CN108654534A - 双盘管节能高效反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种双盘管节能高效反应釜，属于节能技术领域。包括釜体、上部盘管、下部盘管、夹套、搅拌桨、挡板等。上部盘管和下部盘管之间在尺寸结构上进行了优化匹配，配合搅拌桨的结构和挡板设计，使釜体内的物料形成良好的轴向和径向流动，并在盘管附近形成紊流，有效地提高了物料受热的均匀度，大大提高了换热效率。采用上部盘管、下部盘管和夹套的混合加热方式，可有效利用废蒸汽进行物料的保温、加热及蒸发过程，工作方式灵活，有显著的节能效果，同时大大减少废蒸汽排放，有显著的环保效果。在物液少或者浓缩的后期，可以仅用下部盘管工作，减少蒸汽的用量，节能的同时有效减少糊管或糊锅的情况，提高了产品的品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应釜，特别是一种采用双盘管的节能、高效率的反应釜。属于节能技术领域。
背景技术
反应釜通常采用夹套或盘管方式换热，且内部设置搅拌装置来实现物料的充分混合，并在混合过程中通过换热装置实现高温反应或者是低温反应。
一般反应釜中的盘管只有一组，在反应釜内物料数量较少时也需盘管全部启动进行加热或者降温，相对能耗较大，在需要缓慢升温或降温时也不方便进行调节，容易出现升温或降温过快的现象；蒸发浓缩时容易产生糊管现象。此外，单组盘管的管程较长，盘管进口与出口两端的温差较大，容易出现反应釜内物料温度不均的情况，对温敏性物料的反应就很不利，进而影响到产品质量和反应时间，变相地提高生产成本。
目前采用双盘管的反应釜相关技术较少，但国内已经开始了这方面的研究。如中国专利“一种反应釜”（申请号：CN20132039252.0）提出在釜体内设置第一加热盘管和第二加热盘管，根据反应釜中的物料量选择加热盘管，可以方便的控制升温过程，有效地降低能耗，且在不同的温度条件下采用不同的加热媒质，回收溶剂中各类沸点的原料。
中国专利“一种双盘管反应釜”（申请号：CN20121012977.3）提出一种可根据需要选择使用的盘管的数量，降低能耗，并可以方便控制升温或降温速度的双盘管反应釜。当反应釜内反应物较少，或者反应釜需要缓慢升温或降温时，可以选择仅开启第一盘管和第二盘管其中之一，以降低能耗，同时还能达到预期的升温或降温目的。当反应釜内反应物较多时，可同时开启第一盘管和第二盘管，以适应反应需要。
中国专利“一种双层盘管的反应釜（申请号：CN201420305772）提出一种能够满足常规大批量生产，同时还适用于小量的生产、研究的双层盘管的反应釜；由于盘管分为上、下两组盘管，相当于把单盘管换热器中的一段很长的管道分成两段，且分别设有入口以及出口，分别向两组盘管内同时热交换，能有效防止盘管功能效果变差的现象，从而提高对反应釜的升温或降温效果。
上述专利虽然都提出了双盘管的结构，也考虑了双盘管开通和关闭的组合关系可以起到一定的节能的效果，但是并未考虑到双盘管、夹套、搅拌器之间的空间结构的合理匹配，以及物料的循环流动方式和流态，对物料循环蒸发过程的影响；此外，都没考虑到如何利用双盘管结构实现对废蒸汽的回收利用，以及在该种情况下两组盘管之间的数量配合关系和位置配合关系，以极大地提高节能效果，同时大大减少废蒸汽的排放，实现环保效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双盘管节能高效反应釜，通过双盘管、夹套、搅拌桨、挡板的结构和空间位置的合理匹配布局，改善物料的循环流动方式和流态，实现物料的均匀换热蒸发，显著提高物料的蒸发效果；同时，改进双盘管结构，使其能够实现对废蒸汽的回收利用，以极大地提高节能效果，同时大大减少废蒸汽的排放，实现环保效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的双盘管节能高效反应釜，包括釜体（1）、上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、上部盘管出口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）、夹套入口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）、电机（11）、搅拌轴（12）、搅拌桨（13）、挡板（14）。
