CN105195074A - 用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，包括：反应罐，其开设置进料口和产物出口；搅拌部，搅拌反应罐中的物料；驱动部，驱动搅拌部转动；夹套，套设在反应罐外部，夹套与反应罐形成一媒介容置空间，夹套上设置多个凹坑，每个凹坑的最低点焊接在反应罐的外壁上，每个凹坑与该凹坑相邻的两个凹坑构成一等边三角形；夹套上开设有媒介进口和媒介出口；媒介容置空间中设置有用于将从媒介进口进入的媒介均匀分布到媒介容置空间的媒介分布器，挥发物收集装置，其与反应罐连接，用于将反应罐中挥发出的挥发物冷凝并循环回反应罐。本发明解决了常规反应调配罐投料不均匀、溶解效率低、反应温度不易控制、香味损失的问题。

Description

用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置

技术领域

本发明涉及一种用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置。

背景技术

目前，国内咸味香精厂家使用的美拉德反应罐一般只采用刮板搅拌形式。此种搅拌速度慢(24-36转/分)，若在进行美拉德反应的过程中需要添加干粉类物料时，在这样的搅拌速度下就不能很快的将漂浮在液面上的物料溶解进入反应体系，会影响反应进度。另外，投入的固体物料若比重较大(比如：食盐)，若不能迅速搅动溶解的话会沉底，进而影响物料的均一性和口味。固体物料不能够与液相快速融合，而且由于投料大部分从进料口进入，固体物料集中的投入区域浓度过量，会造成与液相物料反应过度，而其余区域却反应不足。这些情况在实际生产当中大量存在，也成为生产厂家难以解决的实际问题。为了解决以上问题，国内厂家使用的美拉德反应罐常常需要配合外用设备来实现。而这样操作，又造成物料在管道残留及部分辅料不能彻底溶解的问题，也达不到预期效果。在生产过程当中，罐内物料的温度控制是反应罐实现调配和反应功能相当关键的因素。由此反应罐夹套的换热效果便成为反应罐温度控制的核心，而夹套中媒介的流动速度是温度的控制因素。常规调配反应罐使用的夹套均为空腔形式，空腔内增加导流板虽然会增加媒介的湍流程度，但是因为进入夹套的媒介流量一定夹套与罐壁间隙大媒介流动速度较慢，造成换热效果差，反应速度下降。而且，常规生产的设备内表面处理光洁度不够容易挂壁、结垢，对产品品质有影响。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其解决了常规反应调配罐投料不均匀、溶解效率低、反应温度不易控制、香味损失的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，包括：

反应罐，其顶部和底部分别开设置进料口和产物出口，所述进料口设置有密封所述进料口的封头；

搅拌部，其用于搅拌所述反应罐中的物料；

驱动部，其与所述搅拌部连接，用于驱动所述搅拌部转动；

夹套，其套设在所述反应罐的外部，所述反应罐位于所述夹套内部，与所述夹套形成以包围所述反应罐的外壁的媒介容置空间，所述夹套的开口与所述反应罐密封连接，所述夹套上设置有多个凹坑，每个凹坑的最低点焊接在所述反应罐的外壁上，其中，每个凹坑与该凹坑相邻的两个凹坑构成一等边三角形，且相邻的两个凹坑之间的间距为小于5cm；

所述夹套上开设有媒介进口和媒介出口；所述媒介容置空间中设置有用于将从所述媒介进口进入的媒介均匀分布到所述媒介容置空间的媒介分布器，以及

挥发物收集装置，其与所述反应罐连接，用于将所述反应罐中挥发出的挥发物冷凝并循环回所述反应罐。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，还包括用于搅拌所述反应罐中的物料的乳化搅拌装置，所述乳化搅拌装置包括第一驱动电机和乳化头，所述第一驱动电机与所述乳化头连接，驱动所述乳化头转动，所述乳化搅拌装置设置在所述反应罐的下部，所述乳化头位于所述反应罐内部，其中，所述第一驱动电机的轴线与所述反应罐的轴线之间的夹角为30～35°。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，所述挥发物收集装置包括收集罐和套设在所述收集罐外部的冷凝管，所述冷凝管用于冷却所述收集罐中的挥发物，所述收集罐与所述反应罐连通，所述冷凝管上设置有冷凝液进口和冷凝液出口；

