CN104492362A - 一种强化多糖高聚物改性的超重力反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化多糖高聚物改性的超重力反应器，外筒体为卧式结构，外筒体内部设有反应内筒，减速机Ⅰ通过联轴器与搅拌轴连接，搅拌轴穿过外筒体端盖上的通孔插入到反应内筒中，搅拌轴通过两端的轴承座固定在外筒体的两端；反应内筒外侧设有夹套，外筒体上方设有总进出口，总进出口与反应内筒相通，搅拌轴上装有内螺旋带和外螺旋带，内螺旋带和外螺旋带沿轴向呈相反方向布设安装；内螺旋带的半径比外螺旋带半径小。本发明的内外螺旋带来回的高速运转，产生强大的离心力和剪切力，强化传质、微观混合作用，反应得到强化，有效缩短反应时间，同时外螺旋带能及时将粘壁物料进行刮料清除，提高了产品质量。

Description

一种强化多糖高聚物改性的超重力反应器

技术领域

本发明涉及一种超重力反应器，具体地说，是一种化多糖高聚物改性的超重力反应器。

背景技术

多糖高聚物包括淀粉、木质纤维素、壳聚糖等，多糖高聚物一般都是结晶高聚物，由结晶区和无定形区组成，结晶区的结构特点是羟基在分子内或分子间形成氢键，构成高度结晶的结构，大多数反应试剂只能到达无定形区，而不能到达结晶区，因此要提高多糖结晶高聚物的改性与深加工效率就必须对它们进行活化处理。

超重力技术开发研究始于20世纪 70年代末，英国 ICI 公司的 Ramshaw 教授最早研究并申请专利 EP0002568，公开了一种填料式超重力旋转床(旋转填料床)。作为一门过程强化的新型工程技术，其特点是设备体积小、传质强度大、容易操作，随后引起了国际上研究开发的热潮。通常，实现超重力的最简单方法是通过旋转产生离心力而实现，把任一瞬间物质在旋转体内各点所受的超重力分布，称为超重力场。其数值大小与旋转体的转速和径向位置有关，因此超重力场的大小是可以调控的。对于大型设备，由于旋转体的直径较大，其转速可以低一些，以达到一定的超重力和满足设备运行的稳定性；对于小型的或实验室设备旋转体的直径较小，高速运行，以实现相同的超重力。在超重力场下，气-液、液-液、液-固或气-液-固多相的流动接触，其相间传递面积和更新频率比常规的重力场大得多，液体的表面张力作用的影响很小，巨大的剪切力使得相间传质速率比传统的传质设备提高1-3个数量级，微观混合和传质过程得到极大地强化。超重力工程技术被认为是强化传递和多相反应过程的一项突破性技术，被誉为"化学工业的晶体管"和"跨世纪的技术"。

传统的多糖高聚物改性，如变性淀粉生产绝大多数都是采用湿法工艺，即将淀粉分散在水或其它液体介质中，配成一定浓度悬浮液，在一定温度条件下与化学试剂进行氧化、酸解、酯化、交联等反应，生成变性淀粉。目前所采用的改性设备一般是采用传统的槽式搅拌反应器，反应间歇，存在反应时间长，反应不连续，不同批次产品质量不稳定，且因单一槽式反应器加热面积很有限，因此，相同规模生产线，所需反应设备较多，工作劳动强度较大即人工成本较高和动力消耗较大等缺点，且无法解决反应过程中的粘壁问题，因此，原料损耗也较大，产品质量控制较难。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种物料反应均匀，原料损耗小，产品质量高，反应物料时时处于表面更新状态的强化多糖高聚物改性的超重力反应器。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种强化多糖高聚物改性的超重力反应器，外筒体为卧式结构，外筒体内部设有反应内筒，减速机Ⅰ通过联轴器与搅拌轴连接，搅拌轴穿过外筒体端盖上的通孔插入到反应内筒中，搅拌轴通过两端的轴承座固定在外筒体的两端；所述的反应内筒外侧设有夹套，外筒体上方设有总进出口，总进出口与反应内筒相通，所述的搅拌轴上装有内螺旋带和外螺旋带，内螺旋带和外螺旋带沿轴向呈相反方向布设安装；所述的内螺旋带的半径比外螺旋带半径小。

作为进一步改进，所述的外螺旋带的最外端与反应内筒的内壁间隔1-2cm。

作为进一步改进，所述的外筒体与驱动装置相连，所述的驱动装置包括减速机Ⅱ和安装在外筒体上的齿轮组）；所述的减速机Ⅱ通过与齿轮组相连控制外筒体的转动。

作为进一步改进，所述的外筒体外圈设有托轮。

作为进一步改进，所述的夹套内设有加热装置及温度控制器。

优选的，所述的加热装置包括加热介质及加热器。

优选的，所述的反应内筒、搅拌轴、内螺旋带和外螺旋带用金属钛制造。金属钛的耐酸碱及耐磨特性，避免了其他金属离子对反应物料的污染，因此，利用该反应器对多糖高聚物改性的过程清洁卫生，产品达到药用辅料和食品卫生标准。

