CN107061349B - 叶轮、多相流反应器及多相流连续反应系统 - Google Patents

Abstract

一种叶轮、多相流反应器及多相流连续反应系统。其中，叶轮包括圆形的底板、成型于底板中心的芯轴座、成型于芯轴座中部的轴孔及与底板连为一体的若干个叶片，叶片以芯轴座为中心呈渐开线状均匀分布于底板的前端面上，底板于相邻的两个叶片之间设置有通孔。多相流反应器包括壳体、电机、贯穿于壳体内的通过联轴器与电机的动力输出端连接的轴及位于壳体内的并连接于轴上的叶轮，壳体的前端中部设置有介质入口，壳体的后端侧面设置有介质出口，壳体内设置有连通介质入口与介质出口的介质流道。多相流连续反应系统由两个多相流反应器或多相流反应器与反应釜构成。本发明适用于气液固三相混合、反应及流体输送，工作稳定，并且应用范围较广。

Description

叶轮、多相流反应器及多相流连续反应系统

技术领域

本发明涉及化工反应器技术领域，具体涉及一种叶轮、多相流反应器及多相流连续反应系统。

背景技术

在化工生产中，经常会遇到气、液、固三相都存在的情形。传统的气液固三相反应器有浆态搅拌釜式反应器、喷射循环反应器、浆态鼓泡床反应器、三相流化床反应器、填充式鼓泡床反应器和滴流床反应器。其中，浆态搅拌釜式反应器利用一个或多个旋转搅拌桨实现气液固相的有效接触。通常它使用的催化剂粒度远远小于滴流床反应器。通过改变搅拌器类型和转速，浆态搅拌釜式反应器的设计难度非常大，同时由于催化剂用量及搅拌机械、密封等难题，很大程度上限制了其应用。喷射循环反应器主要利用一个喷嘴和扩散器，实现气液固三相接触。此类反应器主要适用于快速反应、低催化剂用量的工况，这限制了其应用。浆态鼓泡床反应器和三相流化床反应器可用于处理催化剂用量较高的工况。但反应器内返混现象十分严重，导致较低的转化率和较高的副产物选择性，浆态反应器的催化剂选择性也存在一定局限。对于催化剂用量较高的慢速反应，必须选择填充式鼓泡床反应器和滴流床反应器。与滴流床反应器相比，填充式鼓泡床反应器的床层压降较高，返混现象更为严重。虽然相比其他几种反应器，滴流床反应器的优势较多，但滴流床反应器内的径向温度梯度较大，这是大规模反应器内强放热反应过程的最大挑战。由此可见，现有的各种反应器适用范围都有局限，根据不同的工况条件，企业需要选择不同类型的反应器，这无疑会增加设备投入及生产线建设成本。

同时，化工生产中通常采用空压机、压力容器、释放器、控制系统或离心泵进行介质输送。如离心泵，其典型应用是输送液体，然而在实际应用场合下，这种仅输送纯液体的理想状态并不常见，例如，由于吸入侧的安装问题而导致空气吸入泵内，在开式系统中液体的液位高度太低也会导致空气吸入泵内；另一方面，在流程工业中，工艺要求气液处于临界状态，往往需要输送含有未溶解的气体或蒸汽的液体，因此在许多实际工程应用中，输送多相共存介质非常常见，如溶气液体、液气混合和喷气液体都要能够既稳定而又可靠地输送。

而与输送液体相比，泵在输送气液多相流时性能下降，这主要是气泡在叶轮内滞留造成的，因为滞留气泡减少了流道断面面积，使液流的相对速度增加，从而增加了流动损失，导致泵的损坏或运行不稳定，当含气量增加时，叶轮中间的气泡越来越多，最终阻碍液体的吸入并导致出口波动，因此通用的离心泵无法满足在这类工况条件下的稳定运行，其它形式的容器均存在此方面的问题。

在现有技术中，反应器与泵的功能各有不同，并且在不同的工况条件下，反应器与泵的适用范围也受到影响，给生产带来诸多难题。现有技术中还没有一种将反应器与泵的功能结合，适用于气液固三相混合、反应及流体输送，并且应用范围较广的化工生产设备。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种适用于气液固三相混合、反应及流体输送的叶轮。