所述夹套的外部套设有对所述夹套保温的保温套。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，所述搅拌部包括搅拌轴、第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨，所述搅拌轴设置在所述反应罐内，所述搅拌轴一端与所述驱动部连接，所述搅拌轴与所述反应罐的轴线平行设置，且所述搅拌轴与所述反应罐的轴线不重合；

所述搅拌轴从上至下依次设置有所述第一搅拌桨、所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨，所述第一搅拌桨和所述第三搅拌桨均为螺旋推进式搅拌桨，所述第二搅拌桨为旋涡式斜叶搅拌浆。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，所述第一搅拌桨、所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨的旋转直径均为所述反应罐内径的1/3；

所述第一搅拌桨、所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨沿所述搅拌轴的轴向位置可调；

所述驱动部包括第二驱动电机和减速器，所述减速器与所述第二驱动电机和所述搅拌轴连接，其中，所述第二驱动电机为双速电机。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，还包括物料分散器，所述反应罐上还设置有液体进口，所述物料分散器设置在所述反应罐内部，且所述物料分散器与所述搅拌轴连接，所述物料分布器用于将从所述液体进口进入的液体物料均匀的分散到所述反应罐中。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，还包括：挡板，所述挡板固定在所述反应罐的内壁上，所述挡板与所述反应罐的轴线平行。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，所述反应罐上设置有用于观测所述反应罐内部液物料状况的反应的视镜，所述反应罐的内壁上固定有视灯。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，还包括用于检测并显示所述反应罐内部温度的温度传感器，所述温度传感器设置在所述反应罐的中部或下部。

优选的是，所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置中，所述进料口中设置有防掉落网；所述产物出口设置有控制所述产物出口开闭的底阀；

所述反应罐的内壁经过电抛光处理；

所述反应罐的外壁上设置有用于悬挂所述反应罐的挂耳，所述挂耳上设置有用于称量所述反应罐重量的重量传感器。

本发明至少包括以下有益效果：第一、由于搅拌装置中设中的三个搅拌桨在空间上竖直排列设置，形成了一个立体的搅拌形式，可以充分的使物料混合均匀；第二、乳化搅拌装置的设置能有效的将反应罐底部的物料充分的搅拌起来，防止物料沉积；第三、夹套上设置的多个凹坑，使的进入到夹套中的热媒介形成较大雷诺准数，提高了热交换效率；第四、香料回收装置的设置，能有效回收物料反应过程中产生的香气物质，防止香味散失，有效的提高产品口感。本发明解决了常规反应调配罐投料不均匀、溶解效率低、反应温度不易控制、香味损失的问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述反应罐的结构示意图；

图3为本发明所述夹套的结构示意图；

图4为本发明的所述的第一搅拌桨的结构示意图；

图5为本发明的所述的第二搅拌桨的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1～3所示，本发明提供一种用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，包括：

反应罐1的顶部开设有进料口11，反应罐1的底部开设置有产物出口17；进料口11设置有密封进料口11的封头13。

搅拌部4用于搅拌反应罐1中的物料。驱动部5与搅拌部4连接，用于驱动搅拌部4转动。

夹套2套设在反应罐1的外部，夹套2的上部开设有开口，反应罐1位于夹套2内部，与夹套2的内壁形成以包围反应罐1的外壁的媒介容置空间，夹套2的开口与反应罐1密封连接，夹套2上设置有多个凹坑21，每个凹坑21的最低点焊接在反应罐1的外壁上，其中，每个凹坑与该凹坑相邻的两个凹坑构成一等边三角形，且相邻的两个凹坑之间的间距为小于5cm；由于媒介容置空间的容积小，且凹坑多，进入媒介容置空间中的媒介会具有很高的雷诺准数，湍流程度很高，流速很快，迅速的可以将反应罐内部的物料加热或降温，同时凹坑还起到了将夹套固定在反应罐上的作用；夹套2上开设有媒介进口23和媒介出口24，夹套内部设置有用于将媒介均匀分布到媒介容置空间的媒介分布器。采用这种带有多个凹坑的凹凸夹套，大大提高了媒介与反应罐之间的热交换效率。

