CN111672405A - 一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置，包括进口端罐盖、出口端罐盖和罐体单元，罐体单元包括环形罐壁、第一隔板和第二隔板，第一隔板上设有进料孔，第一隔板和第二隔板之间构成导流腔室，第二隔板上设置有两个与导流腔室连通的导流管和残液排放孔，两个导流管对称安装在第二隔板上且出口端开口方向相反，导流管的出口端沿环形罐壁圆周的切线或近似切线方向设置。该反应装置采用将物料流体既作为原料、同时又作为搅拌混合的驱动媒介的新型搅拌方式，使多种物料流体在混合过程中通过流体自身搅拌、分级混合而强化混合效果，可广泛应用于气体的吸收、溶解、萃取与反萃取、多种流体物料混合反应等化工过程。
Description
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置。
背景技术
在化工领域，萃取与反萃取、气体在液体中的溶解、以及多种流体间进行反应等化工过程中，不同物料流体如气体与液态流体，互不相溶的有机溶液与水溶液之间的混合状态决定着溶解、传质的效果，进而影响到化学反应的进行。常用混合过程的完成大多依赖化工容器内的机械搅拌，机械搅拌存在装置复杂、容易形成部分流体短路、停留时间分布范围宽而混合不均匀等问题，且传质效果较差。在作为萃取与反萃取等加工过程的设备时，因混合、传质过程不充分，萃取或反萃取较难达到饱和或接近饱和容量，使过程效率下降；因流体具有不同酸碱性而对搅拌装置产生腐蚀；在带压操作过程中机械搅拌装置的密封困难，存在机械搅拌装置安装维修成本高等不足。而在存在结晶物的化工过程中，机械搅拌方式下反应罐中心的流速最高而靠近内壁面的流速最低，容易在罐壁上形成结垢。
常用混合过程中还包括另外一种常用的设备和方法，即管道混合，在管道中填装异形结构件，两种流体以一定流速经过管道时，通过管道内的异形结构件强化湍流，实现混合效果。这种设备和方法也存在诸多缺陷，缺陷一是需要占用较大的空间，二是管道弯头多，无效能耗高，三是管径与长度一旦确定，在操作过程中弹性操作可调节范围小，四是维修不便。
发明内容
本发明是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置，该反应装置不采用机械搅拌方式，而是采用将物料流体既作为原料、同时又作为搅拌混合的驱动媒介的新型搅拌方式，使多种物料流体在混合过程中通过流体自身搅拌、分级混合而强化混合效果，可广泛应用于气体的吸收、溶解、萃取与反萃取、多种流体物料混合反应等化工过程。
本发明的技术方案是：
一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置，包括进口端罐盖、出口端罐盖和设置在所述进口端罐盖和出口端罐盖之间的罐体单元，所述出口端罐盖上设有出料管，所述进口端罐盖上设有底流出口管和用于向反应装置内输送物料的进料管，所述进料管沿所述进口端罐盖的壁面圆周切线或近似切线方向设置；所述罐体单元包括环形罐壁和第一隔板，所述第一隔板上设有进料孔，所述罐体单元内还设有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板之间构成导流腔室，所述第二隔板上设置有两个与所述导流腔室连通的导流管和残液排放孔，两个所述导流管对称安装在所述第二隔板上且出口端开口方向相反，所述导流管的出口端沿所述环形罐壁圆周的切线或近似切线方向设置。
上述进料孔以及导流管的数量、形状、安装位置以及残液排放孔的安装位置、形状和数量均可根据实际生产需要设置。
罐体单元中的隔板数量不限于上述给出的第一隔板和第二隔板的组合，实际生产中可根据需要装配多组隔板组合。上述罐体单元还可以进行简化，去掉第二隔板，将第一隔板上的进料孔设置在该第一隔板的中间位置，在两个进料口上固定安装两个导流管，通过改变导流管的长度和形状，使导流管出口端的开口方向仍沿环形罐壁圆周的切线或近似切线方向设置；即另一种可能的方案为取消第二隔板成为单层隔板的罐体单元。所述罐体单元为单隔板型，所述罐体单元包括环形罐壁和第一隔板，所述第一隔板上设置有两个进料孔，两个所述进料孔上分别安装有导流管，两个所述导流管的出口端开口方向相反，所述导流管的出口端沿所述环形罐壁圆周的切线或近似切线方向设置。
