中国粉体网讯 近年来，我国对超细粉体的基础理论有着较深的研究，使得超细技术广泛应用到高科技陶瓷、电子、化工、环境等各个领域。而撞击流技术作为工业应用上的一种重要流动形式，其强烈的微观混合、较高的传递系数以及有效地提供过饱和状态，大大缩短了混合时间，这在化学工业中制备超细粉体有非常大的应用前景。
撞击流概述
撞击流（impinging stream，IS）作为一种新型过程强化技术，最早由Elperin提出，其中心思想是指两股或多股流体相向撞击，产生一个高度的湍动区，实现过程热、质传递的强化，20世纪90年代以来，实验流体力学的发展，所涌现出的测量技术和模拟手段日新月异，液体连续相撞击流（LIS）能够显著强化微观混合的性质被发现，极大地拓展了撞击流的应用领域。
撞击流技术发展
撞击流的基本原理
撞击流的基本原理是两股或多股、均相或非均相流体相向高速流动，通过撞击形成一个高度湍动的撞击区，大大地强化了传质过程。
撞击流原理
众多研究表明，撞击流其强烈的微观混合以及压力波动特性可以使化学反应快速进行，瞬间产生有效均匀的过饱和度；而且由于混沌流动状态使混合尺度迅速减小，不同尺度漩涡及彼此折叠碰撞增强了湍动强度和能量扩散，促使分子在发生化学反应时达到更有效的高能级碰撞，瞬间产生大量晶核，抑制晶核成长，生成粒度大小及其分布稳定的粉体材料。基于此设计的反应器也在众多领域得到运用。与传统反应器相比，撞击流的引入有效改善了反应器内的混合及传质效果。
撞击流反应器
根据反应器形式特点以及适用条件，大致将制备超细粉体的撞击流反应器分为循环浸没撞击流反应器、受限撞击流反应器、微小型撞击流反应器和撞击流-旋转填料床反应器等。
循环浸没撞击流反应器
浸没循环撞击流反应器（submerged circulative impinging stream reactor，简称SCISR），由于其全混流－无混合流串联循环的特殊流动结构，腔室内溶液反复循环撞击时，产生极高且均匀的过饱和状态，制备的超细粉体粒径更小、更均匀。不足之处是更高的撞击速度导致撞击面不够稳定，边缘效应较差。
浸没循环撞击流反应器结构示意图
适用特性：
（1）液液反应
（2）易团聚反应：循环撞击促使粒子循环碰撞、破碎，粒径更细且稳定
（3）部分高粘度反应：较大腔室不容易造成堵塞
（4）不适用高流速且对流速精准的反应
受限撞击流反应器
受限撞击流反应器（confined impinging stream reactor，简称CIJS）超饱和度的特性以及混合速率的精准控制，结合闪蒸技术（flash nanoprecipitation，简称FNP）被广泛应用于制备纳米超细粉体。
受限撞击流反应器
优势：混合尺度迅速减小；边缘效应加强；撞击截面变小，有效接触面积增大。
不足：一定量的团聚沉淀物容易滞留，堵塞通道；系统稳定性对流量较敏感。
适用特性：
（1）液液反应
（2）萃取反应：生物医药、聚合物、有机物等
（3）多物料反应：以此为基础的三喷嘴、多喷嘴、双组反应器允许多物料同时反应，节省时间，空间，增大产率等
（4）易团聚反应：结合闪蒸技术，利用饱和蒸汽压去除溶剂，防止团聚
微小型撞击流反应器
微撞击流反应器（micro impinging stream reactor，简称MISR）。微混合器是近年来新发展的一种混合强化方式，主要利用亚微米至亚毫米量级的受限空间将流体约束成极小的流束或微团，从而使混合过程直接发生于接近微观混合尺度，是目前工程技术领域重点研究方向。
优势：混合过程接近微观混合尺度；容易施加加压、加热、冷却等条件；安全性、可靠性、可扩展性较好；有效接触面积增大。
不足：团聚现象造成堵塞；脉动及腐蚀影响会成倍放大；检测以及清理困难。
适用特性：
（1）液液反应
（2）多级反应：如二级微反应器可避免后处理延迟的问题