本发明的第一目的是通过以下技术方案实现的：一种叶轮，包括圆形的底板、成型于底板中心的芯轴座、成型于芯轴座中部的轴孔及与底板连为一体的若干个叶片，叶片以芯轴座为中心呈渐开线状均匀分布于所述底板的前端面上，所述底板于相邻的两个所述叶片之间设置有通孔。

所述底板于每两个相邻的所述叶片之间均设置有多个通孔，从所述芯轴座处到所述底板的外缘，每两个相邻叶片间的这些通孔的孔径逐渐增大。

每个所述叶片均从所述芯轴座处弯曲延伸至所述底板的边缘处。

每个所述叶片均从所述芯轴座处弯曲延伸至所述底板的边缘外侧。

本发明的第二目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种适用于气液固三相混合、反应及流体输送，工作稳定，并且应用范围较广的多相流反应器。

本发明的第二目的是通过以下技术方案实现的：一种多相流反应器，包括壳体、电机、贯穿于壳体内的通过联轴器与电机的动力输出端连接的轴及位于壳体内的并连接于轴上的叶轮，所述壳体的前端中部设置有介质入口，所述壳体的后端侧面设置有介质出口，所述壳体内设置有连通所述介质入口与所述介质出口的介质流道。

所述壳体由从前到后依次设置的入口壳体、多个级间壳体、末级壳体及出口壳体通过螺栓连接构成，所述壳体的相邻部件的外缘间通过密封圈密封，所述介质入口设置于所述入口壳体的中部，所述级间壳体的中部、所述末级壳体的中部均设置有作为所述介质流道的通孔，所述介质出口设置于所述出口壳体的侧面，所述入口壳体于所述介质入口内设置有轴承座，所述轴从后到前依次穿过所述出口壳体、所述末级壳体、所述级间壳体伸入到所述入口壳体内与所述轴承座内的轴承连接，所述轴与所述出口壳体之间设置有轴承，所述入口壳体与所述级间壳体之间、每相邻的两个所述级间壳体之间、所述级间壳体与所述末级壳体之间、所述末级壳体与所述出口壳体之间的腔体内均设置有所述叶轮。

还包括交换热媒介输入管和交换热媒介输出管，所述级间壳体成型有环形的换热腔，所述级间壳体的侧面设置有与所述换热腔连通的交换热媒介入口和交换热媒介出口，所述交换热媒介输入管路与所述交换热媒介入口连通，所述交换热媒介输出管路与所述交换热媒介出口连接。

还包括原料输入管，所述级间壳体成型有环形的原料输入腔，所述级间壳体的侧面设置有与所述原料输入腔连通的原料入口，所述级间壳体于相应的所述叶轮的前侧设置有用于连通所述原料输入腔与所述壳体内腔的进料通孔。

本发明的第三目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种适用于气液固三相混合及反应、生产效率高、工作稳定、适用范围广的多相流连续反应系统。

本发明的第三目的是通过以下技术方案实现的：一种多相流连续反应系统，包括反应釜及多相流反应器，所述反应釜的出口通过反应釜出口阀门、第一物料管与所述多相流反应器的介质入口连接，所述多相流反应器的介质出口通过第二物料管与所述反应釜的入口连接，所述第一物料管设置有物料入口，该物料入口处设置有阀门。

本发明的第四目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种适用于气液固三相混合及反应、生产效率高、工作稳定、适用范围广的多相流连续反应系统。

本发明的第四目的是通过以下技术方案实现的：一种多相流连续反应系统，包括第一原料入料管道、第二原料入料管道及两个多相流反应器，所述第一原料入料管道及所述第二原料入料管道与一个所述多相流反应器的介质入口连通，该多相流反应器的介质出口连接有中间物料输送管道，所述第一原料入料管道及所述中间物料输送管道与另一个所述多相流反应器的介质入口连通，该多相流反应器的介质出口连接有成品输送管道。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用水力学部件设计，当液液原料、气液原料或固液原料从反应器的介质入口吸入后，在反应器内被叶片快速充分粉碎、混合，并达到弥散效果，可靠性高，同时节能效果显著，耐用性能优越，装置处理效果好，运行费用低；

