CN108905946B - 一种新型气液反应釜及其搅拌混合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型气液反应釜，包括电机、上封头、筒体、下封头、机架和搅拌装置，筒体和下封头一体成型为下釜体，上封头设置在下釜体上端，电机通过机架固定在上封头上，搅拌装置设置在筒体内，所述的下釜体中下部外侧面左右对称设置有冷却腔，下釜体侧面设置有进气管，进气管伸入下釜体内，且沿下釜体内侧面延伸至下釜体内底面中心，所述的下封头底面设置有出液管，所述的上封头上端面设置有加装口、排气管和进液管；本发明旋转叶片、中空的连杆、挡件和折流板的设置，使搅拌装置工作时反应釜内产生两种不同旋向的涡流，同时实现反应液自上而下的循环流动，促使反应液与反应气体充分接触反应。
Description
技术领域
本发明属于化学工程领域，涉及化学工程领域的反应釜，具体为一种新型气液反应釜及其搅拌混合方法。
背景技术
碳酸乙烯酯(EC)是一种性能优良的有机溶剂，可溶解多种聚合物；另可作为有机中间体，可替代环氧乙烷用于二氧基化反应，并是酯交换法生产碳酸二甲酯的主要原料；还可用作合成呋喃唑酮的原料、水玻璃系浆料、纤维整理剂等；此外，还应用于锂电池电解液中。碳酸乙烯酯还可用作生产润滑油和润滑脂的活性中间体。
CO2与环氧乙烷（EO）合成EC的反应，将CO2作为制备有机化工产品的基础原料，该工艺是一条环境友好且经济的工艺路线，对发展碳一化学也具有重要意义。同时EC水解可获得乙二醇（EG），与甲醇酯交换可获得碳酸二甲酯（DMC）和EG，该技术市场前景十分广阔。
人们一直致力于高性能的EO酯化催化剂的研究，近年来，已有大量的均相催化剂（如季铵盐、季磷盐和离子液体）被开发出来，并显示出较好的催化活性。但是由于该反应为放热反应，且反应温升较明显，放热量远远高于反应自身所需热量，易造成反应飞温使得产品EC及其下游产品EG和DMC的产品质量受到影响，飞温后也会造成催化剂迅速分解而失去活性。
针对气液反应现在的气液反应釜的结构存在若干缺点：
（1）气液两相物料在反应釜内混合效果较差，易形成浓度梯度，甚至会造成局部反应剧烈生成副产品或影响产品质量；
（2）由于搅拌叶片的形状和位置，从宏观来看物料主要出于搅拌轴旋转运动，导致各物料在反应中停留时间长短不一，易发生副反应或原料反应不完全；
（3）对于强放热反应，该普通反应釜不易控制反应温度均一，缺少合理的冷却装置。
发明内容 本发明的目的是提供一种新型气液反应釜及其搅拌混合方法，以解决背景技术所提出的搅拌不均匀，物料在反应釜内混合效果较差、反应不均匀及反应产生的热量无法及时被吸收降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型气液反应釜，包括电机、上封头、筒体、下封头、机架和搅拌装置，筒体和下封头一体成型为下釜体，上封头通过螺栓盖设在下釜体上端，电机通过机架固定在上封头上，搅拌装置设置在筒体内，所述的下釜体中下部外侧面左右对称设置有冷却腔，下釜体侧面设置有进气管，进气管伸入下釜体内，且沿下釜体内侧面延伸至下釜体内底面中心，所述的下封头底面设置有出液管，所述的上封头上端面设置有加装口、排气管和进液管；所述的搅拌装置包括竖直设置的转轴和通过设置的连杆固定在转轴上的旋转叶片，转轴上端与电机的输出轴连接，转轴下端通过下釜体内底面中心设置的固定架固定，且转轴下端与进气管内端口通过设置的旋转接头连接，所述的转轴和连杆均为中空的，连杆内端螺纹连接在转轴上，且连杆和转轴相联通，所述的旋转叶片上方的转轴上设置有刨切面为倒三角型的挡件，所述的下釜体内侧面沿周向等间隔设置有折流板。
