CN102698695A - 一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，它包括釜体、电机以及与电机相连的减速机，在釜体顶部分别设置有物料进口、气体出口和手孔，在釜体底部或侧壁上设置有多个物料出口，在釜体内设置有与所述的减速机输出轴相连的两个转轴，在两个转轴上分别间隔地设置有多个搅拌盘，多个搅拌盘为星型多边形搅拌盘或者部分为多边形搅拌盘并且另一部分是星型多边形搅拌盘，星型多边形搅拌盘为沿每一个多边形侧壁开有弧形凹槽的结构，在每一个多边形搅拌盘及星型多边形搅拌盘的转角处分别安装有一个搅拌杆。本釜大大减少了对物料轴向流动的阻碍，进一步强化了轴向推动力，强化了搅拌混合效果。

Description

一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜

技术领域

本发明涉及搅拌反应釜，尤其涉及一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜。

背景技术

搅拌反应釜在工业生产中应用非常广泛，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌反应釜常常作为反应器，在促进物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂、加速反应等方面起着非常重要的作用。尤其是在处理高粘度、高凝固点物料时，需要轴向流动较顺畅、具有较强搅拌功能和自清洁功能、轴向推力强、表面更新快、传热和传质效果良好的搅拌反应釜，在聚合反应等高粘度物料存在情况下，在促进物料循环、控制反应速率等方面发挥着重大作用。该搅拌反应釜还可作为再沸器使用，在促进物料循环、传质、传热等方面起着巨大作用；也可用做回收蒸馏残渣中的有价值产品，提高产品回收率、降低固废或液废残渣的排放。

蒸发、蒸馏过程常常采用凯特尔釜式再沸器和热虹吸式再沸器（ZL 200810053594.7，2010；ZL 200920088831.3，2010）。凯特尔釜式再沸器在釜体顶部设有气体出口、手孔，再沸器底部设置有物料出口；热虹吸式再沸器的再沸器底部设置有物料进口、顶部设置有气体出口。部分物料在蒸发釜内被管程或壳程的热媒加热至沸腾状态后，由气体出口进入蒸馏塔。对于高沸点物料，尤其是同时具有高粘度、高凝固点、强热敏性特点的重质焦油或酚焦油、煤焦油、高分子聚合物等类似物料，它们通常会出现在高温下发泡或膨化，有的还甚至会出现流变固化的现象，如果采用常规的凯特尔式或热虹吸式再沸器，操作状态下由于物料的粘度较大，温度很高，流动性差，尤其是再沸器内搅拌效果很差，存在较多死角，部分物料很容易滞留在换热管间，易造成碳化或者膨化（发泡后变成固体）现象，导致传热效果很差，甚或堵塞设备，使操作无法正常进行。如果采用常规的凯特尔式或热虹吸式再沸器，为了确保长期安全的运行，必须保证再沸器内物料的粘度不太高且具有一定的轴向流动性，因此通常在常规再沸器中残留过多的产品组分以降低物料粘度使其具有一定的轴向流动性，从而不但造成产品损失过大，产品收率降低，而且增加了固体或液体废渣的排放量，环境污染严重。而且此类再沸器传热效果差，能耗过大。

中国专利（ZL 200610072929.0，2008；ZL 200810053594.7，2010）等对再沸器做了很大程度的改善，使再沸器具有一定的轴向推力，取得了较好效果，使物料有一定的轴向流动，很大程度上避免了物料粘结在釜体内，提高了收率，保障了系统连续稳定安全运行，但上述设备中仍存在极少量的搅拌死角，转轴中热媒与釜体热媒进出口相同，搅拌盘的形状对物料轴向流动有一定的阻碍作用，使得搅拌、传热、传质效果仍受到一定程度限制。中国专利（CN102350240A）进一步强化了再沸器的自清洁、搅拌、传热、传质效果，但对物料的轴向推动力改善不大，使得搅拌、传质效果仍受到一定程度限制。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点和不足，提供一种物料轴向流动非常顺畅、具有较强轴向推动力且具有自清洁作用，减少热敏损失，提高传热效率和分离收率，降低能耗，减少废物排放，保证系统能连续稳定安全运行的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜。