2、通过调整运行工况点和气、液的混合比例，可以获得高度粉碎分散的微气泡或满足最大夹气量的要求，可以稳定的输送含气量达三成的液体；

3、液体溶气时可达到完全饱和状态；

4、气体在液体中以弥散状态存在，气泡的平均直径介于25±5微米；

5、气体、液体及固体从反应器的介质入口直接吸入，与传统方式相比，系统大大简化；

6、由于部件采用耐腐蚀、防磨损的合金材料或非金属材料（如特种陶瓷、塑料等）制成，其耐腐蚀性较好，即使液体中含有一定量的固体颗粒杂质，反应器的磨损也较小，更耐用，使用寿命长；

7、在化工生产中通过加快化工传质过程，大大提高了化工生产效率，缩短了生产时间，是化工过程强化领域又一里程碑。

本发明的适用范围较广，其用途为：1、应用于化工生产氯化、硝化、磺化、聚合、氟化、加氢工艺中；2、化工多相连续反应的核心装备；3、污水处理中溶气气浮的核心装备；4、石油工业中油水分离；5、多相流反应器作为一种动态混合器，取代普通液体泵和静态混合器；6、利用空气在水中溶解来挤兑氨的溶解度，以降低氨在水中的含量，进行氨氮吹脱；7、通过气、水混合并加入添加剂进行气浮选矿。

附图说明

图1是实施例1叶轮的正面结构示意图；

图2是实施例1叶轮的侧面结构示意图；

图3是实施例2叶轮的正面结构示意图；

图4是实施例2叶轮的侧面结构示意图；

图5是实施例3的多相流反应器的剖面结构示意图；

图6是实施例3的级间壳体的剖面结构示意图；

图7是实施例4的多相流反应器的剖面结构示意图；

图8是实施例4的级间壳体的剖面结构示意图；

图9是实施例4的级间壳体的正面结构示意图；

图10是实施例5的多相流连续反应系统的结构示意图；

图11是实施例6的多相流连续反应系统的结构示意图。

在图中：1-叶轮；2-底板；3-芯轴座；4-轴孔；5-叶片；6-通孔；7-入口壳体；8-级间壳体；9-出口壳体；10-螺栓；11-电机；12-联轴器；13-轴；14-介质入口；15-介质出口；16-轴承座；17-轴承；18-交换热媒介输入管；19-交换热媒介输出管；20-换热腔；21-交换热媒介入口；22-交换热媒介出口；23-原料输入管；24-原料输入腔；25-原料入口；26-进料通孔；27-反应釜；28-多相流反应器；29-第一物料管；30-第二物料管；31-物料入口；32-阀门；33-第一原料入料管道；34-第二原料入料管道；35-中间物料输送管道；36-末级壳体；37-反应釜出口阀门；38-第一阀门；39-第二阀门；40-第三阀门；41-第四阀门。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1、图2所示，一种叶轮，包括圆形的底板2、成型于底板2中心的芯轴座3、成型于芯轴座3中部的轴孔4及与底板2连为一体的若干个叶片5，叶片5以芯轴座3为中心呈渐开线状均匀分布于底板2的前端面上，底板2于相邻的两个叶片5之间设置有通孔6。

参见图1，底板2于每两个相邻的叶片5之间均设置有多个通孔6，从芯轴座3处到底板2的外缘，每两个相邻叶片5间的这些通孔6的孔径逐渐增大。每个叶片5均从芯轴座3处弯曲延伸至底板2的边缘处。

工作时，叶轮1可将气、液、固三相快速充分粉碎、混合，并达到弥散效果。

实施例2

实施例2与实施例的大部分结构相同，区别仅在于：如图3、图4所示，通过减小底板2的外径尺寸，同时减少通孔6的数量，使得每个叶片5均从芯轴座3处弯曲延伸至底板2的边缘外侧，带来流体机械水利性能的改变，以达到调整粉碎、混合与弥散效果的目的。