（3）复杂条件反应：如加压、加热、冷却等条件
（4）不适用与高粘度与部分腐蚀化学反应，难清洗与检测
撞击流-旋转填料床反应器
撞击流－旋转填料床反应器（impinging stream-rotating packed bed reactor，简称IS-RPB），是通过撞击流反应器与旋转填料反应器有机耦合形成的一种新型的过程强化反应设备。
优势：将撞击流技术旋转填料床技术有机耦合；高分散、高湍动、强混合、体积小，占地小。
不足：通量小、压降大；停留时间短。
适用特性：
（1）液液反应
（2）液膜分离反应：乳化液膜和废水处理
（3）萃取反应：混合均匀，萃取效率高
（4）不适用大流量、大压降、反应缓慢的反应
双组对置撞击流反应器
在对以上撞击流反应器进行总结、改进，有学者研发了双组对置撞击流反应器。其由筒体，椭圆形封头，锥形封头三大部分组成。进料管采用分层式设计，同层进料管同轴对置，不仅满足多股物料同时反应（混合），而且增加了流场层间的扰动，使得上下两组完成撞击后所形成的径向射流，产生新的撞击，完成动量的二次传递。
双组分层撞击流反应器结构
用此新型撞击流反应器制备Mg(OH)2的方法，为沉淀法制备超细粉体提供一种新的反应技术装置，具有结构简单，操作弹性大、占地面积小等优势。
撞击流反应器在超细粉体制备中的应用
撞击流反应器在能源、化工、医药及材料制备等众多领域已经得到了成功应用。
阳慧芳以ZrOCl2•8H2O为锆源，Y(NO3)3•6H2O为钇源，PEG4000为分散剂，碳酸氢铵为沉淀剂，采用撞击流反应-沉淀法制备5%钇稳定氧化锆前驱体，经过滤、洗涤、干燥、研磨、焙烧等工序制备出钇稳定氧化锆超细粉体。
撞击流反应-沉淀法制备钇稳定氧化锆超细粉体的工艺
周玉新等运用新颖的撞击流反应器作为主要反应器，研究各种相关因子对产品磷酸铁的纯度和粒径的影响，确定适宜的工艺条件，并制取合格的电池级磷酸铁。
撞击流反应器制备电池级超细磷酸铁工艺流程图
张丽等采用撞击流反应器，在撞击流反应器中，镁盐与沉淀剂在20~90℃下发生反应，生成氢氧化镁沉淀，所得沉淀在50~120℃下陈化1~10小时，再经过滤、烘干，最终得到氢氧化镁产品。
一种基于撞击流的连续式氢氧化镁生产工艺
郭嘉等利用撞击流反应器制备白炭黑的平均粒径为 1~2 μm ，且粒径分布很窄；利用撞击流反应器制备了不同形状的纳米铜粉，平均粒径约为 5μm 。
利用撞击流反应器制备的不同形状纳米铜粉的 TEM 照片
宋兴福等主要采用撞击流‑旋转填料床的超重力作用促使反应物料在多孔介质中流动接触，从而产生巨大剪切力将液体撕裂成纳米级的液膜、液丝或液滴，强化内部微观混合与反应传质作用，同时结合反应结晶过程控制技术制备电池级超细碳酸锂粉体。
一种电池级超细碳酸锂的超重力制备方法和系统
小结
撞击流作为一种有效强化相间传热传质、促进微观混合的新技术，在吸收、结晶、超细粉体制备等领域均展示出良好的应用前景。目前制备超细粉体的撞击流反应器多以小型或微小型为主，具有物料出口堵塞，腐蚀效果放大，难清洗等劣势，因此探究与其他先进技术（超高压、超临界等）协同增效的复合型撞击流反应（混合）器，成为未来研究发展一大方向。
参考资料：
张建伟等.撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展
张建伟等.撞击流反应器混合性能研究进展
郭嘉.撞击流法制备纳米无机粉体新技术
张建伟，沙新力等.撞击流技术研究进展及新型反应装置研发
周玉新等.撞击流反应器制备电池级超细磷酸铁
许鑫磊.撞击流反应器内吞噬流机理实验研究与数值模拟
阳慧芳.撞击流反应-沉淀法制备 钇稳定氧化锆超细粉体
（中国粉体网编辑整理/三昧）
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