CN105727869B - 节能速热反应釜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能速热反应釜系统，包括反应釜、制冷制热机构和制冰机构；反应釜包括壳体，壳体内设有容纳反应液的空腔，壳体顶部中心处固定连接有搅拌电机，搅拌电机的轴向下通入所述空腔的底部，搅拌电机的下端部连接有搅拌叶片；壳体侧壁及底壁外套设有水夹套，水夹套底部设有排水管，排水管上设有排水阀；壳体顶部设有进料口；制冷制热机构包括压缩机、四通电磁阀、辅助电磁阀、第一至第三盘管和节流装置，制冰机构包括防冻液箱、压力自控阀、制冰用循环泵和制冰装置；制冰机构包括防冻液箱、压力自控阀、制冰用循环泵和制冰装置；本发明可对反应过程自动控制，通过压力控制温度，加热和冷却反应液的速度均较快，并且实现能量的双向利用。

Description

节能速热反应釜系统

技术领域

本发明涉及一种化工设备，尤其涉及反应釜系统。

背景技术

反应釜是化工常用设备，包括壳体，壳体内设有空腔，工作时将反应物（经常是反应液）和催化剂投入壳体的空腔内，通过搅拌促使反应物充分反应，从而获得预定的目标物质。搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。

随着技术的发展，化工行业对反应釜产生了越来越高的需求，如恒温性能、温度调控性能、加热（或冷却）速度、压力控制性能等等。反应釜在使用时多数情况下需要进行加热，这就需要使用热能。目前普遍使用的加热手段是采用恒温水浴，使用温度恒定的热水加热反应釜。生产热水的通用手段是采用锅炉加热水，能耗很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗低、能够利用压力自动控制温度的节能速热反应釜系统，加热和冷却的速度均较快，并实现能量的双向利用。

为实现上述目的，本发明的节能速热反应釜系统包括反应釜、制冷制热机构和制冰机构；反应釜包括壳体，壳体内设有用于容纳反应液的空腔，壳体顶部中心处固定连接有搅拌电机，搅拌电机的轴向下通入所述空腔的底部，搅拌电机的下端部连接有搅拌叶片；壳体侧壁及底壁外套设有水夹套，水夹套底部设有排水管，排水管上设有排水阀；壳体底部中心处向下连接有出料管，出料管上设有出料阀；壳体顶部设有进料口；水夹套上部连接有进水管；

制冷制热机构包括压缩机、四通电磁阀、辅助电磁阀、第一盘管、第二盘管、第三盘管和节流装置，四通电磁阀具有Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个接口，四通电磁阀的Ａ口选择连通Ｃ口或者Ｄ口，四通电磁阀的Ｂ口选择连通Ｄ口或者Ｃ口；

压缩机的排气口通过制冷剂管路连接四通电磁阀的Ａ口，压缩机的吸气口通过制冷剂管路连接四通电磁阀的Ｂ口；第一盘管和辅助电磁阀均通过制冷剂管路与四通电磁阀的Ｃ口相连接，辅助电磁阀通过制冷剂管路连接所述第二盘管，第二盘管和第一盘管均通过制冷剂管路与所述节流装置的一端相连接，所述节流装置的另一端连接所述第三盘管，第三盘管与四通电磁阀的Ｄ口相连接；

制冰机构包括防冻液箱、压力自控阀、制冰用循环泵和制冰装置；

压力自控阀包括阀体，阀体中部设有长孔，长孔具一个开口，压缩机吸气口与四通电磁阀之间的制冷剂管路通过所述长孔的开口与所述长孔相连通；长孔内滑动密封连接有阀芯；

阀芯包括间隔设置的调节阀板、承压阀板以及连接调节阀板和承压阀板的连接杆；调节阀板背离长孔开口的一侧连接有压簧，压簧的另一端连接在长孔端部的阀体上；阀体内沿垂直于长孔的方向设有防冻液通路，防冻液通路通过所述长孔；所述长孔两侧的防冻液通路的截面呈外大内小的喇叭形；所述防冻液通路与长孔的交汇处形成控制通道，所述调节阀板朝向长孔的开口的一端位于控制通道的中部且调节阀板的另一端向背离长孔开口的方向伸出控制通道；朝向长孔开口方向，控制通道相邻处的长孔内设有定位环，定位环固定连接在长孔的孔壁上；所述承压阀板位于定位环与长孔开口之间的长孔内；所述承压阀板和调节阀板分别与长孔内壁滑动密封连接；所述防冻液通路的一端作为压力自控阀的进口且其另一端作为压力自控阀的出口；

