CN109894067A - 具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，罐体的容积可以很大，外部加热装置从罐体外对液相进行温度调节，搅拌装置来对液相进行机械搅拌，内部加热装置进行内部加热，通过第一转轴和第二转轴之间的通气空间向罐体内部通气，进行气体搅拌。通过合理控制外部加热装置、内部加热装置的发热功率，即可使液相反应容器内的液相的温度保持恒定。上述液相反应容器适用于大规模生产的，使内部液相物质成分和温度的均匀的液相反应容器。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，属 于化工设备技术领域。
背景技术
在化工生产行业中，存在着大量的液相反应，如浸出、萃取、高分子聚合反应等。现在化工生产正逐步走向自动化、精细化，为了使生产出的化学产品性质均匀、稳定，反应率高。需要将液相反应的反应条件，如温度、压强等，控制在较为严格的工艺范围内，同时为了符合大规模生产过程的需求，还需要保证反应容器中液相的物质成分和温度的均匀。
现有技术中，一般采用在反应容器的罐体外壁处设置加热装置的方式来控制罐体的温度，然而，由于罐体具有一定的体积，在罐体外壁处进行加热，往往只能保证罐体的外壁附近的区域能够达到所需温度，罐体内部远离外壁的区域往往达不到所需温度，从而使得罐体内部温度不均匀，影响液相反应的均匀性。
另外，现有技术中采用从罐体外部向罐体内部通气气体的方式对液相进行搅拌，如中国专利文献CN202778444U公开了一种蒸汽加热搅拌的反应容器，包括塔体、插入到塔体内部的管道，所述管道具有蒸汽入口。在具体使用时，高压蒸汽通过管道以及设置在管道上的蒸汽入口进入到塔体内部，以搅动塔体内的液态混合物。然而，由于高压蒸汽通过管道直接通入塔体内部，因而容易形成大股的蒸汽流，而大股蒸汽流在液态混合物内容易聚集在一起形成大气泡，大气泡在液态混合物中一旦形成就会上浮并从液态混合物的液面处溢出，从而导致对反应物的搅拌效果不理想。另外，由于蒸汽流形成的气泡过大，蒸汽的热能来不及与液态混合物充分交换，蒸汽无法完全液化形成软水，因而塔体内的蒸汽量会随着通入时间的增大而增多，会导致塔体内压力增大，使塔体有爆炸的危险。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的液相反应容器液相的物质成分和温度的均匀性较差蒸汽利用率低，不适于大规模生产的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的一种具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，包括，
罐体，具有容纳空间；
外部加热装置，围绕所述罐体的外壁设置；
第一转轴，沿竖直方向设置在所述罐体的中心位置，能够在动力装置带动下转动，所述第一转轴上设置有若干桨叶，所述第一转轴和桨叶均由导热材料制成，所述第一转轴和所述桨叶均具有空腔；
第二转轴，套设在所述第一转轴的外壁上，与所述第一转轴形成通气空间，具有若干个与所述通气空间连通的锤形的喷气口，所述喷气口向下倾斜，与所述第二转轴的竖直轴线之间的夹角为 5-15°；
内部加热装置，包括绝缘设置在所述第一转轴的空腔内的第一电热丝和绝缘设置在所述桨叶的空腔内的第二电热丝，能够在通电时产生热量；
温度传感器，为多个，设置在所述罐体的不同位置处，用于获取所述罐体不同位置处的温度状况；
压力传感器，设置在所述罐体内，用于获取所述罐体内的压力；
泄压阀，设置在所述罐体的内壁上；
控制器，与温度传感器以及压力传感器连接，用于接收温度传感器获取的温度信号，并根据温度信号控制内部加热装置、外部加热装置以及喷气口的开启、关闭并控制内部加热装置、外部加热装置的加热程度以及喷气口处通入的气体的温度；并接收压力传感器获取的压力信号，并在罐体内的压力达到预设压力值时，控制泄压阀打开对罐体进行泄压。
所述外部加热置为缠绕设置在所述罐体的外壁上的盘管，所述盘管内能够流通具有一定温度的液体，并与所述罐体外壁发生热交换；所述盘管沿着高度方向设置有多段，每段盘管均具有液体入口和液体出口，所述液体入口的高度低于所述液体出口。
在竖直方向上，位于最上部的桨叶的上表面距离罐体顶壁的竖直距离，大于位于最下部的桨叶的下表面距离罐体底壁的竖直距离。
