CN109225117B - 一种制备超细粉体的撞击流反应釜 - Google Patents
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Abstract
一种制备超细粉体的撞击流反应釜，涉及一种反应釜，釜体外侧设有换热夹套，顶盖上设置压力计、温度计及安装放空阀的气体出口，釜底下端设有循环出料口，釜体上部设溢流口；釜底下部循环出口与下层喷嘴相连；两组进料口为同轴对置，进料口中间开设三个出料口，三个中心出料口位置处于两层进料口中间，两层进料口中间设置互为120°的水平出料口，进料口上层安装弧形弧形换热挡板（10），进料口上下端也设有弧形弧形换热挡板，且挡板间距及曲率可调；弧形换热挡板设为上下两组，其中下组挡板在最低处开设导流口。本发明的结构包括换热板与中间出料口抑制副反应形成的条件，可进行循环混合，方便操作，特别适用于多种超细粉体的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应釜，特别是涉及一种制备超细粉体的撞击流反应釜。
背景技术
撞击流技术在相间传递方面具有独特性质，现已成为工业应用上的一种重要流动形式，不乏国内外学者对其进行研究，已广泛应用于混合、干燥、吸收、燃烧、结晶、超细粉体制备等领域。经过几十年的发展，撞击流的结构形式不断完善，尤其在进入 21 世纪以来，流体力学实验和 CFD模拟手段日新月异，对撞击流的研究发展起到了巨大的推动作用。液体连续相撞击流（LIS）具有高效微观混合、强烈压力波动和促进过程动力学等对分子尺度过程极有价值的性质。
其中撞击流设备用于液相法制备纳米材料已被广泛应用，其原理是两股从不同方向喷射出的流动流体，在相遇处形成强烈撞击，并分别在撞击区域的横纵两向形成一个强烈湍动状态，同时液体连续相撞击流中的流向拟周期振荡不存在一个固定的周期，其振荡频率主要存在于低频区，一般为 4 Hz 以下。根据专利CN 103611487A描述，大幅低频震荡可以强化宏观混合，小幅高频震荡强化微观混合。研究发现：在小喷嘴间距 L < 10D (L 为喷嘴间距；D 为两对置喷嘴内径和的平均值)下，当喷嘴间距L从d增大到3d，振幅A也随之增大;而当L从3d增大到5d,A值将不再继续变大，而是随着L的增大逐渐减小，趋于稳定。
两股流体相互撞击后，够极大的促进传热、传质效率并加速两种反应液的反应。目前已成功应用于吸收、混合、传热等化工过程。近年来，人们在使用撞击流反应釜制备纳米材料领域也取得了重要进展，如T型反应釜、Y型微通道道反应釜。
如，中国专利CN 103611487撞击流反应釜，其上下腔室过高，撞击面与腔室撞击作用不尽理想，喷嘴处喷出物料与周围流体卷吸作用强度弱，并且物料反应条件单一，不适用于复杂工况。
本申请人曾申请专利CN 106669582 A，一组分层对称挡板式撞击流混合反应釜，经实际运行证明其反应釜内部结构过于复杂，不便安装和清洗，同时对生成物与反应物要求粘性不能过大，同时，各折流板间隙的确定非常不易，且对周围流场无卷吸作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备超细粉体的撞击流反应釜，本发明的结构包括换热板与中间出料口抑制副反应形成的条件，可进行循环混合，方便操作，特别适用于多种超细粉体的制备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种制备超细粉体的撞击流反应釜，所述反应釜的釜体为立式直筒状，上部设有椭圆形顶盖，下部设有椭圆形釜底，反应釜包括温度表、压力表、排气口、换热夹套、右进料管、左进料管、右进料喷嘴、左进料喷嘴、出料口、右循环进料口、左循环进料口、右循环进料喷嘴、左循环进料喷嘴、弧形换热挡板、釜体、顶盖、釜底、