所述第三盘管位于防冻液箱内，防冻液箱的出口通过防冻液管连接制冰装置的进口，制冰装置的出口通过防冻液管连接制冰用循环泵的进口，制冰用循环泵的出口通过防冻液管连接压力自控阀的进口，压力自控阀的出口通过防冻液管连接防冻液箱的进口；

第一盘管位于水夹套内，第二盘管位于壳体空腔的侧上部，第二盘管上方的壳体内设有调温用循环泵，调温用循环泵出口朝向第二盘管，调温用循环泵的进口连接有吸液管，吸液管向下延伸至壳体空腔的底部。

所述反应釜的壳体顶部设有压力表和温度表。

所述节流装置为毛细管或节流阀。

所述制冰装置包括制冰箱，制冰箱一端设有进口且另一端设有出口；制冰箱的内侧壁中部固定连接有支撑条，支撑条上活动支撑有制冰格；制冰箱顶部铰接有盖板。

所述壳体顶部设有泄压电磁阀。

所述水夹套外壁上设有电控装置；所述壳体的空腔内设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器分别与电控装置信号连接，所述电控装置与压缩机、四通电磁阀、泄压电磁阀、制冰用循环泵和调温用循环泵分别控制连接。

所述第一至第三盘管上均设有翅片。

电控装置可以在反应釜内压力过高时自动打开泄压电磁阀泄压，还可以根据温度传感器的信号自动控制压缩机的启停以及四通电磁阀和辅助电磁阀的工作状态，实现对反应过程的自动控制和调节，保证反应的顺利进行。

本发明适用于进行液体反应。压力自控阀的结构及其连接关系，决定了压力自控阀可以随着压缩机吸气压力的波动自动调节防冻液的流量，利用制冷剂的压力与温度的对应关系在蒸发温度降低时自动减少防冻液的流量、并在蒸发温度升高时自动加大防冻液的流量，单位时间内传递给制冰格的冷量得以维持基本稳定，从而使制冰过程更加稳定。

本发明中，正常情况下第一盘管（初始工作时第二盘管也作为冷凝器）作为冷凝器加热反应液，第三盘管作为蒸发器为防冻液降温，实现了能量的双向利用，达到降本增效的目的。第二盘管设置在反应釜壳体空腔内，可以与第一盘管同时工作，能够直接、迅速地加热反应液。四通电磁阀可以使压缩机排气口选择性地连接第一第二盘管或第三盘管，同时压缩机吸气口选择性地连接第三盘管或第一第二盘管，从而使第一和第二盘管既可以作为冷凝器用来加热反应液，在反应液温度过高时又可以作为蒸发器用来冷却反应液，并且加热和冷却的速度均较快。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的制冷制热机构原理图；

图3是第一、第二和第三盘管的结构示意图；

图4是制冰装置的结构示意图；

图5是图4的左视示意图；

图6是图4的俯视示意图；

图7是压力自控阀的结构示意图；

图8是图7的Ａ－Ａ剖视图；

图9是阀芯的结构示意图；

图10是本发明的电控原理图。

具体实施方式

图1中箭头所示方向为该处流体的流动方向。

如图1至图10所示，本发明的节能速热反应釜系统包括反应釜、制冷制热机构和制冰机构；反应釜包括壳体1，壳体1内设有用于容纳反应液的空腔2，壳体1顶部中心处固定连接有搅拌电机3，搅拌电机3的轴向下通入所述空腔2的底部，搅拌电机3的下端部连接有搅拌叶片4；壳体1的侧壁及底壁外套设有水夹套5，水夹套5底部设有排水管6，排水管6上设有排水阀7；壳体1底部中心处向下连接有出料管8，出料管8上设有出料阀9；壳体1顶部设有进料口10，进料口10处设有用于密封进料口10的盖体11，在向壳体1的空腔2内加入物料（反应液，催化剂等）时打开盖体11，通过进料口10投料；投料完毕重新盖上盖体11；水夹套5上部连接有进水管12；进水管12上设有进水阀13。