所述桨叶的最外侧端与所述罐体内壁之间的水平距离为 50-100mm，位于所述转轴最上端的所述桨叶的上表面与所述罐体的顶壁之间的竖直距离为300-400mm，位于所述转轴最下端的所述桨叶的下表面与所述罐体的底壁之间的竖直距离为200-300mm。
所述第二转轴的侧壁上沿高度方向设置有多个所述喷气口，且所述喷气口的内径从所述罐体底部向着所述罐体顶部逐渐减小。
沿着所述第二转轴的高度方向，相邻两个喷气口中，位于高处的喷气口的内径与位于低处的喷气口的内径之比为0.8-0.9∶1。
位于所述第二转轴的侧壁上的喷气口设置在两个相邻的所述桨叶中间。
所述罐体的底壁上设置气体入口，所述罐体的底壁上的气体入口的中轴线向着靠近所述第一转轴的方向倾斜并与所述罐体的中轴线的夹角为40-60°。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，围绕罐体的外壁设置外部加热装置，通过加热或者冷却罐体的外壁，从而从外部来调节罐体内的液相的温度；通过绝缘设置在所述第一转轴内的第一电热丝和设置在所述桨叶上的第二电热丝通电时发热，对罐体内部进行加热，从而通过内外温控使得罐体内部各个区域的温度更加均匀，保证了液相反应的均匀性。通过搅拌装置来对液相进行机械搅拌，使液相的物质成分和温度更为均匀。因而，上述液相反应容器中，罐体的容积可以很大，外部加热装置从罐体外对液相进行温度调节，搅拌装置来对液相进行机械搅拌，通过电热丝对液相温度低时使液相升温，通过通入惰性气体加强搅拌，并在液相温度过高时降低液相温度。通过合理控制外部加热装置、电热丝的发热功率，即可使液相反应容器内的液相的温度保持恒定。上述液相反应容器适用于大规模生产的，使内部液相物质成分和温度的均匀的液相反应容器。并且，本发明的反应均匀的液相反应容器，通过设置压力传感器获取罐体内的气体压力，并在压力达到预设值时，开启泄压阀进行泄压，可以保证整个罐体内的压力稳定，保证反应安全。通过第一转轴和第二转轴形成通气空间，并通过通气空间向液相中通入气体，从而对液相进行气体搅拌，并且，由于多个喷气口均位于罐体内部，一方面可以起到分散蒸汽的作用，促进蒸汽在罐体内液化，使蒸汽带有的热量充分释放到罐体内，蒸汽液化后形成软水，另一方面喷气口还可跟随转轴转动，使蒸汽更加均匀地到达罐体内的各个部位，提高了高温蒸汽的搅拌效果，使得罐体内的反应更加充分、均匀。并且，由于通气空间设置在第一转轴和第二转轴之间，第一转轴内的第一加热丝可以直接对通气空间内的气体进行加热，从而使得喷气口喷出的气体为高温气体。上述装置，通过巧妙的设计，实现了搅拌以及温控的一体化。
(2)本发明的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，所述外部加热装置为缠绕设置在所述罐体的外壁上的盘管，所述盘管内能够流通具有一定温度的液体，并与所述罐体外壁发生热交换。盘管式的外部加热装置，缠绕设置在所述罐体1的外壁上，结构简单，能够同时与罐体的整个外壁进行热交换，通过通入不同温度的冷热水就能够实现对罐体内的液相进行加热或者冷却，适合于大容量的罐体，保障罐体内液相稳定。将盘管沿着高度方向设置为多段，若盘管长度过长，则盘管内的液体在流过一定距离后，会因热交换而导致与液相温度相差不大，从而丧失对液体流动后端区域的温度控制。将盘管设置为多段，可以使得盘管内的流体在吸收或者释放一定热量后被排出，使液相温度在高度方向上的温差变小，进一步提高了液相温度的均匀性。所述液体入口的高度低于所述液体出口，可以提高液体在盘管内停留的时间，使得热交换更为充分。
(3)本发明的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，所述第二转轴的侧壁上沿高度方向设置有多个所述喷气口，且所述喷气口的内径从所述罐体底部向着所述罐体顶部逐渐减小。沿着所述第二转轴的高度方向，相邻两个喷气口中，位于高处的喷气口的内径与位于低处的喷气口的内径之比为0.8-0.9∶1。
由于高度越高的桨叶离液面越近，高度越高的桨叶上的喷气口喷出的惰性气体在液面停留的时间越短，因此，为了保证充分利用惰性气体，实现罐体内物料的充分混合均匀，以及温度的均匀性，采用上述设置方式。