进一步的，所述反应装置包括多个所述罐体单元，相邻两个所述罐体单元之间通过紧固件与密封件固定装配；紧固件可以采用法兰。
进一步的，所述进料管的数量为两个或多个，所述进料管以等间距均匀分布的方式固定安装在所述进口端罐盖的圆周外壁上。
进一步的，所述出口端罐盖上还设有计量装置和用于观察的预留孔。
进一步的，所述罐体单元与进口端罐盖和出口端罐盖之间通过法兰与密封件固定装配。
进一步的，所述反应装置为立式反应装置或卧式反应装置。
需要说明的是，本发明所提供的一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置还连接有提供压力的泵，以及用于支撑该反应装置的罐体底座、支架以及各种紧固件，均为本领域内常用的装置配件，不作赘述。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置，从搅拌方式上利用参加混合反应的物料流体本身作为搅拌媒介，可完全取代机械搅拌方式，节省机械装置；而从混合方式上通过多组导流腔室到混合腔室的组合，进行逐级混合，整个搅拌混合过程在上述两种方式的交互作用下，使物料流体达到更加均匀的混合效果；物料在搅拌和混合过程中连续进行相互溶解、传质、反应等过程；逐级搅拌混合可有效防止流体的短路现象，使流体在整个罐体内的停留时间趋于一致，使两种物料液体的混合达到混合均匀、传质充分的最佳效果。
(2)该反应装置的整个罐体采用由各罐体单元组成而成的设计，可根据物料处理量、流量、搅拌混合时间等不同要求，增减罐体单元数量，在实际生产中调整更加方便。本反应装置可广泛应用于气体的吸收、溶解、萃取与反萃取、多种流体物料的混合反应等化工过程，典型的应用为两种互不相溶或难相溶的物料流体之间进行萃取、反萃取，以及气体在液体中进行溶解等的化工过程；在存在结晶物的化工过程中，采用本发明的搅拌方式可以使靠近罐体内壁面处的流速达到最高，有效防止或减缓在罐壁上形成结垢。
(3)与机械搅拌或管道混合方式相比，本发明所采用的混合方式能耗低、空间省，更适合于集约化的大型装置和带压操作的需要；其解决了传统现有多液体混合设备中存在的同一设备机械搅拌装置混合过程单一、容易形成部分流体短路而导致的混合不均匀、传质不充分、进而导致反应效果较差等问题；同时也解决了管道混合中混合方式单一、操作参数调节范围小、设备复杂、能耗高等问题。
附图说明
图1为本发明提供的多物料流体自搅拌分级混合反应装置的整体示意图；
图2为本发明提供的多物料流体自搅拌分级混合反应装置的整体剖面图；
图3为本发明提供的罐体单元的结构剖面图；
图4为本发明提供的相邻两罐体单元的装配结构剖面图；
图5为本发明提供的单隔板型的罐体单元剖面图；
图6为本发明提供的两组分进口端罐盖剖面图；
图7为本发明提供的三组分进口端罐盖示意图；
图8为本发明提供的四组分进口端罐盖示意图；
以上各图中，1、进口端罐盖；2、出口端罐盖；3、罐体单元；4、底流出口管；5、进料管；6、出料管；7、环形罐壁；8、第一隔板；9、第二隔板；10、进料孔；11、导流管；12、残液排放孔。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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的前提下，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，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