制冷制热机构包括压缩机14、四通电磁阀15、辅助电磁阀16、第一盘管17、第二盘管18、第三盘管19和节流装置22，四通电磁阀15具有Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个接口，四通电磁阀15的Ａ口选择连通Ｃ口或者Ｄ口，四通电磁阀15的Ｂ口选择连通Ｄ口或者Ｃ口；

压缩机14的排气口20通过制冷剂管路连接四通电磁阀15的Ａ口，压缩机14的吸气口21通过制冷剂管路29连接四通电磁阀15的Ｂ口；第一盘管17和辅助电磁阀16均通过制冷剂管路29与四通电磁阀15的Ｃ口相连接，辅助电磁阀16通过制冷剂管路29连接所述第二盘管18，第二盘管18和第一盘管17均通过制冷剂管路29与所述节流装置22的一端相连接，所述节流装置22的另一端连接所述第三盘管19，第三盘管19与四通电磁阀15的Ｄ口相连接；

制冰机构包括防冻液箱23、压力自控阀24、制冰用循环泵25和制冰装置26；

压力自控阀24包括阀体27，阀体27中部设有长孔28，长孔28具一个开口，压缩机14的吸气口21与四通电磁阀15之间的制冷剂管路29通过所述长孔28的开口与所述长孔28相连通；长孔28内滑动密封连接有阀芯30；

阀芯包括间隔设置的调节阀板30、承压阀板51以及连接调节阀板30和承压阀板51的连接杆52；调节阀板30背离长孔28开口的一侧连接有压簧31，压簧31的另一端连接在长孔28端部的阀体27上；阀体27内沿垂直于长孔28的方向设有防冻液通路32，防冻液通路32通过所述长孔28；所述长孔28两侧的防冻液通路32的截面呈外大内小的喇叭形；所述防冻液通路32与长孔28的交汇处形成控制通道33，压缩机14正常稳定工作时所述调节阀板30朝向长孔28的开口的一端位于控制通道33的中部且调节阀板30的另一端向背离长孔28开口的方向伸出控制通道33，调节阀板30的厚度大于控制通道33的高度。如图7所示，这样调节阀板30在吸气压力过低时可以阻断控制通道33；所述连接杆52的截面小于控制通道33的截面，从而使连接杆52不会堵塞控制通道33；

朝向长孔28开口方向，控制通道33相邻处的长孔28内设有定位环34，定位环34固定连接在长孔28的孔壁上；所述承压阀板51位于定位环34与长孔开口之间的长孔28内；所述承压阀板51和调节阀板30分别与长孔28内壁滑动密封连接；

定位环34用于定位调节阀板30向下运动的极限位置，使调节阀板30向下也即朝向长孔28开口方向运动至极限位置时能够堵塞控制通道33，防止压缩机吸气压力过低时调节阀板30在压簧31的作用下向长孔28开口方向的位移量过大、导致调节阀板30离开控制通道使控制通道33重新畅通。当然，定位环34也可以防止压簧31被过度压缩，防止承压阀板51堵塞控制通道33。阀芯的具体结构，一方面可以利用承压阀板51调节控制通道33的过流断面的大小（即控制控制通道33的开启度），另一方面也将制冷剂气体挡在承压阀板51朝向长孔28的开口的一侧，避免制冷剂气体与控制通道33内的水相接触，保证了水流和制冷剂流体各自正常运转、相互之间互不干扰。所述防冻液通路32的一端作为压力自控阀24的进口且其另一端作为压力自控阀24的出口。

所述第三盘管19位于防冻液箱23内，防冻液箱23的出口通过防冻液管连接制冰装置26的进口，制冰装置26的出口通过防冻液管连接制冰用循环泵25的进口，制冰用循环泵25的出口通过防冻液管35连接压力自控阀24的进口，压力自控阀24的出口通过防冻液管35连接防冻液箱23的进口；

