CN110882671A - 一种高粘物料的传递反应装置及方法 - Google Patents

一种高粘物料的传递反应装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高粘物料的传递及反应装置，涉及物料传递设备及反应器领域。所述传递及反应装置包含一夹套壳体，空心轴组件和分散组件；所述分散组件在所述壳体内部绕所述空心轴组件旋转，所述分散组件由若干换热管网构成；还包括一种高粘物料的传质方法，通过在装有髙粘物料的容腔内旋转具有高比表面积的换热管网，使换热管网内的导热介质在离心力作用下在换热管网内加速分布，并将换热管网导管与外冷却系统连通；高粘物料在离心力的作用下经旋转换热管网从分散组件内侧甩出到外侧。本发明的有益效果包括：增加了有效传热面积，缩短了物料停留时间，拓宽了处理物料的弹性范围，可处理超粘稠物料，减少了物料结焦产能提高，增加了设备产能。

Description

一种高粘物料的传递反应装置及方法
技术领域
本发明涉及物料热质传递及反应器领域，具体涉及一种高粘物料的传递及反应装置及方法。
背景技术
现今应用于化工、医药及食品加工过程的蒸发器、换热器及反应器的种类繁多且样式多样。由于高粘物料具有粘度高、流动性差且物性随温度变化较大（粘温特性）等特点，使得普通蒸发器、换热器及反应器在处理高粘度物料时存在热效率低、停留时间长、设备庞大等问题，一些针对高粘物料的蒸发器、换热器及反应器被源源不断地研发出来，制造商包括：美国B1awknox、Chemtron、Contro 和 Plandler，瑞士的 Luwa，日本的日立制作所、日商机械、樱制作所、三洋机械，英国Balfour公司，德国BUSS科技公司等。但是现有技术所涉及的装置与工艺存在着蒸发器的有效传热面积较小、物料表面更新频率太低、物料蒸发或汽化界面太小、蒸发速度较慢、单位设备体积内产能较低等技术缺陷；现有的装置能够处理的弹性范围较窄，指不能够既可适用于处理较低粘度物料也适用于较高粘度物料；此外，已有的装置及技术难以处理百万厘泊以上的超粘稠物料。
发明内容
本发明的目的是提供一种传热面积大、物料表面更新快、热质传递速度快、处理物料弹性范围广的高粘度物料的传质装置及方法。
为实现本发明的上述技术目标，提出以下技术方案：
一种高粘物料的传质装置，所述传质装置包括用于容纳物料的壳体，用于传递导热介质的空心轴组件和分散组件；所述空心轴组件设置于所述壳体内部，一端与所述壳体的一个端面可转动连接，另一端悬空或者与所述壳体的另一端面可转动连接或者在所述壳体内部与所述壳体可转动连接；所述分散组件设置于所述壳体内部，固定于所述空心轴组件上，并且与所述的空心轴组件径向连通；所述分散组件由换热管网构成。
优选地，所述空心轴组件包括空心轴，还包括将所述空心轴分隔为进液段和回液段的隔板所述进液段和所述回液段通过所述的换热管网间接连通。
优选地，所述分散组件为网状结构，由空心管、换热板或翅片管中一种或多种构成。
优选地，所述换热管网分为进液换热管网和回液换热管网，所述进液换热管网至少通过一导管与所述进液段相连，所述回液换热管网至少一导管与所述回液段相连。
优选地，所述壳体为夹套壳体。
优选地，所述壳体的物料出口设置在壳体的下部，并位于所述的空心轴组件的旁边。
优选地，当所述的空心轴组件的另一端悬空或者在所述的壳体内部与所述的壳体可转动连接时，所述的空心轴组件包括同轴套装设置的外管和内管，所述的外管和内管中其中一个为进液管，另一个为回液管，并且进液管和回液管的长度不一致；所述进液管与换热介质进口通过第一旋转接头连接，所述出液管与换热介质出口通过第二旋转接头连接。
优选地，所述壳体的下端设置有物料出口，所述的物料出口处设置有螺旋条状带。
优选地，所述夹套壳体上部设置有保温介质出口，所述的夹套壳体下部设置有保温介质入口。
一种高粘物料的传质方法，步骤如下：
（1）高粘物料从所述传质装置的物料进口注入，经由高速旋转的具有高比表面积的所述换热管网外表面，从内侧向外侧流动铺展，其中靠近所述空心轴组件一侧为换热管网内侧，远离所述空心轴组件一侧为所述换热管网外侧；
（2）被分散成极细液体微团的高粘物料从所述换热管网远离所述空心轴组件的一侧甩出，甩出的物料由所述壳体转接，最终由物料出口排出。
所述换热介质由所述进液段注入，进入所述进液换热管网的管程，流经所述进液换热管网内侧向其外侧流动，而后进入所述回液换热管网，沿着所述回液换热管网由外侧向内侧流动，最后流回到所述回液段，并沿着所述回液段流出设备，所述换热介质是但不仅限于导热油。
本发明产生的有益效果：本发明大大增加了有效传热面积，加快了物料表面更新，缩短了物料的停留时间、减少了物料的结焦，增加了传热效率，拓宽了处理物料的弹性范围。尤其是，本发明提供的分散组件为塔柱状，由换热管网构成，是由空心管构成，因此分散组件的重量与普通传质装置相比，重量大大减轻，同时配合特定的空心轴结构使导热介质在空心管内得以强制流动，完成强化传热。换热管网的换热面积随塔高增大成正比增大，此外设备的动平衡和稳定性都远大于普通旋转蒸发设备。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例二的结构示意图；