优先的，所述的连杆外端密封设置，连杆后侧面等间隔设置有出气孔。
优先的，所述的进气管外端设置有循环进口和主进口，循环进口和排气管外端口之间通过设置循环管连接，循环管上设置有单向阀。
优先的，所述的进液管下端延伸至下釜体内侧底部，且通过固定件固定在下釜体内侧面。
优先的，所述的冷却腔为下釜体外侧壁和包附在下釜体外侧壁外侧的外腔壁围成的腔体，外腔壁上部外侧设置有出水管，外腔壁下端部设置有进水管。
优先的，所述的折流板包括转动连接在筒体内侧面的主板、倾斜设置在主板自由端的翼板和设置在翼板倾斜方的主板侧面上的支撑杆，当支撑杆下端与筒体内侧壁接触时主板指向筒体中轴线。
优先的，所述的加装口为与反应釜内部联通,且上端设置密封端盖的端口。
优先的，所述的旋转叶片设置有三个, 三个旋转叶片等角度间隔绕转轴设置，旋转叶片的横截面为直径为600cm-650cm的半圆。
优先的，所述的旋转叶片螺旋角为35°-45°。
一种新型气液反应釜搅拌混合方法，反应釜搅拌混合依次包括以下步骤：
A. 通过进液管向反应釜内注入反应液；
B. 电机通电带动转轴和旋转叶片逆时针转动搅动反应液；
C. 通过加装口向反应釜内加入催化剂，通过进气管向反应釜内注入反应气体，反应气体依次通过转轴、连杆、出气孔进入反应液，反应釜内多余的反应气体从排气管经循环管再次进入进气管循环利用；反应釜内反应液谁旋转叶片逆时针转动，逆时针旋转的反应液推动折流板使其主板指向筒体中轴线，折流板对旋转中的反应液起到阻挡，使受到阻挡的反应液在两个相邻的折流板顺时针旋转；旋转叶片推动反应釜中部的反应液向上运动，旋转叶片推动反应釜中部的反应液至其顶部并扬起，扬起的反应液受挡件阻挡折回下落；
D. 反应气体在顺时针和逆时针旋转的反应液内快速扩散并与反应液反应生成合成物；同时冷却腔通入冷水保证反应温度均衡；
E. 出液管排放合成物，电动机顺时针转动推动合成物向下运动排出，折流板折流板受合成物的推动贴紧筒体内侧壁从而减小对合成物流动的阻挡,合成物排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明旋转叶片的设置，使其搅拌方式异于传统的搅拌方式，当转轴快速逆时针转动时，能够搅动反应釜内反应液逆时针转动，同时带动反映釜中部的反应液沿旋转叶片向上流动，直至到达旋转叶片上端扬起，扬起的反应液冲到挡件后下落，反应釜中部的反应液随搅拌装置逆时针旋转，推动折流板使其主板指向筒体中轴线，折流板对旋转中的反应液起到阻挡，使受到阻挡的反应液在两个相邻的折流板之间顺时针旋转，此时反应釜内的反应液同时出现顺时针旋转和逆时针旋转两种旋向涡流，同时反应釜内腔顶部还有扬起的反应液，反应液顺时针旋转和逆时针旋转两种旋向涡流，及反应液的扬起均加速反应液与反应气体的结合，使其能够充分接触反应；
2.本发明中空的连杆和中空的转轴的设置使反应气体能够通过连杆通入反应釜，而连杆后侧面等间隔出气孔及连杆外端密封的设置，使反应气体通过连杆上多个较小出气孔流出与反应液更广的接触，使其快速均匀反应；
3.本发明折流板转动的设置，使其用两种不同的工作状态，当反应釜内反应完全终止后，反应釜内的合成物通过下封头下端的出液管流出，此时转轴顺时针旋转使旋转叶片推动合成物的排出，折流板受合成物的推动贴附到筒体内侧壁，从而减小折流板对合成物流动的阻挡，防止因搅动而对合成物的结构造成破坏；