如图1至图4所示，本发明涉及一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置，包括进口端罐盖1、出口端罐盖2和设置在进口端罐盖1和出口端罐盖2之间的罐体单元3，出口端罐盖2上设有出料管6，进口端罐盖1上设有底流出口管4和用于向反应装置内输送物料的进料管5，进料管5沿进口端罐盖1的壁面圆周切线或近似切线方向设置；罐体单元3包括环形罐壁7和第一隔板8，第一隔板8上设有进料孔10，罐体单元3内还设有第二隔板9，第一隔板8和第二隔板9之间构成导流腔室，第二隔板9上设置有两个与导流腔室连通的导流管11和残液排放孔12，两个导流管11对称安装在第二隔板9上且出口端开口方向相反，导流管11的出口端沿环形罐壁7圆周的切线或近似切线方向设置。
上述多物料流体自搅拌分级混合反应装置中，物料流体在一定压力下通过进料管5泵入反应装置，进料管5的入口及出口方向沿壁面圆周切线或近似切线方向设置，可以保证物料沿环形管壁的切线方向进入，在圆周内壁约束下按逆时针或顺时针方向进行圆周流动；在这种强制圆周流动中，在进口端罐盖1内壁与其相接的第一个罐体单元3的第一隔板8形成的腔室内，两种或多种物料流体相互搅拌进行初步混合。初步混合后的流体沿罐体单元3径向方向通过第一隔板8上设置的进料孔10，进入由第一隔板8和第二隔板9形成的导流腔室。进入该导流腔室的物料流体在后续物料的推动下，从第二隔板9上固定安装的导流管11流出，进入第二隔板9以及与该罐体单元3相接的罐体单元3的第一隔板8之间的混合腔室；由于导流管11的弧形形状及开口方向与罐体单元3圆壁切线或近似切线方向一致，进入混合腔室中的混合物料按顺时针或顺时针方向进行圆周流动，两个导流管11中的物料再次在该混合腔室中进行相互搅拌和混合。以此类推，物料流体依次通过各级导流腔室和混合腔室的过程中，完成多级相互搅拌和混合，到达出口端罐盖2的出料管6时，达到良好的混合效果并完成传质和反应。
上述物料流体进行混合时，按照顺时针或者逆时针方向流动，主要与导流管11以及进料管5的出口方向有关，在具体应用中，可以将相邻且相接的罐体单元3中上下对应的的导流管11的开口方向设置为相反的方向，保证物料分别、依次进行顺时针和逆时针的圆周流动，使物料流体能够更好的混合。这种搅拌混合方式下的物料流体在靠近罐体的环形罐壁7内壁面处的流速是最高的，因此可以有效防止或减缓在罐壁上形成结垢。
在该反应装置中，第二隔板9上设有的残液排放孔12用于检修停车时残液排放；进口端罐盖1上设有一个底流出口管4，用于检修停车时排放物料，在反应装置正常运行时处于关闭状态。在实际生产应用中，可根据物料流体的流量、压力、物料混合时间等，方便确定所需要组合的罐体单元3数量，达到生产工艺要求。
如图5所示，在一具体实施例中，组成反应装置的罐体单元3的内部结构可以进行简化，罐体单元3为单隔板型，罐体单元3包括环形罐壁7和第一隔板8，去掉第二隔板9，第一隔板8上设置有两个进料孔10，将第一隔板8上的这两个进料孔10设置在该第一隔板8的中间位置，两个进料孔10上分别安装有导流管11，通过改变导流管11的长度和形状，使两个导流管11的出口端开口方向相反，导流管11的出口端沿环形罐壁7圆周的切线或近似切线方向设置。具体的，每个罐体单元3中的隔板数量不限于上述给出的单隔板型、或者第一隔板8和第二隔板9的组合，实际生产中可根据需要装配多组隔板组合。
在本实施例提供的多物料流体自搅拌分级混合反应装置中，反应装置包括多个罐体单元3，相邻两个罐体单元3之间通过法兰与密封件固定装配。在实际生产过程中，可以根据物料处理量、流量以及搅拌混合时间要求等，对罐体单元3的数量进行相应的增减调整，这样既可以满足生产的需要，又能够节省空间，降低能耗，更适合集约化的大型装置和带压操作。
需要说明的是，进口端罐盖1上设计有进料管5，用于多种不同物料流体同时进料，如图6至8所示，进料管5的数量为两个、三个或四个，具体数量根据进料的物料流体种类来确定；进料管5固定安装在进口端罐盖1的圆周外壁上，并以等间距均匀分布的方式固定安装在进口端罐盖1的圆周外壁上；当进料管5的数量为两个时，如图6所示，两个进料管5对称设置在圆周外壁上；当三种物料或四种物料需要进行搅拌混合反应时，进料管5的数量根据物料的种类相应的增加到三个或四个，如图7和8所示，进料管5之间间隔相同的距离，固设在进口端罐盖1的圆周外壁上。