第一盘管17位于水夹套5内，第二盘管18位于壳体空腔2的侧上部，第二盘管18上方的壳体1内设有调温用循环泵36，调温用循环泵36出口朝向第二盘管18，调温用循环泵36的进口连接有吸液管37，吸液管37向下延伸至壳体空腔2的底部。

所述反应釜的壳体1顶部设有压力表38和温度表39，便于操作人员随时直观地观测到壳体1内的压力和温度状况。

所述节流装置22为毛细管或节流阀。毛细管和节流阀均为本领域常规技术，其具体结构不再详述。图1是本发明整体的结构示意图，制冷制热机构的结构原理见图2。

所述制冰装置26包括制冰箱40，制冰箱40一端设有进口且另一端设有出口（制冰箱40的进口和出口作为制冰装置的进口和出口）；制冰箱40的内侧壁中部固定连接有支撑条41，支撑条41上活动支撑有制冰格42（制冰格42为现有常规技术，其具体结构不再详述）；制冰箱40顶部铰接有盖板43。

所述壳体1顶部设有泄压电磁阀44。设置泄压电磁阀44，就能够在反应釜壳体1内压力过高时随时进行泄压。

所述水夹套5外壁上设有电控装置45；所述壳体1的空腔2内设有压力传感器46和温度传感器47，所述压力传感器46和温度传感器47分别与电控装置45信号连接，所述电控装置45与压缩机14、四通电磁阀15、泄压电磁阀44、制冰用循环泵25和调温用循环泵36分别控制连接。

所述第一至第三盘管17、18和19上均设有翅片48，第一盘管17、第二盘管18和第三盘管19的结构均相同，翅片48是现有常规结构，能够增强换热性能，图未详示其具体结构。第二盘管18外优选覆设有惰性材料层，如较薄的导热陶瓷层，从而使第二盘管18在导热性能受影响较小的前提下能够适应更多种类的反应液。导热陶瓷为现有技术，具体不再详述。

防冻液为现有材料，本领域技术人员可以选用不同厂家生产的防冻液。所述电控装置45采用ＰＬＣ或集成电路或单片机。

工作时，确保防冻液箱23内具有防冻液，使排水管6上的排水阀7处于关闭状态，打开进水阀13，通过进水管12向水夹套5内注水。注水后关闭进水阀13。使四通电磁阀15的Ａ口连通四通电磁阀15的Ｃ口，四通电磁阀15的Ｂ口连通四通电磁阀15的Ｄ口；辅助电磁阀16默认处于关闭状态，此时第二盘管18关闭。启动压缩机14，高温高压的气态制冷剂通过压缩机14的排气口20进入四通电磁阀15的Ａ口，经Ｃ口进入第一盘管17冷凝为液态，然后进入节流装置22节流降压，成为低温低压的液态制冷剂。液态制冷剂接着进入第三盘管19蒸发吸热，在相变过程中吸收热量，从而冷却防冻液箱23内的防冻液，使防冻液的温度低于零摄氏度。制冷剂在第三盘管19中蒸发后变成低温低压的气态制冷剂，经四通电磁阀15的Ｄ口和Ｂ口进入压缩机14的吸气口21，完成一个完整的制冷循环。

工作时，电控装置45还启动搅拌电机3，使搅拌叶片4在反应液中旋转，对反应液及催化剂起到搅拌作用，加快反应过程。

在上述过程中，第一盘管17作为冷凝器并加热水夹套5内的水，第三盘管19作为蒸发器并冷却防冻液箱23中的防冻液。低温防冻液在制冰用循环泵25的驱动下沿防冻液箱23、制冰装置26、制冰用循环泵25和压力自控阀24循环流动，将冷量传递给制冰装置26的制冰格42中的水，从而进行制冰。制冰格42内的水冻成冰后，可以掀开盖板43，将制冰格42从支撑条41上拿下来，将冻好的冰块从制冰格42中取出，供用冷单位使用（如超市用来冷冻鱼类等易腐食品）。这样，就实现了能量的双向利用，实现降本增效。

