CN104474979A - 脉冲撞击超重场环流反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脉冲撞击超重场环流反应器，其包括驱动机构和反应容器，所述反应容器内包括：动力转子、定子、定子盖板、导向器和导流筒，所述动力转子与驱动机构伸入反应容器内的轴连接，并且套装在定子内，动力转子在驱动机构的驱动下能在定子内高速旋转；定子固定在驱动机构的机座上，定子盖板安装在定子上部，所述定子和动力转子侧壁均设有多个内外贯通的槽口；物料进口管由反应容器外插入定子内，在定子外围设有开口向上的导向器，在导向器上方设有导流筒。本发明结合撞击、超重力场和环流的三大新型反应器的特征，能广泛用于化工、石油化工、环境、制药、轻工等领域涉及液液（包括乳液）、气液反应的场合。

Description

脉冲撞击超重场环流反应器
技术领域
本发明涉及化工、石油化工、环境、制药、轻工等领域的反应装置，具体涉及一种脉冲撞击超重场环流反应器。
背景技术
在化工、石油化工、环境、制药、轻工等许多领域都广泛涉及液液（包括乳液）、气液反应，尤其是一些外扩散控制的反应，对反应物料的传质要求较高。要求反应器能为反应物料提供充分的微观混合和最大限度的返混。
工业上，液液反应最常用的反应器是釜式搅拌反应器，这种反应器的缺点是器内微观混合不均匀，仅为宏观搅拌，混合效率不高，乳液反应效果不佳。近年来，出现了撞击流反应器和超重力场反应器，属新型反应器，得到了一些工业应用。反应器内物料相互对撞或超重力场应用，增加了物料的接触面积，使传热、传质速率相应增大，促进了受传递过程影响的化学反应进行。但目前的撞击流反应器大多为在导流筒内设置螺旋桨或在反应器外设置两台泵循环对撞，其不足之处为螺旋桨电机轴过长而易损坏，两台泵功耗较高、控温系统复杂且易产生跑冒滴漏。该两种反应器型式对液液反应较为合适，不适用于气液反应，同样不适合乳液反应，因为乳液反应存在水相和油相界面，没有强力剪切，微观混合不好。
气液反应最常用的为鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器，环流反应器，液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等，液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。超重力场反应器是一种新型反应器，主要由转鼓和转鼓内填料（旋转床）一起旋转产生离心力（超重力）来实现，它也能促使传质过程的强化，适用于气液反应场合，但旋转床体积大、设备加工工艺要求很高，旋转密封的地方较多，而且密封件更换频繁，另外没有脉冲撞击功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲撞击超重场环流反应器，兼有撞击式反应器、环流反应器和超重力反应器的主要功能，尤其是脉冲撞击，同时克服上述装置的不足，可以适应工艺过程中要求连续反应，又要求物料在反应器内快速混合均匀，达到微观混合，满足液液（包括乳液）反应、气液反应的优良效果。
按照本发明所提供设计方案，所述脉冲撞击超重场环流反应器包括驱动机构和反应容器，所述反应容器内包括：动力转子、定子、定子盖板、导向器和导流筒，所述动力转子与驱动机构伸入反应容器内的轴连接，并且套装在定子内，动力转子在驱动机构的驱动下能在定子内高速旋转；定子固定在驱动机构的机座上，定子盖板安装在定子上部，所述定子和动力转子侧壁均设有多个内外贯通的槽口；物料进口管由反应容器外插入定子内，在定子外围设有开口向上的导向器，在导向器上方设有导流筒。
具体的，所述反应器容器包括内筒体和焊在内筒体外的夹套，内筒体和上盖通过法兰连接；在内筒体上设有物料进口管和物料出口管，在夹套上设有夹套进口管和夹套出口管。
所述定子在一个圆筒结构下部开有多个进料口，上部分为内外两层，内外两层均开有多个齿状槽口，所述物料进口管伸入定子的进料口内。
所述动力转子包括与驱动机构的轴连接的轴套，轴套外具有两层与定子上部对卡的侧壁，两层侧壁上均开有多个齿状槽口。
所述导流筒通过拉杆与反应容器内筒体固定连接。导流筒的上端和下端均向外扩张呈喇叭口。所述导向器底部呈圆弧状，包围住定子一周的槽口。
所述驱动机构位于反应容器下方，包括电机和输出的轴、机座以及密封件，电机通过机座安装在反应容器底端；轴上设有密封件，将轴与反应容器之间密封。