(4)本发明的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，位于所述第二转轴的侧壁上的喷气口设置在两个相邻的所述桨叶中间。使气体通入罐体内时产生的对液相的搅动与桨叶转动时对液相的搅动之间不相互干扰，且相互弥补，进一步提高搅拌效果。
(5)本发明的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，所述喷气口向下倾斜，与所述第二转轴的竖直轴线之间的夹角为 5-15°，使得通过喷气口进入罐体内的气体能够驱动液相以罐体中轴线为轴发生旋转，充分利用气体动能，提高搅拌效果和气体对液相的降温效果。
(6)本发明的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，所述桨叶的最外侧端与所述罐体内壁之间的水平距离为50-100mm，位于所述转轴最上端的所述桨叶的上表面与所述罐体的顶壁之间的竖直距离为300-400mm，位于所述转轴最下端的所述桨叶的下表面与所述罐体的底壁之间的竖直距离为200-300mm。使得通过第一加热丝和第二加热丝进行加热的热量与外部加热装置的加热的热量充分进行传导；在竖直方向上，位于最上部的桨叶距离罐体顶部的距离，大于位于最下部的桨叶距离罐体底部的距离，可以为罐体的上部预留较大的反应空间，进一步提高容器的安全性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例1的液相反应容器的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-罐体；2-盘管；21-第一转轴；22-桨叶；23-第一电热丝；24-第二电热丝。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，如图1，包括，
罐体1，具有容纳空间；
外部加热装置，围绕所述罐体1的外壁设置；
第一转轴21，沿竖直方向设置在所述罐体1的中心位置，能够在动力装置带动下转动，所述第一转轴21上设置有若干桨叶22，所述第一转轴21和桨叶22由导热材料制成，所述第一转轴21和所述桨叶22均具有空腔；
第二转轴29，套设在所述第一转轴21的外壁上，与所述第一转轴21形成通气空间，具有若干个与所述通气空间连通的锤形的喷气口；
内部加热装置，包括绝缘设置在所述第一转轴21的空腔内的第一电热丝23和绝缘设置在所述桨叶22的空腔内的第二电热丝24，能够在通电时产生热量，需要加热时，通过控制电控按钮31，使得第一电热丝23和第二电热丝通电加热；
温度传感器，为多个，设置在所述罐体1的不同位置处，用于获取所述罐体1不同位置处的温度状况；
压力传感器，设置在所述罐体1内，用于火气所述罐体1内的压力；
泄压阀，设置在所述罐体1的内壁上；
控制器，与温度传感器以及压力传感器连接，用于接收温度传感器获取的温度信号，并根据温度信号控制内部加热装置、外部加热装置以及喷气口的开启、关闭并控制内部加热装置、外部加热装置的加热程度以及喷气口处通入的气体的温度；并接收压力传感器获取的压力信号，并在罐体内的压力达到预设压力值时，控制泄压阀打开对罐体进行泄压。
上述液相反应容器，围绕罐体1的外壁设置的外部控温装置，通过加热或者冷却罐体1的外壁，从而从外部来调节罐体1内的液相的温度。通过搅拌装置来对液相进行机械搅拌，使液相的物质成分和温度更为均匀。同时，绝缘设置在所述第一转轴21内的第一电热丝23和绝热设置在桨叶上的第二电热丝通电时发热，热量通过第一转轴21和桨叶22传递到液相，由于第一转轴21和桨叶22 位于罐体1内，因而在内部进行加热，因而，上述液相反应容器中，罐体1的容积可以很大(容量超过20吨以上)，外部控温装置从罐体1外对液相进行温度调节，搅拌装置来对液相进行机械搅拌，通过第一电热丝23和第二电热丝24对液相温度低时使液相升温，通过通入惰性气体加强搅拌，并在液相温度过高时降低液相温度。通过合理控制外部加热装置、第一电热丝23、第二电热丝24的发热功率，即可使液相反应容器内的液相的温度保持恒定(可保持温差在1℃之内)。上述液相反应容器适用于大规模生产的，使内部液相物质成分和温度的均匀的液相反应容器。并且，本发明的反应均匀的液相反应容器，通过设置压力传感器获取罐体内的气体压力，并在压力达到预设值时，开启泄压阀进行泄压，可以保证整个罐体内的压力稳定，保证反应安全。通过第一转轴和第二转轴形成通气空间，并通过通气空间向液相中通入气体，从而对液相进行气体搅拌，并且，由于多个喷气口均位于罐体内部，一方面可以起到分散蒸汽的作用，促进蒸汽在罐体内液化，使蒸汽带有的热量充分释放到罐体内，蒸汽液化后形成软水，另一方面喷气口还可跟随转轴转动，使蒸汽更加均匀地到达罐体内的各个部位，提高了高温蒸汽的搅拌效果，使得罐体内的反应更加充分、均匀。并且，由于通气空间设置在第一转轴和第二转轴之间，第一转轴内的第一加热丝可以直接对通气空间内的气体进行加热，从而使得喷气口喷出的气体为高温气体。上述装置，通过巧妙的设计，实现了搅拌以及温控的一体化。