作为进一步改进，两台或两台以上的所述强化多糖高聚物改性的超重力反应器进行串联时，在所述的外筒体的两端设有固定罩，一端固定罩上设有物料进口，另一固定罩上设有物料出口。

优选的，所述的物料出口与另外一台所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器的物料出口通过管道连接进行串联。

使用时，外筒体靠减速机Ⅱ带动作低速回转运动（转速30-50r/min），通过外筒体回转运动产生离心力而实现超重力，任一瞬间物料在回转体内各点所受的超重力分布，称为超重力场。搅拌轴带内螺旋带和外螺旋带在减速机Ⅰ的作用下作反向高速转动（转速200-800 r/min），即外筒体和搅拌轴作反向转动，使物料作左右均匀流动，可防止物料结团，增大物料的接触面，反应充分，直径较大的外螺旋带不仅具有搅拌功能，且最外端与反应内筒的内壁间隔小，因此具有对反应内筒的内壁进行刮料除粘功能，防止物料粘壁，根本解决加温过程物料粘壁的现象；在转动过程中通过温度控制器监控，通过流量调设阀或电动调设阀调节夹套内的加热介质的温度或加热器的电热功率，从而对反应内筒体内的温度进行恒温控制，生产过程中产生的废气通过抽气口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的外筒体可作回转运动，通过回转运动产生离心力而实现超重力，适合多糖高聚物液-液或液-固多相的流动接触，其相间传递面积和更新频率比常规的重力场大得多，液体的表面张力作用的影响很小，提高了物料的反应效率。

2、本发明以搅拌轴的轴线为螺旋中心线，设置螺旋方向相反的内螺旋带和外螺旋带，可以让物料在进行搅拌时，使物料作左右均匀流动，可防止物料结团，增大物料的接触面，反应充分，直径较大的外螺旋带不仅具有搅拌功能，同时具有对反应内筒的内壁进行刮料除粘功能，防止物料粘壁，根本解决加温过程物料粘壁的现象，降低了原料的损耗，提高了产品质量。

3、本发明的外筒体和搅拌轴可作反向变速转动，同时通过搅拌轴与外筒体之间的转动，特别是内轴螺带来回的高速运转，产生强大的离心力和剪切力，微观混合和传质、传热过程得到有力强化，有效缩短反应时间。可根据不同的原料和改性方法调整转速，以达到调整物料的反应时间和物料间相互的混合、传递效果。

4、对于高分子材料的改性反应，反应受温度和物料接触均匀性影响很大，本发明的外筒体在减速机作用下作低速回转运动，搅拌轴可以在很小的减速机动力带动下作高速运转，有效地解决了反应系统中反应物之间的有效接触和受热均匀的问题，由于反应内筒内壁时时处于更新状态，且物料经内外螺旋带来回均匀走动，避免出现局部过热而粘壁，最终导致物料无法受热的缺陷，提高产品质量，保证产物的取代均一性好。

5、本发明的外筒体外圈设有托轮，减少了外筒体做周转运动的损耗，提高使用寿命，并可以针对不同的物料和改性方法，通过托轮调整外筒体的倾斜度和转速来控制物料在该反应器中的停留时间，即反应时间。

6、本发明通过温度控制器对夹套内进行实时监控，从而进一步通过流量调设阀或电动调设阀调节夹套中加热介质的流量或加热器的电热功率及外筒体和搅拌轴的转速，保证了研磨内筒内的温度均匀和恒温的反应环境，从而提高产品性能的稳定性。

7、本发明单机使用为间歇反应式生产，多机串联即可实现连续式生产，生产过程产生的废气，经反应器端头固定罩上的排气孔抽吸出筒体外，产品结构均一、质量稳定，满足工业生产。

8、本发明的结构简单合理，可实现自动化控制，可以通过控制反应时间和温度、转速等参数来精确控制多糖高聚物的改性程度，操作方便，产品质量高，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

附图标识：

1-减速机Ⅰ，2-搅拌轴，3-端盖，4-抽气口，5-外筒体，6-夹套，7-总进出口，8-反应内筒，9-内螺旋带，10-外螺旋带，11-温度控制器，12-减速机Ⅱ，13-齿轮组，14-托轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种强化多糖高聚物改性的超重力反应器，外筒体5为卧式结构，外筒体5内部设有反应内筒8，减速机Ⅰ1通过联轴器与搅拌轴2连接，搅拌轴2穿过外筒体5端盖3上的通孔插入到反应内筒8中，搅拌轴2通过两端的轴承座固定在外筒体5的两端；所述的反应内筒8外侧设有装有加热装置的夹套6，所述的加热装置包括加热介质及加热器，其中加热介质为导热油，加热器为电加热器。夹套6内还设有温度控制器11。外筒体5上方设有总进出口7，总进出口7与反应内筒8相通，外筒体5一端的端盖3上设有抽气口4。所述的搅拌轴2上装有内螺旋带9和外螺旋带10，内螺旋带9和外螺旋带10沿轴向呈相反方向布设安装；所述的内螺旋带9的半径比外螺旋带10半径小，外螺旋带10的最外端与反应内筒8的内壁间隔1mm。反应内筒8、搅拌轴2、内螺旋带9和外螺旋带10用金属钛制造。金属钛的耐酸碱及耐磨特性，避免了其他金属离子对反应物料的污染，因此，利用该反应器对多糖高聚物改性的过程清洁卫生，产品达到药用辅料和食品卫生标准。