挥发物收集装置8与反应罐1连接，用于将反应罐1中挥发出的挥发物冷凝并循环回反应罐1。

如图1所示，用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置还包括乳化搅拌装置3，乳化搅拌装置3用于搅拌反应罐1底部的物料，乳化搅拌装置3包括第一驱动电机31和乳化头32，第一驱动电机31与乳化头32连接，第一驱动电机驱动乳化头32转动，乳化搅拌装置3设置在反应罐1的下部，乳化头32位于反应罐1内部，第一驱动电机31的轴线与反应罐1的轴线之间的夹角为30～35°；在反应罐的下部设置乳化搅拌装置，可以将反应罐底部的物料搅动，使其形成旋流循环，并与立式的搅拌部搅拌形的物料的形成的涡流循环交叉碰撞，使的物料之间充分混合，保证了产物的口味均一性。

如图1所示，挥发物收集装置8包括：收集罐81和冷凝管82，冷凝管82套设在收集罐81外部，冷凝管82用于冷却收集罐81中的挥发物，收集罐81与反应罐1连通，冷凝管82上设置有冷凝液进口83和冷凝液出口84；挥发物收集装置的设置有效的避免了物料反应过程中产生的香味物质的损失，提高的成品的口感；

夹套2的外部套设有对夹套2保温的保温套9；其能有效的较小媒介物质的热量的流失，提到了热交换效率。

如图1、4和5所示，搅拌部4包括搅拌轴41、第一搅拌桨42、第二搅拌桨43和第三搅拌桨44，搅拌轴41设置在反应罐1内，搅拌轴41一端与驱动部5连接，搅拌轴41与反应罐1的轴线平行设置，且搅拌轴41与反应罐42的轴线不重合，搅拌轴41远离乳化搅拌装置；搅拌轴41上从上至下依次设置有第一搅拌桨42、第二搅拌桨43和第三搅拌桨44，第一搅拌桨42和第三搅拌桨44均为螺旋推进式搅拌桨，由于第一搅拌桨与第三搅拌桨形状相同，所以此处仅对第一搅拌桨解释，如图4所示第一搅拌桨包括第一轴套421和三个圆弧叶片形状的叶片422，三个叶片一端固定在第一轴套421上，第一轴套421套设在转动轴41上，且与搅拌轴41紧配合；第二搅拌桨43为旋涡式斜叶搅拌浆，如图5所示，第二搅拌桨包括第二轴套、多个水平叶片432和多个直叶片433，直桨叶与水平桨叶的一端固定在第二轴套上，其中，直桨叶与轴套的夹角为45°，且直桨叶和水平桨叶间隔设置在第二轴套上；本发明中将搅拌轴设计为立体式，形成三个搅拌层，三个搅拌层之间相互碰撞，使得对反应罐中的物料充分搅拌。

如图1、4和5，第一搅拌桨42、第二搅拌桨43和第三搅拌桨44的旋转直径均为反应罐1内径的1/3；第一搅拌桨42、第二搅拌桨43和第三搅拌桨44沿搅拌轴41的轴向位置可调，本实施例中，第一搅拌桨位于反应罐可盛装物料最高液面下方15cm处，第三搅拌桨44距离反应罐1的底部10～15cm；

驱动部5包括第二驱动电机和减速器，减速器与第二驱动电机和搅拌轴41连接。

如图1和2所示，用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置还包括物料分散器15，反应罐上1上还设置有液体进口14，物料分散器15设置在反应罐1内部，物料分布器15固定在搅拌轴41的上部，物料分布器14用于将从液体进口14进入的液体物料均匀的分散到反应罐1中；物料分散器能良好的将液体物料分散，防止液体物料分布不均匀，同时也防止加入液体物料时，产生飞溅。

如图1和2所示，用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置还包括挡板6，挡板6采用卫生级挡板，其用于防止反应罐中的物料同心旋转，当流动的物料碰到挡板6时，又形成小的混流紊流，可以充分将物料混匀，挡板6通过挡板连接板与反应罐的内壁焊接，而且之间面积很小方便清洗，不留死角便于清洗，挡板6与反应罐1的轴线平行。