所述反应容器通过机座连接块与驱动机构的机座连接，机座连接块焊接在反应容器底部外壁。
作为优选，所述动力转子和定子的安装间隙在0.5~10mm。
本发明的优点是：利用驱动机构产生的高速旋转，带动转子产生的高离心力，使容器内的液体被快速离心摔出，物料进口管所对的转子中心形成真空，物料从下部被快速吸入，反应容器内主体物料也同时从底部吸入，物料在具有齿状槽口的转子和定子内高度脉冲撞击，并在转腔内进行超重力接触，达到高强度的物理传质和化学反应，由定子的齿状槽口喷出，被强力分散形成很大的接触面积，经过导向器形成强力上喷进入容器导流筒，形成了容器内中间上流、两侧下流的大环流；由容器夹套控制反应温度，产物可通过物料出料管连续出料。本发明能广泛用于化工、石油化工、环境、制药、轻工等领域涉及液液（包括乳液）、气液反应的场合。
附图说明
图1为脉冲撞击超重场环流反应器的结构示意图。
图2为动力转子和定子组合结构图。
图3为定子的结构示意图。
图4为图3的俯视图。
图5为动力转子的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明涉及具有脉冲撞击、带有超重力场和环流的一种脉冲撞击超重场环流反应器。
如图1~图6所示，本发明包括：反应容器1、内筒体1.1、夹套1.2、夹套出口管1.3、上盖1.4、放空管1.5、上盖法兰1.6、筒体法兰1.7、拉杆1.8、物料出口管1.9、夹套进口管1.10、放净管1.11、物料进口管1.12、机座连接块1.13、导流筒2、导向器3、动力转子4、转子内层齿状槽口4.1、转子外层齿状槽口4.2、轴套4.3、定子5、进料口5.1、定子内层齿状槽口5.2、定子外层齿状槽口5.3、螺栓孔5.4、驱动机构6、电机6.1、机座6.2、密封件6.3、轴6.4、定子盖板7。
如图1所示：本发明包括驱动机构6和反应容器1，所述反应容器1内包括：动力转子4、定子5、定子盖板7、导向器3和导流筒2，所述动力转子4与驱动机构6伸入反应容器1内的轴6.4连接，并且套装在定子5内，动力转子4在驱动机构6的驱动下能在定子5内高速旋转；定子5固定在驱动机构6的机座6.2上，定子盖板7安装在定子5上部，所述定子5和动力转子4侧壁均设有多个内外贯通的槽口；物料进口管1.12由反应容器1外插入定子5内，在定子5外围设有开口向上的导向器3，在导向器3上方设有导流筒2。
所述反应容器1通过机座连接块1.13与驱动机构6连接在一起，导流筒2通过拉杆1.8与反应容器1内筒体1.1固定。
所述反应器容器1包含内筒体1.1和焊在其上的夹套1.2，并与筒体法兰1.7焊接，上盖1.4与上盖法兰1.6焊接，上盖法兰1.6与筒体法兰1.7螺栓连接成一个整体，法兰的应用便于内部部件的安装和维修。
所述物料进口管1.12有两根，设置在反应容器1的底部，通过90°弯头伸到定子5的的进料口5.1内，供反应物料快速进料。夹套进口管1.10和夹套出口管1.3供反应容器1内物料反应的加热和冷却用，可以控制反应温度。物料出口管1.9设置在反应容器1的内筒体1.1下部的侧壁，反应的产物可以通过它连续出料，供下一道工序使用。上盖1.4上的放空管1.5与反应容器1底部的放净管1.11配合使用，停车时可以放净物料。拉杆1.8与反应容器1内导流筒2和内筒体1.1连接，以固定导流筒2。机座连接块1.13焊接在内筒体1.1的底部外壁，供驱动机构6的机座6.2安装固定。
所述导向器3包围住定子5一周的槽口，底部呈圆弧状，利于定子5喷射出来的物料转向，形成折流往上流动。
所述导流筒2安装于导向器3正上方，导流筒2的上端和下端向外扩张呈喇叭口，角度为30°~90°。
如图2所示：所述的驱动机构6位于反应容器1下方，包括电机6.1和输出的轴6.4、机座6.2以及密封件6.3，电机6.1通过机座6.2安装在反应容器1底端；所述轴6.4上设有密封件6.3，将轴6.4与反应容器1之间密封。驱动机构6的机座6.2与定子5的底部连接而使其固定；定子5利用螺钉通过其螺栓孔5.4与机座6.2相连。
如图3和图4所示为定子5的结构示意图。所述定子5在一个圆筒结构下部开有4个进料口5.1，上部分为内外两层，外层开有若干个外层齿状槽口5.3，内层开有若干个内层齿状槽口5.2，底部设有四个连接驱动机构6的机座6.2的螺栓孔5.4，用于将定子5固定安装于机座6.2上。所述定子5的四个进料口5.1均匀分布，其中对开的两个口供反应容器1底部两个物料进口管1.12伸入，工作时进入反应物料，另外两个口供反应容器1内物料在工作时自动吸入物料。定子外层齿状槽口5.3位于定子内层齿状槽口5.2的外圈，槽口为均匀圆周分布。进料口5.1、定子外层齿状槽口5.3、定子内层齿状槽口5.2、导向器3及反应容器1相连通。当反应物料通过进料口5.1进入定子5的腔体内后，沿轴向流动，再从定子内层齿状槽口5.2径向流动到定子外层齿状槽口5.3，然后射出，获得足够动能和脉冲撞击。