使用时，搅拌轴带内螺旋带和外螺旋带在减速机Ⅰ的作用下作高速转动（转速200-800 r/min），通过外筒体回转运动产生离心力而实现超重力，任一瞬间物料在回转体内各点所受的超重力分布，称为超重力场。物料在该超重力场内作左右均匀流动，可防止物料结团，增大物料的接触面，反应充分，直径较大的外螺旋带10不仅具有搅拌功能，且最外端与反应内筒的内壁间隔小，因此具有对反应内筒的内壁进行刮料除粘功能，防止物料粘壁，根本解决加温过程物料粘壁的现象；在转动过程中通过温度控制器监控，通过流量调设阀或电动调设阀调节夹套内的加热介质的温度或加热器的电热功率，从而对反应内筒体内的温度进行恒温控制，生产过程中产生的废气通过抽气口排出。

实施例2：

与实施例1不同之处在于，安装时，外螺旋带10的最外端与反应内筒8的内壁间隔2mm。外筒体5与驱动装置相连，所述的驱动装置包括减速机Ⅱ12和安装在外筒体5上的齿轮组13；所述的减速机Ⅱ12通过与齿轮组13相连控制外筒体5的转动。所述的外筒体5外圈设有托轮14。夹套6内的加热介质为蒸汽。外筒体5外圈设有托轮15，减少了外筒体5做周转运动的损耗，提高使用寿命，并可以针对不同的物料和改性方法，通过托轮14调整外筒体5的倾斜度和转速来控制物料在该反应器中的停留时间，即反应时间.

使用时，外筒体5靠减速机Ⅱ12带动作低速回转运动（转速30-50r/min），通过外筒体回转运动产生离心力而实现超重力，任一瞬间物料在回转体内各点所受的超重力分布，称为超重力场。搅拌轴2带内螺旋带9和外螺旋带10在减速机Ⅰ1的作用下作反向高速转动（转速200-800 r/min），即外筒体5和搅拌轴2作反向转动，使物料作左右均匀流动，可防止物料结团，增大物料的接触面，反应充分。

实施例3：

与实施例2不同之处在于，两台或两台以上的实施例2中所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器进行串联时，在所述的外筒体5的两端设有固定罩，一端固定罩上设有物料进口，另一固定罩上设有物料出口。所述的物料出口与另外一台所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器的物料出口通过管道连接进行串联，可实现连续式生产。

Claims (10)

1.一种强化多糖高聚物改性的超重力反应器，外筒体（5）为卧式结构，外筒体（5）内部设有反应内筒（8），减速机Ⅰ（1）通过联轴器与搅拌轴（2）连接，搅拌轴（2）穿过外筒体（5）端盖（3）上的通孔插入到反应内筒（8）中，搅拌轴（2）通过两端的轴承座固定在外筒体（5）的两端；所述的反应内筒（8）外侧设有夹套（6），外筒体（5）上方设有总进出口（7），总进出口（7）与反应内筒（8）相通，其特征在于：所述的搅拌轴（2）上装有内螺旋带（9）和外螺旋带（10），内螺旋带（9）和外螺旋带（10）沿轴向呈相反方向布设安装；所述的内螺旋带（9）的半径比外螺旋带（10）半径小。

2.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的机械活化反应器，其特征在于：所述的外螺旋带（10）的最外端与反应内筒（8）的内壁间隔1-2mm。

3.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的外筒体（5）与驱动装置相连，所述的驱动装置包括减速机Ⅱ（12）和安装在外筒体（5）上的齿轮组（13）；所述的减速机Ⅱ（12）通过与齿轮组（13）相连控制外筒体（5）的转动。

4.根据权利要求3所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的外筒体（5）外圈设有托轮（14）。

5.根据权利要求1-4任一所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的夹套（6）内设有加热装置及温度控制器（11）。

6.根据权利要求5所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的加热装置包括加热介质及加热器。

7.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的外筒体（5）一端的端盖（3）上设有抽气口（4）。

8.根据权利要求1所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的反应内筒（8）、搅拌轴（2）、内螺旋带（9）和外螺旋带（10）用金属钛制造。

9.根据权利要求1-4或6-8任一所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：两台或两台以上的所述强化多糖高聚物改性的超重力反应器进行串联时，在所述的外筒体（5）的两端设有固定罩，一端固定罩上设有物料进口，另一固定罩上设有物料出口。

10.根据权利要求9所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器，其特征在于：所述的物料出口与另外一台所述的强化多糖高聚物改性的超重力反应器的物料出口通过管道连接进行串联。