上部盘管入口（2）、上部盘管出口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管出口（7）、夹套入口（8）、夹套出口（10）安装在釜体（1）上，上部盘管（3）和下部盘管（6）位于釜体（1）内，夹套（9）位于釜体（1）的外壁。
上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、上部盘管出口（4）相连通，下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）相连通，夹套入口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）相连通；从而构成了3条加热通道，也就是说，可以分别通以3种不同的加热介质。
上部盘管（3）的圆周直径大于下部盘管（6），上部盘管（3）与釜体（1）的内壁之间保持一定的间距，上部盘管（3）与下部盘管（6）之间保持一定的间距，下部盘管（6）与釜体（1）的底部保持一定的间距。采用上述的空间结构布局方式，使得物料能够在上部盘管（3）的圆周内外构成轴向循环流动、在下部盘管（6）的圆周内外构成轴向的并行流动，从而显著提高换热效果。
上部盘管（3）的盘管数量大于下部盘管（6）。一方面在液料多的时候，可以废蒸汽蒸发为主，从而充分利用废蒸汽；另一方面在液料少的时候上部盘管（3）关闭，仅有下部盘管（6）工作，减少蒸汽的用量，避免产生过热蒸汽，从而实现了节能效果，同时可有效环减少糊管或糊锅的情况，且提高了产品的品质。
电机（11）安装在釜体（1）的上部，搅拌轴（12）上安装有搅拌桨（13），在电机（11）的带动下旋转搅拌物料，使反应釜内的物料同时具有轴向和径向流动，从而加速并促进蒸发过程，而且使物料的各部分温度保持均匀。
挡板（14）为多个，沿上部盘管（3）的圆周均匀分布固定，使反应釜内的物料形成局部紊流。局部紊流有助于物料的温度分布均匀，以及充分的换热。
进一步地，反应釜工作时，上部盘管（3）通生蒸汽或废蒸汽、夹套（9）通废蒸汽、下部盘管（6）通生蒸汽，并根据生产进程分别关闭或开通。从而可将反应釜分成大量蒸发、节能蒸发、保温三种工作状态。需要大量蒸发时，上部盘管（3）和下部盘管（6）通生蒸汽，夹套（9）通废蒸汽；需要节能蒸发时，上部盘管（3）通废蒸汽，下部盘管（6）通生蒸汽，夹套（9）通废蒸汽；需要保温时，上部盘管（3）和下部盘管（6）关闭，夹套（9）通废蒸汽。夹套（9）用于保温、液料多的时候上部盘管（3）是蒸发主力、液料少的时候下部盘管（6）是蒸发主力。
进一步地，搅拌桨（13）的叶片具有垂直方向的倾斜角度，或者为涡轮式结构；搅拌桨（13）至少有2组，1组位于上部盘管（3）中间、1组位于下部盘管（6）中间。使物液形成轴径向循环，并在盘管处形成紊流，便于料液的混合和蒸发。最好是构成从中部上行、外圈下行的主循环。
进一步地，包括温度表（15）和温度探头（16），温度表（15）具有现场显示功能和温度数据传输功能，温度探头（16）通过密封接口探入到上部盘管（3）和下部盘管（6）之间的位置，水平方向位于上部盘管（3）和搅拌桨（13）外圆周中间位置附近。该部分的物料流速较大，且温度接近于反应釜内物料温度的最高点。有助于实现人工控制以及精确的自动控制。
进一步地，包括压力表（17），具有现场显示功能和温度数据传输功能，测量反应釜内的压力。物料加热，以及蒸发或浓缩过程中，需要控制压力，可能是正压，以获得超过100℃的加热温度；也可能是负压，以控制蒸发的效果和物料的质量等，无论是人工控制还是自动控制，都需要准确掌握反应釜内的蒸汽压力。
进一步地，包括保温层（18），包裹在釜体（1）的外壁上。以减少能量损失，在节能的同时，还便于进行物料反应的恒温控制。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、上部盘管和下部盘管之间在尺寸结构上进行了优化匹配，配合搅拌桨的结构和挡板设计，使釜体内的物料形成良好的轴向和径向流动，并在盘管附近形成紊流，有效地提高了物料受热的均匀度，大大提高了换热和蒸发速度。
2、采用上部盘管、下部盘管和夹套的混合加热方式，可有效利用废蒸汽进行物料的保温、加热及蒸发过程，工作方式灵活，对废蒸汽进行了充分的回收利用，有显著的节能效果，同时大大减少废蒸汽排放，有显著的环保效果。
3、采用上部盘管和下部盘管的双盘管结构，在物液少或者浓缩的后期，可以仅用下部盘管工作，减少蒸汽的用量，避免产生过热蒸汽，从而实现了节能效果，且可有效减少糊管或糊锅的情况，提高了产品的品质。