本发明涉及一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，它包括釜体、电机以及与所述的电机相连的减速机，在所述的釜体顶部分别设置有物料进口、气体出口和手孔，在釜体底部或侧壁上设置有多个物料出口，在所述的釜体内设置有与所述的减速机输出轴相连的两个转轴，在所述的两个转轴上分别间隔地设置有多个搅拌盘，所述的多个搅拌盘为星型多边形搅拌盘或者部分为多边形搅拌盘并且另一部分是星型多边形搅拌盘，所述的星型多边形搅拌盘为沿每一个多边形侧壁开有弧形凹槽的结构，在每一个多边形搅拌盘及星型多边形搅拌盘的转角处分别安装有一个搅拌杆，所述的两个转轴上的搅拌盘和搅拌杆彼此交错地设置。

本发明有益技术效果在于：搅拌杆与搅拌盘轴线之间成一定夹角，产生了部分轴向推动力；当每一个转轴上的搅拌盘沿转轴轴向呈一定弧线分布时，随着转轴的转动，搅拌盘会产生螺旋式轴向运动，大大强化了轴向推动力；搅拌盘部分或全部为星型多边形搅拌盘，星型多边形搅拌盘沿每一个多边形侧壁开有弧形凹槽，切除了搅拌盘上阻挡物料沿轴向流动的部分，消除了反应釜中阻挡物料轴向流动的一个主要因素，大大减少了对物料轴向流动的阻碍，进一步强化了轴向推动力，强化了搅拌混合效果；搅拌盘与搅拌杆之间以及搅拌杆与釜体内壁和转轴之间可以相互刮净粘结在其上的物料，具有很强的自清洁效果，可以避免物料粘结在釜体内；搅拌杆上有边刃或挂刺，在旋转时产生强劲的剪切力，而且搅拌盘与搅拌杆、搅拌杆与搅拌杆之间间隙小，形成强力的混合和捏合作用，能有效地破碎结焦物质，使釜内气液相界面能多次快速地被更新。

本发明装置可用于高沸点、高粘度、强热敏性和易结垢甚至还可能受热变成固体的物料，既可以用作聚合反应釜，也可以用作蒸馏再沸器。

附图说明

图1为本发明一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜的主视图；

图2为图1所示的反应釜的一种实施方式的双转轴的部分结构示意图；

图3为图1所示的反应釜的一种实施方式的星型搅拌盘的结构示意图；

图4为图1所示的反应釜的另一种实施方式的星型搅拌盘的结构示意图；

图5为图1所示的反应釜的一种实施方式的搅拌杆的结构示意图；

图6为图1所示的反应釜的另一种实施方式的搅拌杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。

如图1所示的本发明的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，它包括釜体6、电机1以及与所述的电机1相连的减速机，在所述的釜体顶部分别设置有物料进口3、气体出口4和手孔5，在釜体6底部或侧壁上设置有多个物料出口8和10，在所述的釜体6内设置有与所述的减速机输出轴相连的两个转轴13，在所述的两个转轴上分别间隔地设置有多个搅拌盘12，所述的多个搅拌盘12为星型多边形搅拌盘或者部分为多边形搅拌盘并且另一部分是星型多边形搅拌盘，所述的星型多边形搅拌盘为沿每一个多边形侧壁开有弧形凹槽的结构，在每一个多边形搅拌盘及星型多边形搅拌盘的转角处分别安装有一个搅拌杆14。所述的两个转轴上的搅拌盘和搅拌杆彼此交错地设置。所述的转轴中心线与所述釜体半釜中心线重合或者与所述釜体半釜中心线平行且偏离中心线一定距离设置。

