CN102688735B - 反应釜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应釜，至少包括一提供容腔的容具，及设置在所述容具内部的搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴及设置在所述搅拌轴上的搅拌桨；还包括中间换热装置；所述中间换热装置设置在所述搅拌轴周围。本发明利用反应釜内的横向空间，在有限的空间条件下，增设了多个换热装置，大大改善了反应釜内温度分布的均衡性。

Description

反应釜

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，尤其是涉及一种温度分布均匀的反应釜。

背景技术

反应釜是化工技术领域中的常用设备，但为适应不同化学反应式对温度、压力等反应条件的不同要求，反应釜具有多种结构上的变型，以获得更好的使用效果。

如图1所示，中国发明专利200620125940.4公开了一种内循环式中和反应釜，包括具釜腔的釜体1、釜盖3、搅拌装置、设在釜盖3上的蒸汽进口管4、进料管5、进水管10及设在釜体1底部的出料管20；搅拌装置包括电机7、减速机8及搅拌轴17，搅拌轴17上设有搅拌桨16；还包括在搅拌桨16外增设有一导流筒13，导流筒13通过支撑板15固定在釜体1的内壁上，在导流筒13上间布有通孔14。该发明的上述结构可使釜腔内的物料形成强制性的液流内循环，强化了物料的接触程度，促使物料混合更快、更充分，使反应温度更均匀。

但上述技术方案在具体实施时，仍然存在以下缺点：

1、温度分布不均匀。现有技术一般是在釜体侧壁的内或外设置如高温蒸汽管等加温装置，而釜体的直径一般都达到数米。因此，釜体内部特别是靠近中心轴的区域加热效果不好，导致釜体内靠近侧壁的区域与靠近中心轴的区域温度分别不均。

2、空间局限性。为强化物料的内循环，反应釜的内部大多设置有搅拌轴及搅拌桨。为搅拌均匀，搅拌轴的位置一般与中心轴重叠，搅拌桨一般在釜体内水平方向上延伸，这样的结构布置对釜体内设置其他辅助部件带来空间上的限制。

3密封性不强。为将设置在釜体外部的动力装置提供的动力输入到釜体内以驱动搅拌轴，并在釜体内安装设置其他部件，现有的釜体结构大多采用釜体、釜盖分体结构，在安装完釜体内部部件后，将釜体与釜盖通过螺栓及密封件等固定并密封。但如此的密封结构，密封效果不佳，不能满足高压工作环境对密封性能的要求。

因此本领域的技术人员一直致力于开发一种温度分布均匀的反应釜。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种温度分布均匀的反应釜。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种反应釜，其包括一提供容腔的容具，及设置在所述容具内部的用于提供反应物桨力的搅拌装置，其特征在于：所述搅拌装置包括垂设于所述容具内的搅拌轴及至少一对设置在所述搅拌轴上的搅拌桨；该反应釜还包括至少一个中间换热装置，所述中间换热装置设置在所述搅拌轴周围。

尤佳地，所述中间换热装置均为在水平面内绕所述搅拌轴盘绕的换热体。进一步地，所述中间换热装置包括一个或一个以上所述换热体，所述换热体与所述搅拌桨在竖直方向交替、间隔设置。如此的结构设计，本发明利用反应釜内的横向空间，在有限的空间条件下，增设了多个换热装置，大大改善了反应釜内温度分布的均衡性，尤其是改善了搅拌轴周围区域的温度均衡性。

尤佳地，所述反应釜还包括侧壁换热装置，所述侧壁换热装置在所述容具内部与所述中间换热装置贯通。如此的结构设计，本发明最大程度地减少了中间换热装置对容具侧壁的穿越，优化了容具的密封性能，尤其适用于高压工作环境。

尤佳地，所述容具内还设置有用于引导反应物流动方向的导流装置，所述导流装置设于所述搅拌轴周围。较佳地，所述导流装置包括至少两片横截面为弧形的导流瓦，所述导流瓦的圆心相对而置，将所述搅拌轴围在所述导流瓦的中间。更佳地，所述导流装置为一导流筒，所述导流筒为一腰鼓型空心回旋体、具有横截面小于出口端的中部。如此的结构设计，本发明的反应釜在其内部纵向形成了湍流效应，使容具内的反应物更为均质化。