如图5和图6所示为动力转子4的结构示意图。所述动力转子4包括与驱动机构6的轴6.4连接的轴套4.3，轴套4.3外具有两层与定子5上部对卡的侧壁，两层侧壁上分别开有若干个转子内层齿状槽口4.1及若干个转子外层齿状槽口4.2。所述转子内层齿状槽口4.1、转子外层齿状槽口4.2与定子内层齿状槽口5.2及定子外层齿状槽口5.3相匹配；当动力转子4安装在定子5内时，转子外层齿状槽口4.2位于定子内层齿状槽口5.2与定子外层齿状槽口5.3之间，且转子内层齿状槽口4.1、转子外层齿状槽口4.2、定子内层齿状槽口5.2及定子外层齿状槽口5.3相连通，从而保证位于定子进料口5.1内的物料能够依次通过转子内层齿状槽口4.1、定子内层齿状槽口5.2、转子外层齿状槽口4.2及定子外层齿状槽口5.3后射出。
动力转子4和定子5的加工安装间隙在0.5~10mm；间隙的大小可根据物料的状态、性质来决定；间隙腔体内具有离心、剪切、脉冲撞击，反应物料被强烈预混合，物料经过定、转子供四层流道的作用，增加了传质、提高物料传质速率、增大接触面积、提高反应效果。
工作时，液体物料首先加入反应容器1，将反应物料分别与反应容器1底部两个物料进口管1.12连接好；如果乳液反应，则一根管接油相物料，另一根管接水相物料；如果气液反应，则一根管接液体物料，另一根管接气体物料。开启驱动机构6的电机6.1，动力转子4高速旋转提供强大的动力，动力转子随直径方向的动能增加而位能减少，从而使动力转子外围高动能的流体压力低于转子中心低动能的压力，产生空位状态，流体由动力转子中心向转子外围流动，导致转子中心空位，形成该区域的真空。反应容器1内的流体及其底部两股进料流体从定子5的进料口5.1快速吸入至定子5腔体内，快速混合，依次通过转子内层齿状槽口4.1、定子内层齿状槽口5.2、转子外层齿状槽口4.2及定子外层齿状槽口5.3后射出，在动力转子4和定子5的间隙（如2mm）腔体内剪切、碾磨、脉冲撞击，反应物料被强烈预混合，物料经过定、转子供四层流道的作用，获得了极大的机械能，达到了撞击效果，若干个多排齿状槽孔形成脉冲性能，从而具备了脉冲撞击功能；由动力转子4的中心到该区域离心加速度不断增大，当转速为3000rpm和转子直径200mm时，离心加速度9860m/s2约1000g，流体呈现超重力场物料处于超重力场；同时分散成细小微元（或巨大相界面），增大反应物的传质面积、传质系数，对于扩散控制的化学反应连续操作提高预混合效果和反应选择性，抑止了副反应的发生；定子5喷出的物料经过导向器3折流往上快速流动，进入其上方的导流筒2，带动了部分反应容器1内主体物料上升，导流筒2下端的喇叭口在此体现出良好的效果，上升的流体经导流后沿导流筒2上端喇叭口往下流动，形成环流，增大了宏观混合，全混流的返混加大，有利于常规的液液快速反应，对于气液反应，有利于气体再次吸收，延长了气体的停留时间，体现出环流反应器的性能，对于乳液反应（需要大的相界面）也体现出优秀的效果。反应容器1和导流筒2的结合，通过夹套1.2的加热冷却介质方便控制反应温度，快速反应的反应前期热效应较大，容积式全混流传热效率高；反应的产物通过反应容器1下部的出料管1.9连续出料，至后道工序处理。停车时，开启容器上盖的放空口1.5和底部放净管1.11放净。另外，通过关闭该反应器的出料管1.9，可以实现间歇操作。
本发明结合撞击、超重力场和环流的三大新型反应器的特征。引入了高速旋转的动力转子和定子的组合，定子结构上进料口和容器两根物料进口管的结合，动力转子的高速旋转提供强大的动力，物料从进料口快速吸入，流体经过动力转子带有齿状槽口流出，在动力转子和定子的间隙腔体内剪切、碾磨、脉冲撞击；由动力转子中心到该区域离心加速度不断增大，物料处于超重力场，同时分散成细小微元（或巨大相界面），增大反应物的传质面积、传质系数，对于扩散控制的化学反应连续操作提高预混合效果和反应选择性，抑止了副反应的发生；定子喷出的物料经过导向器折流往上快速流动，进入其上方的导流筒，带动了部分反应容器内主体物料上升，导流筒下端的喇叭口在此体现出良好的效果，上升的流体经导流后沿导流筒上端喇叭口往下流动，形成环流，增大了宏观混合，全混流的返混加大，有利于常规的液液快速反应，对于气液反应，有利于气体再次吸收，延长了气体的停留时间，对于乳液反应（需要大的相界面）也体现出优秀的效果；容器和导流筒的结合，还能通过夹套的加热冷却介质方便控制反应温度，因为快速反应的反应前期热效应较大，容积式全混流传热效率高；反应的产物通过容器下侧面的出料管连续出料，至后道工序处理；停车时，开启容器上盖的放空口和底部放净口放净；另外，通过关闭该反应器的出料口，可以实现间歇操作。