一个所述的转轴上的多个搅拌盘为边数相同的搅拌盘或者为边数不同的搅拌盘；一个所述的转轴上的多个搅拌盘与另一个所述的转轴上的多个搅拌盘为边数相同的搅拌盘也或者为边数不同的搅拌盘。

优选的所述的搅拌盘全部为星型多边形搅拌盘。沿每一个多边形侧壁开有弧形凹槽，切除了搅拌盘上阻挡物料沿轴向流动的部分，可以最大程度减少搅拌盘上阻挡物料轴向流动的部分，极大程度促进物料轴向流动，使物料的轴向流动非常顺畅。

优选的每一个所述的转轴上的多个搅拌盘为边数相同的搅拌盘。采用此设置，可以使搅拌轴上的搅拌盘组成非常有规律，减少搅拌盘上阻碍物料轴向流动的部分。

优选的一个所述的转轴上的多个搅拌盘与另一个所述的转轴上的多个搅拌盘为边数不同的搅拌盘。采用此设置，两个转轴在转动过程中转速不同，各自转轴上搅拌杆数不同，自清洁效果更显著。

优选的所述的一个所述的转轴上的多个搅拌盘的多边形的总转角数与另一个所述的转轴上的多个搅拌盘的多边形的总转角数的比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、2:3、3:4、4:5或者5:6。两个转轴上的搅拌盘的盘数相等或相差为1。搅拌盘与搅拌杆之间、搅拌杆与搅拌杆之间的强力剪切刮擦作用，能将较大的结焦物质或固体颗粒破碎；当每个轴上的搅拌盘按一定的弧度分布时，能产生强劲的推动力，推动物料从反应釜的一端流向反应釜的另一端；两个转轴上的搅拌盘相互交错，并与搅拌杆刮擦，能起到自清洁的效果。

优选的所述的两个转轴上的搅拌杆的数目比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、2:3、3:4、4:5或者5:6。两个转轴上的搅拌杆在搅拌盘的带动下，能将沉入设备底部的物料翻起，物料在被翻起后又沿搅拌盘和搅拌杆向下流动形成液膜，一转轴上的搅拌杆再刮过另一转轴上的搅拌盘、搅拌杆及转轴，使液膜变薄，更有利于传热和传质，同时也起到了清洁转轴、搅拌盘和搅拌杆上滞留物料的作用。

所述的搅拌杆沿对应设置的搅拌盘的圆周方向等距离分布，每一个转轴上的搅拌盘沿转轴轴向可以是沿直线分布，也可以是呈一定弧线分布。

所述的配置在搅拌盘上的搅拌杆为直板状搅拌杆、直板边缘有边刃的搅拌杆、直板下边缘有挂刺的搅拌杆、下边缘有挂刺且上边缘有边刃的搅拌杆中的一种。

所述的配置在搅拌盘上的搅拌杆与搅拌盘轴线之间的夹角为0～179度。

优选的在所述的釜体6顶部和底部分别设置有釜体热媒出口7和釜体热媒进口11，在所述的釜体6的两端设置有转轴热媒进口9和转轴热媒出口2。所述的釜体可以为中空结构，在所述的中空结构的内外壁之间设置有进口和出口，所述的釜体内外壁之间的进出口与釜体热媒进出口直接连通，构成一个独立的媒介系统。