变频器；釜体外侧设有换热夹套，顶盖上设置压力表、温度表及安装放空阀的排气口，釜底下端设有循环出料口，釜体上部设溢流口；釜底下部循环出料口与下层喷嘴相连；两组进料口为同轴对置，进料口中间开设三个出料口，三个中心出料口位置处于两层进料口中间，两层进料口中间设置互为120°的水平出料口，进料口上下端也设有弧形换热挡板，且挡板间距及曲率可调；弧形换热挡板设为上下两组，其中下组弧形换热挡板在最低处开设导流口，两组弧形换热挡板内设置换热管；进料管设为多组同轴对置，且直径、长度相同，进料管出口端安装有喷嘴，喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3； 反应釜外部设置四个变频器连接喷嘴，用于调节喷嘴流量；液液在釜体内实现浸没状态下的流体撞击和混合，水平撞击驻点震荡范围在0.1d~0.5d；水平撞击面振荡频率为4~10hz。
本发明的优点与效果是：
1.本发明的结构设计克服了物料撞击流反应通道单一，撞击面无序震荡以及无序小涡流消耗能量，高混合度产物与低混合度产物混合降低最终产物的品质等缺点。容易安装，对物料粘度要求不高，同时可以进行多种物料的混合，换热板与中间出料口抑制副反应形成的条件，也可进行循环混合，方便操作，特别适用于多种超细粉体的制备。
2. 本发明突显了撞击流强化相间传递的效果，弥补了物料在高混合度区域内未被利用的缺点，降低了混合时间，提高出料浓度。撞击面的大幅低频震荡可以强化宏观混合，同时循环出料口重复对物料的利用，增加了物料的利用率。弧形换热挡板强化了反应釜的传热传质效率。当反应釜内压力超过许用压力，可通过放空阀释放压力；当釜内液体达到反应（混合）要求时，可打开出料口再经后续处理，得到产物。反应釜壁外设有换热夹套 ，可以在反应期间加热或冷却工艺介质。进料管喷嘴设置为浸没状态可以增加物料的接触和停留时间，强化相间传递，使混合更充分。本反应釜独特的结构设计，具有处理效率高，操作简便，维护费用低的特点，适用于将物料进行均匀混合和快速反应的过程，拓宽了撞击流技术在工业生产中的应用范围。
附图说明
图1为本发明整体结构组成示意图。
图中部件：温度表1、压力表2、排气口3、换热夹套4、右进料管5、左进料管14、右进料喷嘴6、左进料喷嘴15、出料口7、右循环进料口8、左循环进料口13、右循环进料喷嘴9、左循环进料喷嘴12、弧形换热挡板10、釜体16、顶盖17、釜底18、变频器19。
实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明为提高两种或两种以上液体的混合度和混合速率，提供了一种水平双层对置对称挡板制备超细粉体撞击流反应釜，包括温度表1、压力表2、排气口3、换热夹套4、右进料管5、左进料管14、右进料喷嘴6、左进料喷嘴15、出料口7、右循环进料口8、左循环进料口13、右循环进料喷嘴9、左循环进料喷嘴12、弧形换热挡板10、釜体16、顶盖17、釜底18、变频器19。釜体外形为立式直筒型，上部为椭圆形顶盖，下部为椭圆形釜底，釜体外壁设置换热夹套；进料管为多组同轴对置，且直径、长度相同，顶盖上设置压力计、温度计及安装在放空阀的气体出口，釜底下端设有循环出料口；釜体上部设溢流口，进料口上下端设有弧形换热挡板，在进料口中间开设三个出料口；进料管出口端安装有喷嘴，喷嘴直径、间距可根据实际工况需要调整，喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3，釜底下部循环出口与下层喷嘴相连；进料管为多组同轴对置，且直径、长度相同，进料调节阀调节流量波动使撞击面震荡。反应釜的两组进料口为同轴对置，喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3。