通过这些机构和作用使得液液反应（包括乳液）气液反应在本发明装置实现脉冲撞击、带有超重力场和环流的多功能，达到提高物料传质速率、增大接触面积、提高液液（包括乳液）、气液反应的效果。

Claims (10)

1.脉冲撞击超重场环流反应器，包括驱动机构（6）和反应容器（1），其特征在于，所述反应容器（1）内包括：动力转子（4）、定子（5）、定子盖板（7）、导向器（3）和导流筒（2），所述动力转子（4）与驱动机构（6）伸入反应容器（1）内的轴（6.4）连接，并且套装在定子（5）内，动力转子（4）在驱动机构（6）的驱动下能在定子（5）内高速旋转；定子（5）固定在驱动机构（6）的机座（6.2）上，定子盖板（7）安装在定子（5）上部，所述定子（5）和动力转子（4）侧壁均设有多个内外贯通的槽口；物料进口管（1.12）由反应容器（1）外插入定子（5）内，在定子（5）外围设有开口向上的导向器（3），在导向器（3）上方设有导流筒（2）。
2.根据权利要求1所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述反应器容器（1）包括内筒体（1.1）和焊在内筒体（1.1）外的夹套（1.2），内筒体（1.1）和上盖（1.4）通过法兰连接；在内筒体（1.1）上设有物料进口管（1.12）和物料出口管（1.9），在夹套（1.2）上设有夹套进口管（1.10）和夹套出口管（1.3）。
3.根据权利要求1所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述定子（5）在一个圆筒结构下部开有多个进料口（5.1），上部分为内外两层，内外两层均开有多个齿状槽口，所述物料进口管（1.12）为两根，分别伸入定子（5）的进料口（5.1）内。
4.根据权利要求1，3所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述动力转子（4）包括与驱动机构（6）的轴（6.4）连接的轴套（4.3），轴套（4.3）外具有两层与定子（5）上部对卡的侧壁，两层侧壁上均开有多个齿状槽口。
5.根据权利要求1所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述动力转子（4）和定子（5）的安装间隙在0.5~10mm。
6.根据权利要求1所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述导流筒（2）的上端和下端均向外扩张呈喇叭口。
7.根据权利要求1所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述导向器（3）底部呈圆弧状，包围住定子（5）一周的槽口。
8.根据权利要求2所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述导流筒（2）通过拉杆（1.8）与反应容器（1）内筒体（1.1）固定连接。
9.根据权利要求1所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述驱动机构（6）位于反应容器（1）下方，包括电机（6.1）和输出的轴（6.4）、机座（6.2）以及密封件（6.3），电机（6.1）通过机座（6.2）安装在反应容器（1）底端；所述轴（6.4）上设有密封件（6.3），将轴（6.4）与反应容器（1）之间密封。
10.根据权利要求1，9所述脉冲撞击超重场环流反应器，其特征在于：所述反应容器（1）通过机座连接块（1.13）与驱动机构（6）的机座（6.2）连接，所述机座连接块（1.13）焊接在反应容器（1）底部外壁。
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