优选的所述的两个转轴、搅拌盘、搅拌杆为具有进口和出口的中空结构或者在所述的两个转轴、搅拌盘、搅拌杆外壁上设置有开有进口和出口的夹套，所述的转轴热媒进口与所述的两个转轴或者两个转轴上的夹套、搅拌盘或者搅拌盘上的夹套，搅拌杆或者搅拌杆上的夹套顺次连通，所述的搅拌盘或者搅拌盘上夹套的出口与搅拌杆或者搅拌杆上的夹套、所述的两个转轴或者两个转轴上夹套以及转轴热媒出口顺次连通。具体的可以为：所述的两个转轴或者两个转轴上夹套的终端进口与转轴热媒进口直接连通或通过管线相连通；所述的两个转轴或者两个转轴上夹套的中间出口与搅拌盘或者搅拌盘上的夹套的近轴进口直接连通或通过管线相连通；所述的搅拌盘或者搅拌盘上的夹套的分出口与搅拌杆或者搅拌杆上的夹套的进口直接连通或通过管线相连通；所述的搅拌杆或者搅拌杆上的夹套的出口又与所述的搅拌盘或者搅拌盘上的夹套的分进口直接连通或通过管线相连通；所述的搅拌盘或者搅拌盘上的夹套的近轴出口与所在转轴的转轴中间进口或者转轴上夹套的中间进口直接连通或通过管线相连通；所述的两个转轴或者两个转轴上夹套的终端出口与转轴热媒出口直接连通或通过管线相连通；构成另一个独立的媒介系统。

所述的釜体内壁可以是圆形或椭圆或两个圆弧由两条平行线段连接而成的形状或两个圆弧交接而成的形状。

所述的釜体外壁可以是方形也可以是圆形或椭圆或两个圆弧由两条平行线段连接而成的形状或两个圆弧交接而成的形状。

所述的每一转轴、搅拌盘、搅拌杆和釜体内的热媒流动方向可通过将相应热媒进口改为热媒出口、相应热媒出口改为热媒进口进行调节。

所述的两个转轴可以是直径大小相等的转轴，也可以是大小不相等的转轴。

所述的两个转轴可以是同向也可以是反向旋转的。

所述的转轴上的搅拌盘可以是直接分布在转轴上也可以是通过粘接块固定或通过键固定在转轴上。

所述的搅拌盘之间的间距可以根据待刮掉的物料所需空间体积确定；所述的两个转轴上的搅拌盘12及其搅拌杆14的数目比、分布方式、相互间的角度可根据需要达到的搅拌强度和搅拌效果进行调节。所述的两转轴13在电机1和减速机的带动下作同向或逆向转动，其转速比可根椐物料密度、粘度和表面张力等物性参数的不同可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、2:3、3:4、4:5、5:6。由于转速不同，其轴上运动元件搅拌盘12、搅拌杆14、转轴13的速度随之变化，所以在相对运动过程中可以实现自清洁和成膜。由于两个转轴上的搅拌盘12、搅拌杆14相互交错，搅拌盘12和搅拌杆14随各自所在转轴做圆周运动，它们还可以把沉入设备底部的物料翻起，粘稠的物料在被翻起后又沿搅拌盘和搅拌杆向下流动形成液膜，一转轴上的搅拌杆再刮过另一转轴上的搅拌盘、搅拌杆及转轴，使液膜变薄，更有利于传热和传质，同时也起到了清洁搅拌盘、搅拌杆及转轴上滞留物料的作用。每对搅拌盘及其上的搅拌杆相交时与釜体内壁形成的空间随转动过程而发生相应变化，物料流动过程中，受轴向推力的作用，未汽化的剩余物料（液体、固体颗粒或粉末）将沿轴向运动最终被推出反应釜；当采用星型搅拌盘时，由于截掉了搅拌盘上阻碍物料轴向流动的部分，强化了物料的轴向流动，使其流动非常顺畅。物料的推进速度与其密度、粘度和表面张力等物性参数及各部件结构、形状、尺寸有关。由于所述的每一转轴13、搅拌盘12、搅拌杆14可以是具有进口和出口的中空结构，或者所述的每一转轴13、搅拌盘12、搅拌杆14、釜体6可以同时设计其上开有进口和出口的夹套，因而中空结构内部或夹套内可以通加热媒或冷媒，增加了换热面积。转轴、搅拌盘、搅拌杆及釜体内壁均可在机械搅拌作用下使物料在其表面形成液膜，增加了液相与气相之间的传热和传质的相界面面积。采用本发明的两转轴上星型搅拌盘及搅拌杆以及反应釜釜体内壁构型，进一步增加了反应釜内轴向推动力，减少了物料轴向流动的障碍，使物料轴向流动非常顺畅，强化了反应釜的搅拌效果。本反应釜制作所用材质可以是各种金属，部分部件还可采用塑料或有机玻璃。