尤佳地，所述反应釜包括一组导流筒组；所述导流筒组包括至少两个上、下叠置的导流筒，上下相邻的所述导流筒之间形成一环形的间隙；所述搅拌装置包括两对搅拌桨，其中一对为用于提供所述导流筒内的反应物向上桨力的上升搅拌桨，该上升搅拌桨位于所述导流筒内；另一对为用于提供所述导流筒外的反应物向下桨力的下降搅拌桨，所述下降搅拌桨沿水平面延伸至所述导流筒外。如此的结构设计，使得反应物在导流筒内部和外部均得到充分地搅拌。

尤佳地，所述反应釜还包括至少一组导流筒组；所述导流筒组以所述搅拌轴为轴心依次套设；内外相邻的所述导流筒组之间，以及最外层的导流筒组与所述容具的侧壁之间均形成一夹层；所述导流筒组的间隙依次相互对齐。如此的结构设计，使得本发明的容具可做成适合大规模工业生产的大容量容具。

尤佳地，所述搅拌装置位于所述导流筒组的最内层；所述夹层之间均设有至少一个用于提供反应物桨力的辅助搅拌装置。

尤佳地，沿所述容具的中心向所述容具的侧壁方向分布的相邻的搅拌装置和/或辅助搅拌装置所提供桨力的方向相同或相反。该结构可使得对反应釜内的反应物的流动方向进行任意地控制，使得容具内的反应物形成一波浪形的流动路径，使得反应物搅拌更为充分。

尤佳地，所述中间换热装置设置在与该搅拌轴相邻的所述导流筒内部。

尤佳地，所述上升搅拌桨与所述下降搅拌桨沿该搅拌轴的延伸方向分布，且所述上升搅拌桨的叶片的旋角与所述下降搅拌桨的叶片的旋角相反。

或者，所述上升搅拌桨与所述下降搅拌桨位于同一水平面内，所述上升搅拌桨的桨尖与所述下降搅拌桨的桨尾通过一短轴连接，且所述上升搅拌桨的叶片的旋角与所述下降搅拌桨的叶片的旋角相反。

尤佳地，所述反应釜还包括导流罩，所述导流罩设置在所有所述搅拌桨的上方，所述导流罩为一倒置的圆锥型部件。如此的结构设计，本发明在反应釜内的反应物爬杆到达容具上部时提供一导流作用，有助于在容具内形成湍流效应。

尤佳地，所述反应釜还包括侧壁换热装置，所述侧壁换热装置在所述容具内部与所述中间换热装置贯通。所述侧壁换热装置可以采用现有技术中的沿竖直方向延伸的蛇管。

尤佳地，所述中间换热装置和所述侧壁换热装置均为双通道的管体。该结构使得中间换热装置和侧壁换热装置的加热功能和冷却功能得到及时变换。双通道的管体中的一条通道用于流通高温油等加热剂，另一条通道用于流通冰水等冷却剂，避免了传统单通道管体内部加热剂和冷却剂混合形成隔膜，继而影响反应物反应效率的问题。

尤佳地，所述反应釜还包括分流罩，所述分流罩设置在所述容具的顶部的内侧。如此的结构设计，本发明在导入反应原料时，使原料的分配更为均衡。

尤佳地，所述容具的侧壁与所述容具的顶部、底部为整体结构。如此的结构设计，本发明具有良好的密封性能，尤其适用于高压化学反应。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果为：本发明的反应釜在容具中间部分增设了中间换热装置，大大改善了反应釜内温度分布的均衡性，尤其是改善了搅拌轴周围区域的温度均衡性。进一步地，通过多方向搅拌桨对容具中的反应物进行搅拌形成湍流，使其反映更为均匀。更进一步地，通过多层套设的导流筒以及在相邻的两个导流筒的夹层中设置桨力向上或向下的搅拌装置，使得该结构的反应釜可以适用于大规模的反应。

附图说明

图1为现有技术一反应釜的结构示意图。

图2为本发明的第1具体实施例的结构示意图。

图3为图2中的中间换热装置的俯视结构示意图。

图4为本发明的第2具体实施例的结构示意图。

图5为本发明的第3具体实施例的结构示意图。

图6为本发明的第4具体实施例的结构示意图。

图7为本发明的第5具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1：

如图2所示为本发明一具体实施例，应用于需对原料做加热的化学反应，包括一用作容具的圆柱体形的釜体1，图2是釜体1的纵轴面剖视结构示意简图，为简化视图，其中各部件均以单线条表示。

釜体1的侧壁内侧设置有一用作侧壁换热装置的螺旋状换热管11，具有位于釜体1外侧的加热水进口111及加热水出口112，螺旋状换热管11用于对釜体1的整体加热，尤其是对釜体1侧壁区域的加热。