将反应液和催化剂从进料口10投入反应釜壳体1内的空腔2，然后通过电控装置45启动搅拌电机3，对反应液进行搅拌，水夹套5内的热水使反应釜内的反应液保持适宜的温度，从而加快反应。初始状态下，为了迅速将反应液加热到合适的反应温度，可以通过电控装置45打开辅助电磁阀16和调温用循环泵36，此时第一盘管17和第二盘管18并联起来作为冷凝器工作。调温用循环泵36不断将壳体空腔2底部的反应液通过吸液管37抽上去，然后喷洒到第二盘管18上，反应液被第二盘管18加热后再重新落下。在第一盘管17通过水夹套5加热反应液的基础上，通过第二盘管18直接加热反应液可以大大提高加热速度，进而提高反应效率。当反应液温度升高后，就可以通过电控装置45关闭辅助电磁阀16从而关闭第二盘管18、同时关闭调温用循环泵36，不再通过第二盘管18进行辅助加热。

电控装置45接收温度传感器47和压力传感器46的信号，当反应釜内压力过高时打开泄压电磁阀44进行泄压，压力正常后再关闭泄压电磁阀44；当反应釜内温度正常时，关闭压缩机14；当反应釜内温度较低时，开启压缩机14（此时辅助电磁阀16处于关闭状态）；当反应釜内的温度低于设定值（本领域技术人员可以根据具体反应的需要进行确定此设定值，属于本领域技术人员的常规技能）或者反应釜内的温度长时间不能上升到正常值时，开启辅助电磁阀16以启用第二盘管18；当反应釜内的温度过高（如反应过程伴随热量释放时可能出现反应釜内温度过高的情况）时，电控装置45调节四通电磁阀15，使四通电磁阀15的Ａ口连通Ｄ口、Ｂ口连通Ｃ口，这样就使第一盘管17和第二盘管18作为蒸发器、同时第三盘管19作为冷凝器，从而得以对反应液进行迅速冷却。当然，冷却反应液时，应当停止制冰用循环泵25，以免加热冰块。

设计人员通过试验和计算可以确定合适的压簧31弹力，使压缩机14正常稳定工作时，压力自控阀24的调节阀板30遮挡一半控制通道33；运行过程中出现波动、压缩机14吸气压力降低时，制冷剂的蒸发温度降低（制冷剂的蒸发温度随着压力的降低而降低），导致第三盘管19温度降低、相应的防冻液的温度也会降低。此时如不减少防冻液的流量，将可能降低冰块温度，使冰块的品质出现波动。压力自控阀24解决了这一问题：当压缩机14吸气压力降低时，压簧31的弹力将调节阀板30向长孔28开口方向推动，从而减小控制通道33的过流面积，进而减少防冻液的流量（流量减少且温度降低，单位时间内传递给制冰格42的冷量得以维持基本稳定）。压缩机14吸气压力升高时，压簧31被进一步压缩，调节阀板向背离长孔28开口的方向移动，从而增大控制通道33的过流面积，进而增大防冻液的流量。这种对流量的调节是随着压缩机14吸气压力的波动（蒸发器的蒸发温度及相应的蒸发压力越低，吸气压力也越低，因此吸气压力的波动伴随着蒸发温度的波动）自动实时进行的，非常方便和及时。

防冻液的流量自动调节后，单位时间内传递给制冰格42的冷量得以维持基本稳定，从而使制冰过程更加稳定，产出的冰块的品质也更加稳定。

本发明长期不使用时，可以打开排水阀7，将水夹套5内的水排空。反应完成后，打开出料阀9，将反应液排出、得到反应物。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.节能速热反应釜系统，其特征在于：包括反应釜、制冷制热机构和制冰机构；反应釜包括壳体，壳体内设有用于容纳反应液的空腔，壳体顶部中心处固定连接有搅拌电机，搅拌电机的轴向下通入所述空腔的底部，搅拌电机的下端部连接有搅拌叶片；壳体侧壁及底壁外套设有水夹套，水夹套底部设有排水管，排水管上设有排水阀；壳体底部中心处向下连接有出料管，出料管上设有出料阀；壳体顶部设有进料口；水夹套上部连接有进水管；