4、采用温度和压力的在线测量，以及现场显示和数据传输，便于进行人工控制和实现自动控制。
5、采用保温层，在节能的同时，还便于进行物料反应的恒温控制。
附图说明
图1：双盘管节能高效反应釜结构示意图。
图2：双盘管节能高效反应釜顶视图。
图中：1-釜体、2-上部盘管入口、3-上部盘管、4-上部盘管出口、5-下部盘管入口、6-下部盘管、7-下部盘管出口、8-夹套入口、9-夹套、10-夹套出口、11-电机、12-搅拌轴、13-搅拌桨、14-挡板、15-温度表、16-温度探头、17-压力表、18-保温层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为双盘管节能高效反应釜结构示意图，图1中，所述的双盘管节能高效反应釜包括釜体（1）、上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、上部盘管出口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）、夹套入口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）、电机（11）、搅拌轴（12）、搅拌桨（13）、挡板（14）、温度表（15）、温度探头（16）、压力表（17）、保温层（18）。
由上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、上部盘管出口（4）构成第一条加热介质通道；由下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）构成第二条加热介质通道；由夹套入口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）构成第三条加热介质通道。
典型的利用废蒸汽进行蒸发浓缩的方式为上部盘管（3）通生蒸汽或废蒸汽、夹套（9）通废蒸汽、下部盘管（4）通生蒸汽。
1）当需要大量或快速蒸发时，上部盘管（3）和下部盘管（4）通生蒸汽，夹套（9）通废蒸汽。
2）当需要节能蒸发时，上部盘管（3）通废蒸汽，下部盘管（4）通生蒸汽，夹套（9）通废蒸汽。
3）当只需要保温时，上部盘管（3）和下部盘管（4）关闭，夹套（9）通废蒸汽。
4）当物料较少时，上部盘管（3）关闭，下部盘管（4）通生蒸汽，夹套（9）通废蒸汽。
为了提升蒸发效率和蒸发速度，如图1和图2所示，上部盘管（3）的圆周直径大于下部盘管（6），且二者的圆周直径的间距要大于盘管本身的直径；上部盘管（3）与釜体（1）的内壁之间保持一定的间距，上部盘管（3）与下部盘管（6）之间保持一定的间距，下部盘管（6）与釜体（1）的底部保持一定的间距。此外，无论是上部盘管（3）还是下部盘管（6），其相邻的两根螺旋盘管之间的螺距也不能过小。采用上述的空间结构布局方式，使得物料能够在上部盘管（3）的圆周内外构成轴向循环流动、在下部盘管（6）的圆周内外构成轴向的并行流动，从而显著提高换热效果。
上部盘管（3）的盘管数量大于下部盘管（6）。一方面在液料多的时候，可以废蒸汽蒸发为主，从而充分利用废蒸汽；另一方面在液料少的时候上部盘管（3）关闭，仅有下部盘管（6）工作，减少蒸汽的用量，避免产生过热蒸汽，从而实现了节能效果，同时可有效环减少糊管或糊锅的情况，且提高了产品的品质。
图1中，电机（11）安装在釜体（1）的上部，搅拌轴（12）上安装有搅拌桨（13），没入釜体（1）内部的物料中，通过电机（11）的带动旋转搅拌物料，使反应釜内的物料同时具有轴向和径向流动，从而加速并促进蒸发过程。
图1中，搅拌桨（13）的叶片具有垂直方向的倾斜角度，或者为涡轮式结构；搅拌桨（13）至少有2组，1组位于上部盘管（3）中间、1组位于下部盘管（4）中间。电机（11）通过搅拌轴（12）带动搅拌桨（13），使物液形成上下循环，并在盘管处形成紊流，便于料液的混合和蒸发。最好是构成从中部上行、外圈下行的主循环。图2中，挡板（14）为4个，沿上部盘管（3）的圆周均匀分布固定，当物料在搅拌桨（13）的作用下进行周向流动时，会被挡板（14）所破坏，从而使反应釜内的物料形成局部紊流，局部紊流有助于物料的温度分布均匀，以及与盘管之间的充分换热。同时，挡板（14）也起到固定上部盘管（3）的作用。