图3为实施例一换热管网的立体结构示意图；
其中1为壳体，2为空心轴组件，3为分散组件，4为隔板，5为物料出口，6为物料进口，7为换热介质进口，8为换热介质出口，9为第一旋转接头，10为第二旋转接头，11为螺旋条状带，12为保温介质出口，13为保温介质入口，14为外管，15为内管。
具体实施例
本发明公开了一种高粘度物料的传递及反应装置及方法。
下面结合本发明实例中的附图对本发明技术方案的具体实例进行清楚、完整地描述。
实施例一
如图1和图3所示，一种高粘物料的传递及反应装置，包括壳体1、空心轴组件2、由空心管组成的塔柱状分散组件3等。壳体1为夹套壳体，壳体1上部设有物料进口6，壳体1下部设有物料出口5。空心轴组件2设置于壳体1内部，一端与所述壳体的上端面可转动连接，另一端与壳体的下端面可转动连接。
空心轴组件包括空心轴，还包括将所述空心轴分隔为进液段和回液段的隔板4，进液段和回液段通过所述的换热管网间接连通。换热管网分为进液换热管网和回液换热管网，进液换热管网与所述进液段相通，回液换热管网与所述回液段相通。
物料经物料进口6注入，首先到达分散组件3靠近空心轴组件1的一侧（内侧），在转动下在离心力的作用下经过各层换热管后从外侧甩出，甩出的物料从设置于壳体1上的物料出口5排出。
导热介质从进液段注入，进入进液换热管网，沿着进液换热管网由内侧向外侧流动，而后进入回液换热管网，沿着回液换热管网外侧向内侧流动，最后回到回液段，沿着回液段流出设备。
本实施例以高粘流体黄原胶溶液为试验介质，加热介质为导热油。质量浓度为5.0%黄原胶水溶液经物料进口注入塔柱状管网内侧的空心管外表面，在离心力的作用下，在空心管外表面形成超薄液膜和超细液丝液滴，充分换热后在壳体底部富集后流出。加热介质为120℃导热油从上部空心轴注入，经多层管网后从下部空心轴流出。试验介质的初始进口温度为25℃，出口温度为60℃。保持试验物料、加热介质及试验条件等条件不变的情况下，将普通刮板式薄膜蒸发器的试验结果作为参照组，本实施例可使有效传热面积至少提高3倍以上、停留时间缩短一倍以上，使得物料表面更新频率大大增加、物料蒸发或汽化界面太小、传热速率提高一倍以上、单位设备体积内产能提高2倍以上。
实施例二
如图2所示，一种高粘物料的传递及反应装置，包括壳体1、空心轴组件2、由空心管组成的塔柱状分散组件3等。壳体1为夹套壳体，壳体1上部设有物料进口6，壳体1下部设有物料出口5。空心轴组件2设置于壳体1内部，一端与所述壳体的上端面可转动连接，另一端悬空。
所述的空心轴组件包括同轴套装设置的外管14和内管15，所述的外管和内管中其中一个为进液管，另一个为回液管，并且进液管和回液管的长度不一致；所述进液管与换热介质进口7通过第一旋转接头连接9，所述出液管与换热介质出口8通过第二旋转接头连接10。
换热管网分为进液换热管网和回液换热管网，进液换热管网与所述进液管相通，回液换热管网与所述回液管相通。
本实施例加热介质为350℃导热油从上部空心轴注入，经多层管网后从下部空心轴流出。将双酚A醚酐（BPA-DA），4,4'-二氨基二苯醚和邻苯二甲酸酐粉碎后预热至熔融状态，经物料进口注入塔柱状管网内侧，在离心力的作用下由内侧往外侧流动，流动的同时与导热油进行充分换热并反应，甩出的物料在壳体富集后采用螺杆泵输送回入口进行循环，最终产品PEI达到要求后，切换接口后挤出。
保持试验物料、加热介质及试验条件等条件不变的情况下，将普通搅拌反应器的试验结果作为参照组,本实施例可使有效传热面积至少提高10倍以上、停留时间为原来的1/10，使得物料表面更新频率大大增加、物料蒸发或汽化界面太小、传热速率提高5倍以上、单位设备体积内产能提高2倍以上。
实施例三
本实施例以麦芽糖为试验物料，加热介质为热水，对麦芽糖进行浓缩。试验介质的初始温度为25℃，出口的温度为80℃，温升为55℃，采用真空操作，压力为500Pa。本实例的其它结构与实施例一相同。保持试验物料、加热介质及试验条件等条件不变的情况下，将普通刮板式薄膜蒸发器的试验结果作为参照组,本实施例可使有效传热面积至少提高5倍以上、停留时间为原来的1/20，使得物料表面更新频率大大增加、物料蒸发或汽化界面太小、传热速率提高3倍以上、单位设备体积内产能提高5倍以上。
实施例一~三和参照例的对比结果均表明，参照例均出现了不同程度的结焦现象，而本发明大大减少了结焦现象。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
本发明的上述实施例表明，本发明与现有装置相比，可处理数百万厘泊乃至千万厘泊以上的超粘稠物料。采用本发明单位体积内的有效传热面积至少提高3倍以上、停留时间缩短一倍以上，使得物料表面更新频率大大增加、物料蒸发或汽化界面太小、蒸发速度提高一倍以上、单位设备体积内产能提高一倍以上，大大减少了结焦现象。