进一步地，所述外部控温装置为缠绕设置在所述罐体1的外壁上的盘管2，所述盘管2内能够流通具有一定温度的液体，并与所述罐体1外壁发生热交换。液相温度较高时，向盘管2内通冷却水，液相温度较低时向盘管2内通高温水。盘管式的外部控温装置，缠绕设置在所述罐体1的外壁上，结构简单，能够同时与罐体1的整个外壁进行热交换，通过通入不同温度的冷热水就能够实现对罐体 1内的液相进行加热或者冷却，适合于大容量的罐体1，保障罐体1 内液相稳定。
进一步地，所述盘管2沿着高度方向设置有多段，如3段、4 段、5段等等，每段盘管均具有液体入口和液体出口，所述液体入口的高度低于所述液体出口。每段盘管的高度优选为20-40cm为了保证热交换效果盘管的直径与罐体1的直径比不小于50∶1。
将盘管2沿着高度方向设置为多段，若盘管2长度过长，则盘管2内的液体在流过一定距离后，会因热交换而导致与液相温度相差不大，从而丧失对液体流动后端区域的温度控制。因而将盘管2 在吸收或者释放一定热量后被排出，使液相温度在高度方向上的温差变小，进一步提高了液相温度的均匀性。所述液体入口的高度低于所述液体出口，可以提高液体在盘管2内停留的时间，使得热交换更为充分。
进一步地，所述第一电热丝23与所述第一转轴21之间，以及所述第二电热丝24与桨叶之间均通过硅胶绝缘。
将第一电热丝23与第一转轴21之间通过硅胶绝缘，防止第一电热丝23与第一转轴21之间发生电传导，保证设备运行安全，尤其在第一转轴21使用金属材料制备时，这种设备的安全性要求更高。
所述第二转轴的侧壁上沿高度方向设置有多个所述喷气口，且所述喷气口的内径从所述罐体底部向着所述罐体顶部逐渐减小。相邻的两个所述喷气口在竖直方向上的距离为400-600mm，如400mm、 500mm、600mm等，相邻两个喷气口中，位于高处的喷气口的内径与位于低处的喷气口的内径之比为0.8-0.9∶1。由于高度越高的桨叶离液面越近，高度越高的桨叶上的喷气口喷出的惰性气体在液面停留的时间越短，上述设置可以保证充分利用喷气口喷出的气体对于罐体内物料的充分搅拌作用。
作为优选的，位于所述第二转轴的侧壁上的喷气口设置在两个相邻的所述桨叶中间。
将喷气口(即喷气口的水平轴线)设置在两个相邻的所述桨叶 22中间，使气体通入罐体1内时产生的对液相的搅动与桨叶22转动时对液相的搅动之间不相互干扰，进一步提高搅拌效果。
作为优选的，所述喷气口向下倾斜，与所述第二转轴的竖直轴线之间的夹角为5-15°，使得通过喷气口进入罐体内的气体能够驱动液相以罐体中轴线为轴发生旋转，充分利用气体动能，提高搅拌效果和气体对液相的降温效果。
所述罐体的底壁上设置气体入口，所述罐体的底壁上的气体入口的中轴线向着靠近所述第一转轴的方向倾斜并与所述罐体的中轴线的夹角为40-60°。如40°、50°、60°等。所述罐体1的底壁上的气体入口优选为两个。
将罐体1的底壁上的气体入口的中轴线向着靠近所述第一转轴 21的方向倾斜并与所述罐体1的中轴线的夹角为40-60°，使罐体 1的底壁上的气体入口通入的气体不与罐体1的侧壁上的气体入口喷出的气体发生影响，确保液相搅拌均匀充分。
进一步地，相邻的两个所述桨叶22在竖直方向上的距离为 400-600mm，如400mm、500mm、600mm等。如图1所示，桨叶有5 片，其中靠近罐体1底部的为与罐体1底部形状相匹配的1个弧形桨叶，剩余4片桨叶为桨叶形。将相邻的两个桨叶22的距离设置为400-600mm，使桨叶22以合理的距离分布在罐体1内，使罐体1 内的液相能够得到充分的机械搅拌。
所述桨叶的最外侧端与所述罐体内壁之间的水平距离为 50-100mm，位于所述转轴最上端的所述桨叶的上表面与所述罐体的顶壁之间的竖直距离为300-400mm，位于所述转轴最下端的所述桨叶的下表面与所述罐体的底壁之间的竖直距离为200-300mm。使得通过第一加热丝和第二加热丝进行加热的热量与外部加热装置的加热的热量充分进行传导；在竖直方向上，位于最上部的桨叶距离罐体顶部的距离，大于位于最下部的桨叶距离罐体底部的距离，可以为罐体的上部预留较大的反应空间，进一步提高容器的安全性。