4.本发明循环管的设置使反应气体能够循环利用，减少反应气体的浪费，从而降低生产成本；
5.本发明冷却腔的设置，能够加速反应釜的降温，确保反应釜内催化剂的活性，及防止反应液由于过热而产出副产品；
6. 本发明旋转叶片、连杆、挡件和折流板的设置，使搅拌装置工作时反应釜内产生两种不同旋向的涡流，同时实现反应液自上而下的循环流动，促使反应液与反应气体充分接触反应。
附图说明
图1为本发明的构示意图；
图2为搅拌装置结构示意图；
图3为图1内部结构的俯视图；
图4为图3折流板贴附在筒体内侧面时的状态图；
图5为连杆的结构示意图。
图中：1-上封头、2-筒体、3-外腔壁、4-出水管、5-进液管、6-排气管、7-循环管、8-单向阀、9-循环进口、10-进水管、11-出液管、12-进气管、13-折流板、13.1-翼板、13.2-支撑杆、13.3-主板、14-旋转叶片、14.1-连杆、14.2-出气孔、15-挡件、16-加装口、17-固定架、18-电机、19-转轴、20-下封头、21-主进口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明所述的一种新型气液反应釜，包括电机18、上封头1、筒体2、下封头20、机架和搅拌装置，筒体2和下封头20一体成型为下釜体，上封头1通过螺栓盖设在下釜体上端，电机18通过机架固定在上封头1上，搅拌装置设置在筒体2内，所述的下釜体中下部外侧面左右对称设置有冷却腔，冷却腔为下釜体外侧壁和包附在下釜体外侧壁外侧的外腔壁3围成的腔体，外腔壁3上部外侧设置有出水管4，外腔壁3下端部设置有进水管10，本发明冷却腔的设置，能够加速反应釜的降温，确保反应釜内催化剂的活性，能够有效防止由于反应液过热而产出副产品，从而影响产品质量。
下釜体侧面设置有进气管12，进气管12伸入下釜体内，且沿下釜体内侧面延伸至下釜体内底面中心，所述的下封头20底面设置有出液管11，所述的上封头1上端面设置有加装口16、排气管6和进液管5，所述的加装口16为与反应釜内部联通,且上端设置密封端盖的端口，加装口16用于向反应釜内加装催化剂或固体反应物。进气管12外端设置有循环进口9和主进口21，主进口21连接输气管，用于往反应釜内通入气体，循环进口9和排气管6外端口之间通过设置循环管7连接，循环管7上设置有单向阀8。所述的进液管5下端延伸至下釜体内侧底部，且通过固定件固定在下釜体内侧面。本发明循环管7的设置使反应气体能够循环利用，减少反应气体的浪费，从而降低生产成本。
所述的搅拌装置包括竖直设置的转轴19和通过设置的连杆14.1固定在转轴19上的旋转叶片14，本实施例中旋转叶片14设置有三个，且三个旋转叶片14等角度间隔绕转轴19设置；旋转叶片14螺旋角为35°-45°，本实施例中旋转叶片14螺旋角为41°；旋转叶片14的横截面为直径为600cm-650cm的半圆，本实施例中旋转叶片14的横截面为直径为600cm的半圆。转轴19上端与电机18的输出轴连接，转轴19下端通过下釜体内底面中心设置的固定架17转动固定，且转轴19下端与进气管12内端口通过设置的旋转接头连接，所述的转轴19和连杆14.1均为中空的，连杆14.1外端密封设置，连杆14.1后侧面等间隔设置有出气孔14.2。连杆14.1内端螺纹连接在转轴19上，且连杆14.1和转轴19相联通，所述的旋转叶片14上方的转轴19上设置有刨切面为倒三角型的挡件15，挡件15的侧面为向内凹陷的弧面。