釜体1内部还设置有搅拌装置2。搅拌装置2包括沿纵向设置的搅拌轴21及沿纵向排布设置的四对上升搅拌桨22，上升搅拌桨22的叶片在图2中沿水平方向上延伸。

上升搅拌桨22的叶片具有一定的旋角，以提供反应物向上的桨力帮助反应物向上“爬杆”，此为现有技术，本文不再赘述。

本发明还包括用于加热釜体1中间区域的中间换热装置。本实施例中，该中间换热装置由绕该搅拌轴21在水平面设置的横向盘旋状换热体31、32、33、34、35组成，每个盘旋状换热体各为一液体流动回路。

参见图3所示为换热体的俯视示意图，以换热体31为例，换热体31为一段螺旋状盘旋的空心扁管，固定设置在釜体1上，并具有设置于釜体1外侧的导管入口311及导管出口312，以形成一液体流动回路。换热体31中间的空白区313供搅拌轴21穿过。

螺旋状的空心扁管基本在同一横截面上布置，占用较小的纵向(图2中搅拌轴的延伸方向)空间。极限地，换热体31可仅占用2个空心扁管厚度大小的纵向空间(导管入口311与导管体的重叠处)。

在不同实施例中，换热体31上的导管入口311与导管出口312也可以互换使用。导管入口311与导管出口312可以如图2所示设置在釜体1侧壁的同一侧，也可以设置在釜体1侧壁的两侧。

尤其是，螺旋状换热管11在釜体1内部可以形成一个或多个分支，该些分支可以与导管入口311连通，使中间换热装置事实上成为侧壁换热装置的一个并联支路。如此，釜体1上就尽可能地少开设穿越孔，有利于提高釜体1的密封性能。

换热体31在不同实施例中的应用并不限制空心扁管的横截面形状，因此，空心扁管也可以做成圆形。进一步地，换热体31还可以由旋绕形成的金属管做螺旋状盘旋构成。

再参见图2，本实施例中，五个横向盘旋状换热体31、32、33、34、35与四对上升搅拌桨22为交替间隔设置。

在空间条件许可的前提下，每个换热体也可以具有一定的纵向布局，以尽可能利用相邻的两搅拌桨之间的纵向区域，并使热交换区域的分布更均匀。

与现有技术类似，本实施例中釜体1在顶部还设置有多个进料口12，在底部设置有出料口13。进料口12和出料口13上均设置有阀门。釜体1还可以在侧壁的外侧设置保温隔层等辅助性设施。

本实施例在具体应用时，换热管11及换热体31、32、33、34、35中分别输入有热水或高温蒸汽。原料通过进料口12投入釜体1内，原料在下落过程中，被换热管11与换热体31、32、33、34、35加热，并被上升搅拌桨22搅拌发生化学反应生成反应物。在下落到釜体1的底部区域时，反应物被上升搅拌桨22带动形成“爬杆效应”，在釜体1内的中间区域中逐步向上提升。在提升过程中，反应物在得到上升搅拌桨22充分搅拌的同时，依次与换热体35、34、33、32、31接触并交换能量。

本发明由于上述结构设计，特别是通过在搅拌桨之间增设的换热体，使反应物在釜体1的中间区域被搅拌的同时能同步获得加热，不仅具有温度分布均匀的优点，所生成的反应物也具有更好的均质化。

本发明也可应用于对原料降温的化学反应，此应用中，需要在换热体和/或螺旋状换热管11中输入低温气体(或液体)即可实现。更佳地，换热体和/或螺旋状换热管11均为双通道的管道。

实施例2：

如图4所示为本发明又一具体实施例，本实施例与上述实施例的结构基本相同，所不同之处在于，釜体1内还设置有导流筒4，该导流筒4除了引导反应物的流动方向外，由于其采用金属材料制成，因此可以增加热传导的面积，使得釜体1内的反应物的反应温度更为均匀。

导流筒4为一腰鼓型空心回旋体，具有上、下敞开的口，其中部的横截面小于其两端的口。导流筒4与搅拌轴21同轴，固定设置在釜体1上，且该导流筒4的两端的口均不与釜体1的上、下壁接触。

本实施例中，换热体31、32、33、34设置在导流筒4内部，并分别与四个上升搅拌桨22间隔设置。

本发明由于在釜体内设置了导流筒，特别是采用了瘦腰鼓型的结构设计，在釜体内部纵向形成了如虚线所示的湍流效应，使釜体内的反应物更为均质化。

在其他具体实施例中，换热体也可以穿设在导流筒的两侧，即换热体可以部分地设置在导流筒的外侧，部分地设置在导流筒的内侧。

实施例3：

如图5所示为本发明另一具体实施例，本实施例与上述实施例的结构基本相同，所不同之处在于，釜体1内还设置有一导流罩5、一分流罩6。

导流罩5为一倒置的圆锥型部件，设置在所有搅拌桨的上方，也就是位于所有上升搅拌桨22的上方。导流罩5的作用是在釜体1内的反应物爬杆到达釜体1上部时，提供一导流作用，更有助于在釜体1内形成湍流效应。