本发明在实际应用过程中，可以与原料灌、蒸馏塔、冷凝器和接收罐等一起构成产品回收或反应系统。

本发明在实际应用过程中，当其端盖外形采用方形时，通过在两端盖间粘接有机玻璃片，在搅拌釜的外壁之外构成方形槽，还可作为可视化实验设备。

本反应釜的工作流程为：物料从所述反应釜进料口3进料后，物料在设计的停留时间内在被强力搅拌并被搅拌盘及其搅拌杆刮净存留在搅拌盘、搅拌杆和釜体内壁上的物料的同时，受热被汽化的产品从所述反应釜的顶部气体出口4引出冷凝后收集到接收灌；而残余液体或固体粉料则被从所述反应釜的端部出口8或侧面或底部出口10推出反应釜，进入废料接收罐。热媒通道中可视情况选择通入热媒还是冷媒，或者不通入媒介。在通入媒介的情况下，欲通入釜壁的媒介从釜体热媒进口11通入，从釜体热媒出口7流出；欲通入转轴中的媒介从转轴热媒进口9通入，从转轴热媒出口2流出。

Claims (8)

1.一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，它包括釜体、电机以及与所述的电机相连的减速机，在所述的釜体顶部分别设置有物料进口、气体出口和手孔，在釜体底部或侧壁上设置有多个物料出口，在所述的釜体内设置有与所述的减速机输出轴相连的两个转轴，在所述的两个转轴上分别间隔地设置有多个搅拌盘，其特征在于：所述的多个搅拌盘为星型多边形搅拌盘或者部分为多边形搅拌盘并且另一部分是星型多边形搅拌盘，所述的星型多边形搅拌盘为沿每一个多边形侧壁开有弧形凹槽的结构，在每一个多边形搅拌盘及星型多边形搅拌盘的转角处分别安装有一个搅拌杆，所述的两个转轴上的搅拌盘和搅拌杆彼此交错地设置。

2.根据权利要求1所述的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：所述的两个转轴中心线与所述釜体半釜中心线重合或者与所述釜体半釜中心线平行并偏离中心线一定距离设置。

3.根据权利要求1所述的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：一个所述的转轴上的多个搅拌盘的多边形的总转角数与另一个所述的转轴上的多个搅拌盘的多边形的总转角数的比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、2:3、3:4、4:5或者5:6；所述的两个转轴上的搅拌盘的盘数相等或相差为1，所述的两个转轴上的搅拌杆的数目比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、2:3、3:4、4:5或者5:6。

4.根据权利要求3所述的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：每一个所述的转轴上的多个搅拌盘边数相同。

5.根据权利要求4所述的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：一个所述的转轴上的多个搅拌盘与另一个所述的转轴上的多个搅拌盘为边数不同的搅拌盘。

6.根据权利要求1所述的一种星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：所述的搅拌杆沿对应设置的搅拌盘的圆周方向等距离分布，每一个转轴上的搅拌盘沿转轴轴向为沿直线分布或者呈一定弧线分布。

7.根据权利要求1所述的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：所述的搅拌杆为直板状搅拌杆、直板边缘有边刃的搅拌杆、直板下边缘有挂刺的搅拌杆、下边缘有挂刺且上边缘有边刃的搅拌杆中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种带有星型搅拌器的卧式双轴搅拌反应釜，其特征在于：所述的搅拌杆与搅拌盘轴线之间的夹角为0～179度。

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