所述的下釜体内侧面沿周向等间隔竖向设置有折流板13。所述的折流板13包括转动连接在筒体2内侧面的主板13.3、倾斜设置在主板13.3自由端的翼板13.1和设置在翼板13.1倾斜方的主板13.3侧面上的支撑杆13.2，当支撑杆13.2下端与筒体2内侧壁接触时主板13.3指向筒体2中轴线。中空的连杆14.1和中空的转轴19的设置使反应气体能够通过中空的连杆14.1通入反应釜，而连杆14.1后侧面等间隔出气孔14.2及连杆14.1外端密封的设置，使反应气体通过连杆14.1上多个较小的出气孔14.2流出与反应液更广的接触，使其快速均匀反应。
一种新型气液反应釜搅拌混合方法，依次包括以下步骤：
A. 通过进液管5向反应釜内注入反应液；
B. 电机18通电带动转轴19和旋转叶片14逆时针转动搅动反应液；
C. 通过加装口16向反应釜内加入催化剂，通过进气管12向反应釜内注入反应气体，反应气体依次通过转轴19、连杆14.1、出气孔14.2进入反应液，反应釜内多余的反应气体从排气管6经循环管7再次进入进气管12，循环利用；反应釜内反应液谁旋转叶片14逆时针转动，逆时针旋转的反应液推动折流板13使其主板13.3指向筒体2中轴线，折流板13对旋转中的反应液起到阻挡，使受到阻挡的反应液在两个相邻的折流板13顺时针旋转；旋转叶片14推动反应釜中部的反应液向上运动，旋转叶片14推动反应釜中部的反应液至其顶部并扬起，扬起的反应液受挡件15阻挡折回下落；
D. 反应气体在顺时针和逆时针旋转的反应液内快速扩散并与反应液反应生成合成物；同时冷却腔通入冷水保证反应温度均衡；
E. 出液管11排放合成物，电动机顺时针转动推动合成物向下运动排出，折流板13折流板13受合成物的推动贴紧筒体2内侧壁从而减小对合成物流动的阻挡,合成物排出。
工作流程：当转轴19快速逆时针转动时，能够搅动反应釜内反应液逆时针转动，同时带动反映釜中部的反应液沿旋转叶片14向上流动，直至到达旋转叶片14上端扬起，扬起的反应液冲到挡件15后下落，反应釜中部的反应液随搅拌装置逆时针旋转，推动折流板13使其主板13.3指向筒体2中轴线，折流板13对旋转中的反应液起到阻挡，使受到阻挡的反应液在两个相邻的折流板13之间顺时针旋转，此时反应釜内的反应液同时出现顺时针旋转和逆时针旋转两种旋向涡流，同时反应釜内腔顶部还有扬起的反应液，反应液顺时针旋转和逆时针旋转两种旋向涡流，及反应液的扬起均加速反应液与反应气体的结合，使其能够充分接触反应。
当反应釜内反应完全终止后，反应釜内的合成物通过下封头20下端的出液管11流出，此时转轴19顺时针旋转使旋转叶片14推动合成物的排出，折流板13受合成物的推动贴附到筒体2内侧壁，从而减小折流板13对合成物流动的阻挡，防止因搅动而对合成物的结构造成破坏。
本发明旋转叶片14、中空的连杆14.1、挡件15和折流板13的设置，使搅拌装置工作时反应釜内产生两种不同旋向的涡流，同时实现反应液自上而下的循环流动，促使反应液与反应气体充分接触反应。