另外，需要指出的是，气体入口也可以与蒸汽发生装置相连接，这适用于液相中有水的液相反应，蒸汽发生装置产生的高温蒸汽可以对液相起到加热的作用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，其特征在于，包括，
罐体(1)，具有容纳空间；
外部加热装置，围绕所述罐体(1)的外壁设置；
第一转轴(21)，沿竖直方向设置在所述罐体(1)的中心位置，能够在动力装置带动下转动，所述第一转轴(21)上设置有5片桨叶(22)，所述第一转轴(21)和桨叶(22)均由导热材料制成，所述第一转轴(21)和所述桨叶(22)均具有空腔；其中，靠近罐体1底部的为与罐体1底部形状相匹配的1个弧形桨叶，剩余4片所述桨叶为桨叶形；将相邻的两个桨叶22的距离设置为400-600mm；
第二转轴(29)，套设在所述第一转轴(21)的外壁上，与所述第一转轴(21)形成通气空间，具有若干个与所述通气空间连通的锤形的喷气口，所述喷气口向下倾斜，与所述第二转轴(29)的竖直轴线之间的夹角为5-15°；
内部加热装置，包括绝缘设置在所述第一转轴(21)的空腔内的第一电热丝(23)和绝缘设置在所述桨叶(22)的空腔内的第二电热丝(24)，能够在通电时产生热量；
温度传感器，为多个，设置在所述罐体(1)的不同位置处，用于获取所述罐体(1)不同位置处的温度状况；
压力传感器，设置在所述罐体(1)内，用于获取所述罐体(1)内的压力；
泄压阀，设置在所述罐体(1)的内壁上；
控制器，与温度传感器以及压力传感器连接，用于接收温度传感器获取的温度信号，并根据温度信号控制内部加热装置、外部加热装置以及喷气口的开启、关闭并控制内部加热装置、外部加热装置的加热程度以及喷气口处通入的气体的温度；并接收压力传感器获取的压力信号，并在罐体内的压力达到预设压力值时，控制泄压阀打开对罐体进行泄压；
其中，所述第二转轴(29)的侧壁上沿高度方向设置有多个所述喷气口；
沿着所述第二转轴(29)的高度方向，相邻两个喷气口中，位于高处的喷气口的内径与位于低处的喷气口的内径之比为0.8-0.9∶1。
2.根据权利要求1所述的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，其特征在于，所述外部加热置为缠绕设置在所述罐体(1)的外壁上的盘管(2)，所述盘管内能够流通具有一定温度的液体，并与所述罐体(1)外壁发生热交换；所述盘管(2)沿着高度方向设置有多段，每段盘管均具有液体入口和液体出口，所述液体入口的高度低于所述液体出口。
3.根据权利要求1所述的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，其特征在于，在竖直方向上，位于最上部的桨叶(22)的上表面距离罐体(1)顶壁的竖直距离，大于位于最下部的桨叶(22)的下表面距离罐体(1)底壁的竖直距离。
4.根据权利要求3所述的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，其特征在于，所述桨叶(22)的最外侧端与所述罐体(1)内壁之间的水平距离为50-100mm，位于所述转轴(21)最上端的所述桨叶(22)的上表面与所述罐体(1)的顶壁之间的竖直距离为300-400mm，位于所述转轴(21)最下端的所述桨叶(22)的下表面与所述罐体(1)的底壁之间的竖直距离为200-300mm。
5.根据权利要求1所述的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，其特征在于，位于所述第二转轴(29)的侧壁上的喷气口设置在两个相邻的所述桨叶(22)中间。
6.根据权利要求5所述的具有多桨叶的集温控与搅拌为一体的装置，其特征在于，所述罐体(1)的底壁上设置气体入口，所述罐体(1)的底壁上的气体入口的中轴线向着靠近所述第一转轴(21)的方向倾斜并与所述罐体(1)的中轴线的夹角为40-60°。
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