本具体实施中，出口端罐盖2上还设有计量装置和用于观察的预留孔，用于监控反应进行情况。
可以理解的是，罐体单元3与进口端罐盖1之间，罐体单元3与出口端罐盖2之间均通过法兰与密封件固定装配，本实施例中所采用的法兰和密封件主要起到固定和密封的作用，本领域技术人员也可以采用其他类似的紧固件和密封件，只要能够起到固定和密封作用即可。
在实际生产应用过程中，本实施例所提供的多物料流体自搅拌分级混合反应装置可以安装设计为立式反应装置，也可以设计为卧式反应装置，可根据实际情况具体设置。
上述多物料流体自搅拌分级混合反应装置的工作原理为：
工作时，物料流体在泵的一定压力下通过进料管5，并沿进口端罐盖1环形内壁的切线方向泵入进口端罐盖1内壁与罐体单元3的第一隔板8隔板形成的腔室内，在腔室圆周内壁约束下按逆时针方向进行圆周流动；在这种强制圆周流动中，两种或多种物料流体相互搅拌进行初步混合；初步混合后的物料流体通过进料孔10进入导流腔室，并在后续物料的推动下，从导流管11进入混合腔室；进入混合腔室的两个导流管11的混合物料按顺时针方向进行圆周流动，再次进行相互搅拌和混合。以此类推，物料流体依次通过各级导流腔室和混合腔室的过程中，完成多级相互搅拌和混合，到达出口端罐盖2的出料管6时，即达到良好的混合效果并完成传质和反应。
上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，凡在本发明的内容范围内所做出的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多物料流体自搅拌分级混合反应装置，其特征在于，包括进口端罐盖、出口端罐盖和设置在所述进口端罐盖和出口端罐盖之间的罐体单元，所述出口端罐盖上设有出料管，所述进口端罐盖上设有底流出口管和用于向反应装置内输送物料的进料管，所述进料管沿所述进口端罐盖的壁面圆周切线或近似切线方向设置；所述罐体单元包括环形罐壁和第一隔板，所述第一隔板上设有进料孔，所述罐体单元内还设有第二隔板，所述第一隔板和第二隔板之间构成导流腔室，所述第二隔板上设置有两个与所述导流腔室连通的导流管和残液排放孔，两个所述导流管对称安装在所述第二隔板上且出口端开口方向相反，所述导流管的出口端沿所述环形罐壁圆周的切线或近似切线方向设置。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述罐体单元为单隔板型，所述罐体单元包括环形罐壁和第一隔板，所述第一隔板上设置有两个进料孔，两个所述进料孔上分别安装有导流管，两个所述导流管的出口端开口方向相反，所述导流管的出口端沿所述环形罐壁圆周的切线或近似切线方向设置。
3.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置包括多个所述罐体单元，相邻两个所述罐体单元之间通过紧固件与密封件固定装配。
4.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述进料管的数量为两个或多个，所述进料管以等间距均匀分布的方式固定安装在所述进口端罐盖的圆周外壁上。
5.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述出口端罐盖上还设有计量装置和用于观察的预留孔。
6.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述罐体单元与进口端罐盖和出口端罐盖之间通过法兰与密封件固定装配。
7.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置为立式反应装置或卧式反应装置。
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