如图1和2所示，反应罐1上设置有用于观测反应罐1内部液物料状况的反应视镜，反应罐1的内壁上固定有视灯，视镜具体为：反应罐的侧壁开设有通孔，该通孔通过被有机玻璃、耐高温树脂等密封，可以使操作人员清楚的观测到反应罐内部的情况，而视灯起到对反应罐内部照明的作用。

如图1和2所示，用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置还包括用于检测并显示反应罐1内部温度的温度传感器16，温度传感器16设置在反应罐1的中部或下部。

如图1和2所示，进料口中设置有防掉落网12；防掉落网不仅可以保护操作人员安全，而且能有效防止大块的异物掉落反应罐中；产物出口17上设置有控制产物出口17开闭的底阀；反应罐1的内壁经过电抛光处理，较少物料挂壁；反应罐1的外壁上设置有用于悬挂反应罐的挂耳18，挂耳18上设置有用于称量反应罐1重量的重量传感器19；重量传感器能称量反应罐中物料的重量。

工作过程：

首先向反应罐内注入所需加工的液相物料，当液位超过第一搅拌桨，开启第二驱动电机和减速器，带动搅拌部转动，使物料在反应罐内部随搅拌旋转，当流动的物料碰到挡板时，又形成小的混流紊流，可以充分将物料混匀。搅拌开启稳定后，乳化搅拌装置，乳化头快速搅拌作用可以将反应罐底部的物料形成旋流循环与立式搅拌形成的涡流循环交叉碰撞。乳化搅拌安装在于反应罐轴线夹角为30～35°的椭圆封底，使用的第一驱动电机为变频调速电机，转速范围0-3600转/分。高速的转速和剪切率能获得超细微的悬浮液，由于乳化头具有很好几何学形状的精密二级定转子分散头设计，定-转子的间距范围0.3～1.0mm，转子最高转速高达10,500rpm,线速度高达41m/s，剪切速率到达100000s^-1，高转子的转速，低的定-转子的间距，使定转子间的剪切作用加强，从而使物料形成比较稳定的乳化液。此时开启媒介进口，热媒介通过媒介分布器进入到媒介容置空间中，由于其容积小，凹坑多，媒介会具有很高的雷诺准数，湍流程度很高，流速很快，迅速的可以将内部的物料加热或降温。

打开进料口，将所需加入的固体物料匀速分散投入，防掉落网能够防止包装袋掉入反应罐内。此时，第一搅拌桨旋转直径为反应罐的内径1/3，桨叶为圆弧叶片形状，距离最高液面为15cm；当搅拌开动时第一搅拌桨转动在液面形成漩涡，此时投入的固体物料随漩涡迅速进入到液体内部。搅拌轴中部搅拌为开启第二搅拌轴，第二搅拌轴的旋转直径为反应罐的内径1/3，距离为液体高度的中心部位；搅拌开动高速选转直叶片边有很高的线速度，形成剪切力及小空穴可以分散进入到液体中部的固体物料，加速溶解，由于与轴有夹角具备一定推进力，使分散后物料也随轴流方向传递至第三层搅拌。点搅拌桨旋转直径为反应罐的内径1/3，桨叶为圆弧叶片形状，距罐底一般为10～15cm；当搅拌开动时，桨叶上下形成较大的压差可以快速的将二层传递下来固液混合物加速撞击在反应罐的底部，进而再次有分散作用，另外还可以避免在投入较重的物料的沉积。由于一般反应罐的罐底为椭圆弧状，顺着圆弧流体以反应罐内轴为中心与底部搅拌的漩涡形成大的内部环流，加入到反应罐内的物料处于强制运动和扩散中，促进反应和溶解。

当需要加入流体类物料时，打开液体进口上的阀门，液体进入到物料分散器，由于物料分散器与搅拌轴连接，搅拌轴的转动会带动物料分散器内液体在离心力作用下均匀分散在反应罐内液体表面。

以上所加入的固体和液体物料重量可以通过安装在反应罐挂耳下的重量传感器显示出来，而反应罐上安装的视镜能够观察到大概液体的容积。加热和反应的作用下，反应罐内的液体产生挥发性香味会顺着管道进入到挥发物收集装置中，当挥发性物质遇到充满冰水的冷凝管的表面后冷凝，再流回到反应罐内，防止香味损失。