Claims (10)

1.一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述传递反应装置包括用于容纳物料的壳体（1），用于传递导热介质的空心轴组件（2）和分散组件（3）；所述空心轴组件设置于所述壳体内部，一端与所述壳体的一个端面可转动连接，另一端悬空或者与所述壳体的另一端面可转动连接或者在所述壳体内部与所述壳体可转动连接；所述分散组件设置于所述壳体内部，固定于所述空心轴组件上，并且与所述的空心轴组件径向连通；所述分散组件由换热管网构成。
2.根据权利要求1所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述空心轴组件包括空心轴，还包括将所述空心轴分隔为进液段和回液段的隔板（4），所述进液段和所述回液段通过所述的换热管网间接连通。
3.根据权利要求1所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述分散组件为网状结构，由空心管、换热板或翅片管中一种或多种构成。
4.根据权利要求2所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述换热管网分为进液换热管网和回液换热管网，所述进液换热管网至少通过一导管与所述进液段相连，所述回液换热管网至少一导管与所述回液段相连。
5.根据权利要求1所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述壳体为夹套壳体。
6.根据权利要求1所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述壳体的物料出口（5）设置在壳体的下部，并位于所述的空心轴组件的旁边。
7.根据权利要求1所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：当所述的空心轴组件的另一端悬空或者在所述的壳体内部与所述的壳体可转动连接时，所述的空心轴组件包括同轴套装设置的外管（14）和内管（15），所述的外管和内管中其中一个为进液管，另一个为回液管，并且进液管和回液管的长度不一致；所述进液管与换热介质进口（7）通过第一旋转接头连接（9），所述出液管与换热介质出口（8）通过第二旋转接头连接（10）。
8.根据权利要求7所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述壳体的下端设置有物料出口（5），所述的物料出口处设置有螺旋条状带（11）。
9.根据权利要求5所述一种高粘物料的传递反应装置，其特征在于：所述夹套壳体上部设置有保温介质出口（12），所述的夹套壳体下部设置有保温介质入口（13）。
10.一种高粘物料的传递反应方法，步骤如下：
（1）高粘物料从所述传递反应装置的物料进口注入，经由高速旋转的具有高比表面积的所述换热管网内侧向外侧流动铺展，靠近所述空心轴组件一侧为换热管网内侧，远离所述空心轴组件一侧为所述换热管网外侧；
（2）被分散成极细液体微团的高粘物料从所述换热管网远离所述空心轴组件的一侧甩出，甩出的物料由所述壳体转接，最终由物料出口排出。
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