分流罩6为一伞形部件，设置在釜体1的顶部14的内侧。在从进料口12导入原料时，分流罩6可以使原料的分配更为均衡。

在不同的具体实施例中，导流罩5、分流罩6可以分别选用其中之一，也可以同时选用。同时使用时，导流罩5位于分流罩6的下方。

导流罩5、分流罩6即可以与釜体1固定连接，也可以固定连接在搅拌轴21上。

本实施例的另一不同之处在于，上升搅拌桨22为磁力搅拌桨。

磁力搅拌桨的工作原理是，采用磁性材料做成搅拌叶片(搅拌叶片还可以外包裹高分子耐腐蚀复合材料层)，在釜体1外设置磁力部件，通过磁力驱动搅拌桨转动。

当然，除了磁力搅拌桨外还可以采用花瓣式的搅拌桨。此时搅拌桨设置于导流筒的上方或下方。

现有技术为将设置在釜体外的电机等驱动部件的动力传递到釜体内，必须在釜盖上设置穿越釜盖的传动部件。因此现有技术一般将釜体与釜盖分体设计，在安装完内部部件后通过螺栓、密封件等将釜体、釜盖固定连接为一体。由于传动部件的设置，釜体的密封性就大为降低，而且螺栓形式的固定连接，其密封性能也比较低，难以满足高压反应的需要。

实施例4：

如图6所示为本发明另一具体实施例，本实施例与上述实施例的结构基本相同，其不同之处在于，本实施例中搅拌装置还包括四对下降搅拌浆23，但下降搅拌桨23的长度大于上升搅拌桨22的长度在水平面内自导流筒4的内部延伸到导流筒4的外部。并且，下降搅拌桨23的旋角与上升搅拌桨22的旋角方向相反，从而为在导流筒4外部的反应物提供向下的桨力。

此时，导流筒4是由五个直径不等的中空柱形沿竖直方向排布构成，但其整体结构依然是呈现上、下大，中间小的腰鼓型。下降搅拌桨23则分别从与其对应的相邻的两个中空柱形之间的环形间隙(图中未示)穿过。

实施例5：

如图7所示为本发明又一具体实施例，本实施例与实施例3的不同之处在于，本实施例中的反应釜还包括一套设在导流筒4外的另一导流筒41，导流筒41与导流筒4之间形成一夹层，同时在导流筒41与釜体1的侧壁之间也形成一夹层。

此外，在所述夹层之间还分别设有四个辅助搅拌装置2’和2”，其分别通过四个马达驱动，该辅助搅拌装置2’和2”的结构与实施例1～3中的搅拌装置2结构相同，在此不再赘述。但需要说明的是，为了使反应物在釜体1内形成波浪形的流动轨迹，部分辅助搅拌装置上的搅拌桨的旋角与搅拌装置2上的旋角方向相反。

如，当反应釜中设置三层套设的导流筒组时，从内向外依次为第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒。如此的话，搅拌装置2位于第一导流筒中，提供反应物向上的桨力；第一导流筒和第二导流筒的夹层中设置提供反应物向下桨力的辅助搅拌装置；第三导流筒和釜体1侧壁的夹层中设置提供反应物向上桨力的辅助搅拌装置。当导流筒组的层数增加时以此类推即可。

当然，可根据需要改变搅拌装置2和辅助搅拌装置的桨力方向，以改变反应物的流动方向和路径。

本发明由于采用了磁力搅拌桨，不需要再设置传动部件。在具体实施中，首先一体地形成釜体1及底部15，然后在釜体1内安装内部部件(如导流筒、搅拌桨等)，然后将顶部14焊接在釜体1上，搅拌轴21设置在顶部14与底部15上。如此的结构设计，使本发明中的釜体与现有技术相比，具有更好的密封性能，尤其适用于高压化学反应。