当调配和反应过程结束后，关停相关的媒介进口和媒介出口上的阀门和第一、第二驱动电机，待液面稳定后，打开底阀，从产物出口将成品排出，这样完成一次提取过程。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，包括：

反应罐，其顶部和底部分别开设置进料口和产物出口，所述进料口设置有密封所述进料口的封头；

搅拌部，其用于搅拌所述反应罐中的物料；

驱动部，其与所述搅拌部连接，用于驱动所述搅拌部转动；

夹套，其套设在所述反应罐的外部，所述反应罐位于所述夹套内部，与所述夹套形成以包围所述反应罐的外壁的媒介容置空间，所述夹套的开口与所述反应罐密封连接，所述夹套上设置有多个凹坑，每个凹坑的最低点焊接在所述反应罐的外壁上，其中，每个凹坑与该凹坑相邻的两个凹坑构成一等边三角形，且相邻的两个凹坑之间的间距为小于5cm；

所述夹套上开设有媒介进口和媒介出口；所述媒介容置空间中设置有用于将从所述媒介进口进入的媒介均匀分布到所述媒介容置空间的媒介分布器，以及

挥发物收集装置，其与所述反应罐连接，用于将所述反应罐中挥发出的挥发物冷凝并循环回所述反应罐。

2.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，还包括用于搅拌所述反应罐中的物料的乳化搅拌装置，所述乳化搅拌装置包括第一驱动电机和乳化头，所述第一驱动电机与所述乳化头连接，驱动所述乳化头转动，所述乳化搅拌装置设置在所述反应罐的下部，所述乳化头位于所述反应罐内部，其中，所述第一驱动电机的轴线与所述反应罐的轴线之间的夹角为30～35°。

3.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，所述挥发物收集装置包括收集罐和套设在所述收集罐外部的冷凝管，所述冷凝管用于冷却所述收集罐中的挥发物，所述收集罐与所述反应罐连通，所述冷凝管上设置有冷凝液进口和冷凝液出口；

所述夹套的外部套设有对所述夹套保温的保温套。

4.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，所述搅拌部包括搅拌轴、第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨，所述搅拌轴设置在所述反应罐内，所述搅拌轴一端与所述驱动部连接，所述搅拌轴与所述反应罐的轴线平行设置，且所述搅拌轴与所述反应罐的轴线不重合；

所述搅拌轴从上至下依次设置有所述第一搅拌桨、所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨，所述第一搅拌桨和所述第三搅拌桨均为螺旋推进式搅拌桨，所述第二搅拌桨为旋涡式斜叶搅拌浆。

5.如权利要求4所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，所述第一搅拌桨、所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨的旋转直径均为所述反应罐内径的1/3；

所述第一搅拌桨、所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨沿所述搅拌轴的轴向位置可调；

所述驱动部包括第二驱动电机和减速器，所述减速器与所述第二驱动电机和所述搅拌轴连接，其中，所述第二驱动电机为双速电机。

6.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，还包括物料分散器，所述反应罐上还设置有液体进口，所述物料分散器设置在所述反应罐内部，且所述物料分散器与所述搅拌轴连接，所述物料分布器用于将从所述液体进口进入的液体物料均匀的分散到所述反应罐中。

7.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，还包括：挡板，所述挡板固定在所述反应罐的内壁上，所述挡板与所述反应罐的轴线平行。

8.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，所述反应罐上设置有用于观测所述反应罐内部液物料状况的反应的视镜，所述反应罐的内壁上固定有视灯。

9.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，还包括用于检测并显示所述反应罐内部温度的温度传感器，所述温度传感器设置在所述反应罐的中部或下部。

10.如权利要求1所述的用于高粘度非牛顿流体的调配反应装置，其特征在于，所述进料口中设置有防掉落网；所述产物出口设置有控制所述产物出口开闭的底阀；

所述反应罐的内壁经过电抛光处理；

所述反应罐的外壁上设置有用于悬挂所述反应罐的挂耳，所述挂耳上设置有用于称量所述反应罐重量的重量传感器。