三个中心出料口位置处于两层进料口中间，出料口夹角互为120°。出料口的大小按照生成物的粘度调节，或选择用泵抽取出料。弧形换热挡板分上下两组，其中下组挡板在最低处开设导流口，两组挡板内设置换热管，弧形换热挡板曲率按照反应物或生成物的最大黏度调节。弧形挡板的间距视工况需要应可调。反应釜外部设置四个变频器连接喷嘴，用于调节喷嘴流量；液液在釜体内实现浸没状态下的流体撞击和混合，水平撞击驻点在规定范围内大幅低频振荡，水平撞击面振荡频率为4~10hz，并且撞击驻点震荡范围在0.1d~0.5d。进料口上层安装弧形换热挡板10，且挡板间距及曲率可调。釜体外侧设置换热夹套根据工况需要进行加热或冷却；两层进料口中间设置互为120°的水平出料口，根据反应产物的黏性选择出料方式。物料通过多组喷嘴同时进入反应区，在撞击区进行对撞，撞击后流体沿径向流动，弧形换热挡板促进大涡流的形成，等到反应物完全浸没时打开出料口和循环出料口。
液相工艺介质在泵的推动下（图中未涉及），经过变频器预设流量波动频率所需流量进入多组进料管，物料进入后在釜中中心处发生撞击，撞击区内的压力分布明显增加，且高湍流强度促使物料快速混合，撞击后由内部流场分布可知物料沿径向流动脱离高湍动区，射流进入环境横流后,射流横断面的面积会由于卷吸环境流体不断增加,断面形状也发生变化，在断面形状变化过程中,射流中逐渐形成一对反向旋转的涡流，涡流会对周围流体产生卷吸作用，对整个环境流场进行剪切作用，形成多个无序小涡流，消耗整个流场能量。在受到对称弧形换热挡板的限制后产生回流，回流的物料重新回到高湍动区内发生二次撞击，此时撞击区的湍流强度因回流而增加，涡流区域增大，促使混合反应进一步快速有效的进行反应或混合。进料流量的变化人为的限定了撞击面的振幅和频率，双层喷嘴产生多个撞击面，其中：径向撞击面为大幅低频振荡，强化混合器的宏观混合，混合时间明显缩短，混合效率高。同时，撞击面的震荡破坏弧形换热挡板的边界层，提高整个反应釜的换热效率。
Claims (1)
1. 一种制备超细粉体的撞击流反应釜，所述反应釜的釜体为立式直筒状，上部设有椭圆形顶盖，下部设有椭圆形釜底，其特征在于，反应釜包括温度表（1）、压力表（2）、排气口（3）、换热夹套（4）、右进料管（5）、左进料管（14）、右进料喷嘴（6）、左进料喷嘴（15）、出料口（7）、右循环进料口（8）、左循环进料口（13）、右循环进料喷嘴（9）、左循环进料喷嘴（12）、弧形换热挡板（10）、釜体（16）、顶盖（17）、釜底（18）、变频器（19）；釜体外侧设有换热夹套（4），顶盖上设置压力表（2）、温度表（1）及安装放空阀的排气口（3），釜底下端设有循环出料口（11），釜体上部设溢流口；釜底下部循环出料口（11）与下层喷嘴相连；两组进料口为同轴对置，进料口中间开设三个出料口，三个中心出料口位置处于两层进料口中间，两层进料口中间设置互为120°的水平出料口（7），进料口上下端也设有弧形换热挡板（10），且挡板间距及曲率可调；弧形换热挡板（10）设为上下两组，其中下组弧形换热挡板（10）在最低处开设导流口，两组弧形换热挡板内设置换热管；进料管设为多组同轴对置，且直径、长度相同，进料管出口端安装有喷嘴，喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3； 反应釜外部设置四个变频器连接喷嘴，用于调节喷嘴流量；液液在釜体内实现浸没状态下的流体撞击和混合，水平撞击驻点震荡范围在0.1d~0.5d；水平撞击面振荡频率为4~10hz。
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| CN109225117A (zh) | 2019-01-18 |
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