器之一頂部附近的一流體出口離開。
  19. 如請求項14之方法，其進一步包含使通過該自旋接觸器之流體出口的該流體組成物之流矯直。
  20. 一種用於使一微粒與一流體接觸之自旋接觸器，該自旋接觸器包含： 一容納區段，其用於容納該微粒， 一流體入口， 一流體出口； 該容納區段包含一錐形壁； 一第一微粒分離器，其在該流體入口附近， 一第二微粒分離器，其在該流體出口附近；及 一軸桿，其待操作性地耦接至用於使該自旋接觸器自旋之一馬達；由此該流體經由該流體入口被抽吸以接觸該容納區段中之該微粒且接著經由該流體出口排出。
  21. 如請求項20之自旋接觸器，其中該第一微粒分離器在一流體入口處。
  22. 如請求項20之自旋接觸器，其中該第二微粒分離器在該容納區段之一流體出口處。
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