实施例3

如图5、图6所示，一种多相流反应器，包括壳体、电机11、贯穿于壳体内的通过联轴器12与电机11的动力输出端连接的轴13及位于壳体内的并连接于轴13上的叶轮1，壳体的前端中部设置有介质入口14，壳体的后端侧面设置有介质出口15，壳体内设置有连通介质入口14与介质出口15的介质流道。

参见图5，壳体由从前到后依次设置的入口壳体7、多个级间壳体8、末级壳体36及出口壳体9通过螺栓10连接构成，壳体的相邻部件的外缘间通过密封圈密封，介质入口14设置于入口壳体7的中部，级间壳体8的中部、末级壳体36的中部均设置有作为介质流道的通孔6，介质出口15设置于出口壳体9的侧面，入口壳体7于介质入口14内设置有轴承座16，轴13从后到前依次穿过出口壳体9、末级壳体36、级间壳体8伸入到入口壳体7内与轴承座16内的轴承17连接，轴13与出口壳体9之间设置有轴承17，入口壳体7与级间壳体8之间、每相邻的两个级间壳体8之间、级间壳体8与末级壳体36之间、末级壳体36与出口壳体9之间的腔体内均设置有叶轮1。

还包括交换热媒介输入管18和交换热媒介输出管19，参见图6，级间壳体8成型有环形的换热腔20，级间壳体8的侧面设置有与换热腔20连通的交换热媒介入口21和交换热媒介出口22，交换热媒介输入管18路与交换热媒介入口21连通，交换热媒介输出管19路与交换热媒介出口22连接。

工作时，当液液原料、气液原料或固液原料从反应器的介质入口14吸入后，在反应器内被叶轮1快速充分粉碎、混合，并达到弥散效果，通过调整运行工况点和气、液的混合比例，可以获得高度粉碎分散的微气泡或满足最大夹气量的要求，可以稳定的输送含气量达三成的液体，液体溶气时可达到完全饱和状态，气体在液体中以弥散状态存在，气泡的平均直径介于25±5微米。该设备可靠性高，运行费用稳定，并在化工生产中通过加快化工传质过程，大大提高了化工生产效率。通过交换热媒介输入管18输入热交换介质，热交换介质进入级间壳体8的换热腔20内与壳体内的物料换热后，由交换热媒介输出管19输出，以满足化工生产对于温度条件的要求。

实施例4

本实施例与实施例3的大部分结构相同，区别仅在于：本实施例没有设置交换热媒介输入管和交换热媒介输出管，如图7、图8、图9所示，本实施例设置有原料输入管23，级间壳体8成型有环形的原料输入腔24，级间壳体8的侧面设置有与原料输入腔24连通的原料入口25，级间壳体8于相应的叶轮1的前侧设置有用于连通原料输入腔24与壳体内腔的进料通孔26。

工作时，由介质入口14输入原料A，由原料输入管23输入原料B，原料B经原料入口25、原料输入腔24及进料通孔26进入到叶轮1处，在叶轮1的旋转、搅拌作用下，原料A与原料B混合。

实施例5

如图10所示，一种多相流连续反应系统，包括反应釜27及多相流反应器28，反应釜27的出口通过反应釜出口阀门37、第一物料管29与多相流反应器28的介质入口连接，多相流反应器28的介质出口通过第二物料管30与反应釜27的入口连接，第一物料管29设置有物料入口31，该物料入口31处设置有阀门32。

工作时，反应釜27内具有液相物料，关小反应釜出口阀门37，使它与多相流反应器28的介质入口之间产生负压，之后打开阀门32，通过物料入口31输入液体、气体或固体颗粒，使液相物料与加入的液体、气体或固体颗粒物料在多相流反应器28内混合、反应，再输入反应釜27内，之后由反应釜27进入多相流反应器28内并再次与新加入的液体、气体或固体颗粒物料混合、反应，这样周而复始循环工作，达到连续高效反应效果。

实施例6

如图11所示，一种多相流连续反应系统，包括第一原料入料管道33、第二原料入料管道34及两个多相流反应器28，第一原料入料管道33及第二原料入料管道34与一个多相流反应器28的介质入口14连通，该多相流反应器28的介质出口15连接有中间物料输送管道35，第一原料入料管道33及中间物料输送管道35与另一个多相流反应器28的介质入口14连通，该多相流反应器28的介质出口15连接有成品输送管道。