图1中，所述的双盘管节能高效反应釜还包括温度表（15）和温度探头（16），温度表（15）具有现场显示功能和温度数据传输功能，温度探头（16）通过密封接口探入到上部盘管（3）和下部盘管（6）之间的位置，水平方向位于上部盘管（3）和搅拌桨（13）外圆周中间位置附近。该部分的物料流速较大，且温度接近于反应釜内物料温度的最高点。有助于实现人工控制以及精确的自动控制。
图1中，所述的双盘管节能高效反应釜还包括压力表（17），具有现场显示功能和温度数据传输功能，测量反应釜内的压力。物料加热，以及蒸发或浓缩过程中，需要控制压力，可能是正压，以获得超过100℃的加热温度；也可能是负压，以控制蒸发的效果和物料的质量等，无论是人工控制还是自动控制，都需要准确掌握反应釜内的蒸汽压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括釜体（1）、上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、上部盘管出口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）、夹套入口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）、电机（11）、搅拌轴（12）、搅拌桨（13）、挡板（14）；
上部盘管入口（2）、上部盘管出口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管出口（7）、夹套入口（8）、夹套出口（10）安装在釜体（1）上，上部盘管（3）和下部盘管（6）位于釜体（1）内，夹套（9）位于釜体（1）的外壁；
上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、上部盘管出口（4）相连通，下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）相连通，夹套入口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）相连通；
上部盘管（3）的圆周直径大于下部盘管（6），上部盘管（3）与釜体（1）的内壁之间保持一定的间距，上部盘管（3）与下部盘管（6）之间保持一定的间距，下部盘管（6）与釜体（1）的底部保持一定的间距；
上部盘管（3）的盘管数量大于下部盘管（6）；
电机（11）安装在釜体（1）的上部，搅拌轴（12）上安装有搅拌桨（13），在电机（11）的带动下旋转搅拌物料；
挡板（14）为多个，沿上部盘管（3）的圆周均匀分布固定。
2.根据权利要求1所述的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：反应釜工作时，上部盘管（3）通生蒸汽或废蒸汽、夹套（9）通废蒸汽、下部盘管（6）通生蒸汽，并根据生产进程分别关闭或开通。
3.根据权利要求1所述的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：搅拌桨（13）的叶片具有垂直方向的倾斜角度，或者为涡轮式结构；搅拌桨（13）至少有2组，1组位于上部盘管（3）中间、1组位于下部盘管（6）中间。
4.根据权利要求1所述的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括温度表（15）和温度探头（16），温度表（15）具有现场显示功能和温度数据传输功能，温度探头（16）通过密封接口探入到上部盘管（3）和下部盘管（6）之间的位置，水平方向位于上部盘管（3）和搅拌桨（13）外圆周中间位置附近。
5.根据权利要求1所述的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括压力表（17），具有现场显示功能和温度数据传输功能，测量反应釜内的压力。
6.根据权利要求1所述的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括保温层（18），包裹在釜体（1）的外壁上。
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- 2018-05-30 CN CN201810536450.0A patent/CN108654534B/zh active Active
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