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种气液反应釜，包括电机、上封头、筒体、下封头、机架和搅拌装置，筒体和下封头一体成型为下釜体，上封头通过螺栓盖设在下釜体上端，电机通过机架固定在上封头上，搅拌装置设置在筒体内，其特征在于：所述的下釜体中下部外侧面左右对称设置有冷却腔，下釜体侧面设置有进气管，进气管伸入下釜体内，且沿下釜体内侧面延伸至下釜体内底面中心，所述的下封头底面设置有出液管，所述的上封头上端面设置有加装口、排气管和进液管；所述的搅拌装置包括竖直设置的转轴和通过设置的连杆固定在转轴上的旋转叶片，转轴上端与电机的输出轴连接，转轴下端通过下釜体内底面中心设置的固定架固定，且转轴下端与进气管内端口通过设置的旋转接头连接，所述的转轴和连杆均为中空的，连杆内端螺纹连接在转轴上，且连杆和转轴相联通，所述的旋转叶片上方的转轴上设置有刨切面为倒三角型的挡件，所述的下釜体内侧面沿周向等间隔设置有折流板；
所述的折流板包括转动连接在筒体内侧面的主板、倾斜设置在主板自由端的翼板和设置在翼板倾斜方的主板侧面上的支撑杆，当支撑杆下端与筒体内侧壁接触时主板指向筒体中轴线；
所述的旋转叶片设置有三个,三个旋转叶片等角度间隔绕转轴设置，旋转叶片的横截面为直径为600cm-650cm的半圆；
反应釜内反应液随旋转叶片逆时针转动，逆时针旋转的反应液推动折流板使其主板指向筒体中轴线，折流板对旋转中的反应液起到阻挡，使受到阻挡的反应液在两个相邻的折流板顺时针旋转；出液管排放合成物，电动机顺时针转动推动合成物向下运动排出，折流板折流板受合成物的推动贴紧筒体内侧壁从而减小对合成物流动的阻挡,合成物排出。
2.根据权利要求1所述的一种气液反应釜，其特征在于：所述的连杆外端密封设置，连杆后侧面等间隔设置有出气孔。
3.根据权利要求1所述的一种气液反应釜，其特征在于：所述的进气管外端设置有循环进口和主进口，循环进口和排气管外端口之间通过设置循环管连接，循环管上设置有单向阀。
4.根据权利要求1所述的一种气液反应釜，其特征在于：所述的进液管下端延伸至下釜体内侧底部，且通过固定件固定在下釜体内侧面。
5.根据权利要求1所述的一种气液反应釜，其特征在于：所述的冷却腔为下釜体外侧壁和包附在下釜体外侧壁外侧的外腔壁围成的腔体，外腔壁上部外侧设置有出水管，外腔壁下端部设置有进水管。
6.根据权利要求1所述的一种气液反应釜，其特征在于：所述的加装口为与反应釜内部联通，且上端设置密封端盖的端口。
7.根据权利要求1所述的一种气液反应釜，其特征在于：所述的旋转叶片螺旋角为35°-45°。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种气液反应釜的搅拌混合方法，其特征在于：反应釜搅拌混合依次包括以下步骤：
A. 通过进液管向反应釜内注入反应液；
B. 电机通电带动转轴和旋转叶片逆时针转动搅动反应液；
C. 通过加装口向反应釜内加入催化剂，通过加装口向反应釜内加入催化剂，通过进气管向反应釜内注入反应气体，反应气体依次通过转轴、连杆、出气孔进入反应液，反应釜内多余的反应气体从排气管经循环管再次进入进气管循环利用；反应釜内反应液随旋转叶片逆时针转动，逆时针旋转的反应液推动折流板使其主板指向筒体中轴线，折流板对旋转中的反应液起到阻挡，使受到阻挡的反应液在两个相邻的折流板顺时针旋转；旋转叶片推动反应釜中部的反应液向上运动，旋转叶片推动反应釜中部的反应液至其顶部并扬起，扬起的反应液受挡件阻挡折回下落；
D. 反应气体在顺时针和逆时针旋转的反应液内快速扩散并与反应液反应生成合成物；同时冷却腔通入冷水保证反应温度均衡；
E. 出液管排放合成物，电动机顺时针转动推动合成物向下运动排出，折流板折流板受合成物的推动贴紧筒体内侧壁从而减小对合成物流动的阻挡,合成物排出。
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