具体如，还可以将多个换热体在釜体内首尾连接，仅保留一个共同的入口和出口，尽可能地减少换热管、换热体等对釜体侧壁的穿越，以提高釜体的密封性能。

上述实施例中的导流筒的上部成喇叭形，从而将引导反应物自导流筒的内部流向喇叭形的边缘，并沿着喇叭形的延展方向流动。因此，当多个导流筒套设的情况下，可以通过改变每个导流筒上部喇叭形的张开的程度来确定反应物离开导流筒的最终位置，同时每个导流罩上部的高度可根据安装需要进行适当调节。

前段所述的导流筒上部的喇叭形部分与导流筒一体成型。当然，该具有导流作用的喇叭形部分也可相对导流筒独立，通过螺栓、铰链等方式固定于导流筒的上方。

上述喇叭形部分采用金属材料，在起导流作用的同时又具备换热功能。

以上虽然描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种反应釜，其包括一提供容腔的容具，及设置在所述容具内部的用于提供反应物桨力的搅拌装置，其特征在于：所述搅拌装置包括垂设于所述容具内的搅拌轴及至少一对设置在所述搅拌轴上的搅拌桨；该反应釜还包括至少一个中间换热装置，所述中间换热装置设置在所述搅拌轴周围；所述反应釜还包括至少一组导流筒组；所述导流筒组以所述搅拌轴为轴心依次套设；内外相邻的所述导流筒组之间，以及最外层的导流筒组与所述容具的侧壁之间均形成一夹层；所述导流筒组的间隙依次相互对齐。

2.如权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述中间换热装置均为在水平面内绕所述搅拌轴盘绕的换热体。

3.如权利要求2所述的反应釜，其特征在于：所述中间换热装置包括一个或一个以上所述换热体，所述换热体与所述搅拌桨在竖直方向交替、间隔设置。

4.如权利要求3所述的反应釜，其特征在于：所述容具内还设置有用于引导反应物流动方向的导流装置，所述导流装置设于所述搅拌轴周围。

5.如权利要求4所述的反应釜，其特征在于：所述导流装置包括至少两片横截面为弧形的导流瓦，所述导流瓦的圆心相对而置，将所述搅拌轴围在所述导流瓦的中间。

6.如权利要求4所述的反应釜，其特征在于：所述导流装置为一导流筒，所述导流筒为一腰鼓型空心回旋体、具有横截面小于出口端的中部。

7.如权利要求6所述的反应釜，其特征在于：所述反应釜包括一组导流筒组；所述导流筒组包括至少两个上、下叠置的导流筒，上下相邻的所述导流筒之间形成一环形的间隙；所述搅拌装置包括两对搅拌桨，其中一对为用于提供所述导流筒内的反应物向上桨力的上升搅拌桨，该上升搅拌桨位于所述导流筒内；另一对为用于提供所述导流筒外的反应物向下桨力的下降搅拌桨，所述下降搅拌桨沿水平面延伸至所述导流筒外。

8.如权利要求7所述的反应釜，其特征在于：所述搅拌装置位于所述导流筒组的最内层；所述夹层之间均设有至少一个用于提供反应物桨力的辅助搅拌装置。

9.如权利要求8所述的反应釜，其特征在于：沿所述容具的中心向所述容具的侧壁方向分布的相邻的搅拌装置和/或辅助搅拌装置所提供桨力的方向相同或相反。

10.如权利要求6-9中任一项所述的反应釜，其特征在于：所述中间换热装置设置在与该搅拌轴相邻的所述导流筒内部。

11.如权利要求7-9中任一项所述的反应釜，其特征在于：所述上升搅拌桨与所述下降搅拌桨沿该搅拌轴的延伸方向分布，且所述上升搅拌桨的叶片的旋角与所述下降搅拌桨的叶片的旋角相反。

12.如权利要求7-9中任一项所述的反应釜，其特征在于：所述上升搅拌桨与所述下降搅拌桨位于同一水平面内，所述上升搅拌桨的桨尖与所述下降搅拌桨的桨尾通过一短轴连接，且所述上升搅拌桨的叶片的旋角与所述下降搅拌桨的叶片的旋角相反。

13.如权利要求1-9中任一项所述的反应釜，其特征在于：所述反应釜还包括导流罩，所述导流罩设置在所有所述搅拌桨的上方，所述导流罩为一倒置的圆锥型部件。

14.如权利要求13所述的反应釜，其特征在于：所述反应釜还包括侧壁换热装置，所述侧壁换热装置在所述容具内部与所述中间换热装置贯通。

15.如权利要求14所述的反应釜，其特征在于：所述中间换热装置和所述侧壁换热装置均为双通道的管体。

16.如权利要求15所述的反应釜，其特征在于：所述反应釜还包括分流罩，所述分流罩设置在所述容具的顶部的内侧。

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