制冷制热机构包括压缩机、四通电磁阀、辅助电磁阀、第一盘管、第二盘管、第三盘管和节流装置，四通电磁阀具有Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个接口，四通电磁阀的Ａ口选择连通Ｃ口或者Ｄ口，四通电磁阀的Ｂ口选择连通Ｄ口或者Ｃ口；

压缩机的排气口通过制冷剂管路连接四通电磁阀的Ａ口，压缩机的吸气口通过制冷剂管路连接四通电磁阀的Ｂ口；第一盘管和辅助电磁阀均通过制冷剂管路与四通电磁阀的Ｃ口相连接，辅助电磁阀通过制冷剂管路连接所述第二盘管，第二盘管和第一盘管均通过制冷剂管路与所述节流装置的一端相连接，所述节流装置的另一端连接所述第三盘管，第三盘管与四通电磁阀的Ｄ口相连接；

制冰机构包括防冻液箱、压力自控阀、制冰用循环泵和制冰装置；

压力自控阀包括阀体，阀体中部设有长孔，长孔具一个开口，压缩机吸气口与四通电磁阀之间的制冷剂管路通过所述长孔的开口与所述长孔相连通；长孔内滑动密封连接有阀芯；

阀芯包括间隔设置的调节阀板、承压阀板以及连接调节阀板和承压阀板的连接杆；调节阀板背离长孔开口的一侧连接有压簧，压簧的另一端连接在长孔端部的阀体上；阀体内沿垂直于长孔的方向设有防冻液通路，防冻液通路通过所述长孔；所述长孔两侧的防冻液通路的截面呈外大内小的喇叭形；所述防冻液通路与长孔的交汇处形成控制通道，所述调节阀板朝向长孔的开口的一端位于控制通道的中部且调节阀板的另一端向背离长孔开口的方向伸出控制通道；朝向长孔开口方向，控制通道相邻处的长孔内设有定位环，定位环固定连接在长孔的孔壁上；所述承压阀板位于定位环与长孔开口之间的长孔内；所述承压阀板和调节阀板分别与长孔内壁滑动密封连接；所述防冻液通路的一端作为压力自控阀的进口且其另一端作为压力自控阀的出口；

所述第三盘管位于防冻液箱内，防冻液箱的出口通过防冻液管连接制冰装置的进口，制冰装置的出口通过防冻液管连接制冰用循环泵的进口，制冰用循环泵的出口通过防冻液管连接压力自控阀的进口，压力自控阀的出口通过防冻液管连接防冻液箱的进口；

第一盘管位于水夹套内，第二盘管位于壳体空腔的侧上部，第二盘管上方的壳体内设有调温用循环泵，调温用循环泵出口朝向第二盘管，调温用循环泵的进口连接有吸液管，吸液管向下延伸至壳体空腔的底部。

2.根据权利要求1所述的节能速热反应釜系统，其特征在于：所述反应釜的壳体顶部设有压力表和温度表。

3.根据权利要求1所述的节能速热反应釜系统，其特征在于：所述节流装置为毛细管或节流阀。

4.根据权利要求1所述的节能速热反应釜系统，其特征在于：所述制冰装置包括制冰箱，制冰箱一端设有进口且另一端设有出口；制冰箱的内侧壁中部固定连接有支撑条，支撑条上活动支撑有制冰格；制冰箱顶部铰接有盖板。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的节能速热反应釜系统，其特征在于：所述壳体顶部设有泄压电磁阀。

6.根据权利要求5所述的节能速热反应釜系统，其特征在于：所述水夹套外壁上设有电控装置；所述壳体的空腔内设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器分别与电控装置信号连接，所述电控装置与压缩机、四通电磁阀、泄压电磁阀、制冰用循环泵和调温用循环泵分别控制连接。

7.根据权利要求5所述的节能速热反应釜系统，其特征在于：所述第一至第三盘管上均设有翅片。