工作时，通过调节第一阀门38、第二阀门39的开度，原料A与原料B按一定比例吸入第一个多相流反应器28内并混合、分散、反应，生成中间物，通过调节第三阀门40、第四阀门41的开度，使中间物进入第二个多相流反应器28内，再次与原料A混合、分散、反应，得到成品。第一阀门38； 第二阀门39； 第三阀门40； 第四阀门41。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种多相流反应器，其特征在于：所述多相流反应器包括壳体、电机、交换热媒介输入管、交换热媒介输出管、贯穿于壳体内的通过联轴器与电机的动力输出端连接的轴及位于壳体内的并连接于轴上的叶轮，所述壳体的前端中部设置有介质入口，所述壳体的后端侧面设置有介质出口，所述壳体内设置有连通所述介质入口与所述介质出口的介质流道；

所述叶轮，包括圆形的底板、成型于底板中心的芯轴座、成型于芯轴座中部的轴孔及与底板连为一体的若干个叶片，叶片以芯轴座为中心呈渐开线状均匀分布于所述底板的前端面上，所述底板于相邻的两个所述叶片之间设置有通孔；

所述壳体由从前到后依次设置的入口壳体、多个级间壳体、末级壳体及出口壳体通过螺栓连接构成，所述壳体的相邻部件的外缘间通过密封圈密封，所述介质入口设置于所述入口壳体的中部，所述级间壳体的中部、所述末级壳体的中部均设置有作为所述介质流道的通孔，所述介质出口设置于所述出口壳体的侧面，所述入口壳体于所述介质入口内设置有轴承座，所述轴从后到前依次穿过所述出口壳体、所述末级壳体、所述级间壳体伸入到所述入口壳体内与所述轴承座内的轴承连接，所述轴与所述出口壳体之间设置有轴承，所述入口壳体与所述级间壳体之间、每相邻的两个所述级间壳体之间、所述级间壳体与所述末级壳体之间、所述末级壳体与所述出口壳体之间的腔体内均设置有所述叶轮；

所述级间壳体成型有环形的换热腔，所述级间壳体的侧面设置有与所述换热腔连通的交换热媒介入口和交换热媒介出口，所述交换热媒介输入管与所述交换热媒介入口连通，所述交换热媒介输出管与所述交换热媒介出口连接。

2.根据权利要求1所述的一种多相流反应器，其特征在于：所述底板于每两个相邻的所述叶片之间均设置有多个通孔，从所述芯轴座处到所述底板的外缘，每两个相邻叶片间的这些通孔的孔径逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的一种多相流反应器，其特征在于：每个所述叶片均从所述芯轴座处弯曲延伸至所述底板的边缘处。

4.根据权利要求2所述的一种多相流反应器，其特征在于：每个所述叶片均从所述芯轴座处弯曲延伸至所述底板的边缘外侧。

5.根据权利要求1所述的一种多相流反应器，其特征在于：还包括原料输入管，所述级间壳体成型有环形的原料输入腔，所述级间壳体的侧面设置有与所述原料输入腔连通的原料入口，所述级间壳体于相应的所述叶轮的前侧设置有用于连通所述原料输入腔与所述壳体内腔的进料通孔。

6.一种多相流连续反应系统，其特征在于：包括反应釜及权利要求1-5任意一种所述的多相流反应器，所述反应釜的出口通过反应釜出口阀门、第一物料管与所述多相流反应器的介质入口连接，所述多相流反应器的介质出口通过第二物料管与所述反应釜的入口连接，所述第一物料管设置有物料入口，该物料入口处设置有阀门。

7.一种多相流连续反应系统，其特征在于：包括第一原料入料管道、第二原料入料管道及两个权利要求1至5任意一种所述的多相流反应器，所述第一原料入料管道及所述第二原料入料管道与一个所述多相流反应器的介质入口连通，该多相流反应器的介质出口连接有中间物料输送管道，所述第一原料入料管道及所述中间物料输送管道与另一个所述多相流反应器的介质入口连通，该多相流反应器的介质出口连接有成品输送管道。