CN111790333A - 一种涡旋连续流式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种涡旋连续流式反应器，包括反应器壳体和电机以及电机支架，所述反应器壳体的内部开设有反应腔，所述反应腔的内部装设有搅拌器，所述搅拌器为中空圆柱形结构。本发明通过在搅拌器外侧安装螺旋空心管，利用进料机构向空心管的内部输入冷却或加热流体，使得搅拌器具有移除与增加反应腔内流体热能的能力，同时由于空心管截面为三角形或圆形结构，将在搅拌器的外侧形成切面锯齿或波浪形，当搅拌器进行转动时，改变靠近搅拌器一侧的流体局部流动动力行为，提高流体湍流动能和剪切，增强局部微观混合，提高反应器整体传热与传质能力。

Description

一种涡旋连续流式反应器

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种涡旋连续流式反应器。

背景技术

反应器是一种实现反应过程的设备，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程；器内常设有搅拌(机械搅拌、气流搅拌等)装置；在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶；在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热；多数情况下，气液催化工艺的独特性在于反应发生在液相，其中一种反应物是液体，而另外一种反应物是溶解在液体中的气体，发生在液体和液相中的气体之间的化学反应，导致存在其中一种反应物从气相进入溶液的过渡阶段，这样，反过来，导致工艺速率常常取决于作为速度限制阶段的溶解速率的事实，这是工艺在扩散区进行的证据；扩散区的存在作为一项规则，负面的影响了工艺速率和目标产品产量，在动力学区进行化学工艺的必要性导致寻找一种反应器，该反应器的结构适合于解决本问题。工艺在动力学区进行可以通过实现气体反应物在液体的高溶解速率来实现，该溶解速率的值直接取决于气相的接触时间，气相的接触时间越长，气体在液体中的溶解速率将进行得越快。

目前反应器在实际的使用过程中，由于为了增强物料间的反应效果，通常采用搅拌的方式让物料间反应的更加彻底，但是传统的反应器在实际的使用中，剪切效果较差，特别是边缘地带的流体剪切效果不是很好，而且现有的反应器大多采用设置夹套的方式进行导热，对处于中间的流体导热效果不是很理想，如此便造成了物料间的反应速率下降，不利于实际使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡旋连续流式反应器，通过通过在搅拌器外侧安装螺旋空心管，利用进料机构向空心管的内部输入冷却或加热流体，使得搅拌器具有移除与增加反应腔内流体热能的能力，同时由于空心管截面为三角形或圆形结构，将在搅拌器的外侧形成切面锯齿或波浪形，当搅拌器进行转动时，改变靠近搅拌器一侧的流体局部流动动力行为，提高流体湍流动能和剪切，增强局部微观混合，提高反应器整体传热与传质能力，以此解决上述背景技术中提到的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种涡旋连续流式反应器，包括反应器壳体和电机以及电机支架，所述反应器壳体的内部开设有反应腔，所述反应腔的内部装设有搅拌器，所述搅拌器为中空圆柱形结构，且搅拌器位于反应腔的中心位置处，所述搅拌器与反应腔的侧边壁存在空间，所述搅拌器的直径与反应器壳体的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9，所述反应腔的高度与反应腔和搅拌器5之间的间隙宽度的比值范围设置为：大于10，所述搅拌器的外侧自上而下紧密缠绕有空心管，所述空心管的竖直向轴截面为三角形结构，所述搅拌器的顶部与电机之间设置有传动机构，所述传动机构的外部设置有进液机构，所述反应腔的顶部装设有进料管一和进料管一，所述反应腔的底部设置有出料机构。

优选的，所述传动机构包括连接轴，所述电机固定安装在电机支架的顶部，所述电机支架通过螺栓固定连接在反应器壳体的顶部中心位置处，所述连接轴的底端贯穿反应器壳体并延伸至搅拌器的顶部与搅拌器的上表面中心位置处固定连接，所述连接轴的顶部与电机的输出轴通过联轴器固定连接。

优选的，所述进液机构包括固定杆，所述固定杆为圆形结构，且固定杆的顶部与反应腔的内壁通过螺栓固定连接，所述固定杆的内部开设有进液腔和出液腔，所述进液腔和出液腔均为半圆形结构，所述固定杆的底端与搅拌器的顶部之间通过轴承转动连接，且固定杆的底部与搅拌器的顶部之间的缝隙处装设有密封套；

所述进液腔的一侧装设有进液管，所述进液管的一端与进液腔相通，且进液管的另一端贯穿反应器壳体并延伸至反应器壳体的外部，所述出液腔的一侧装设有进液管，所述进液管的一端与出液腔相通，且出液管的另一端贯穿反应器壳体并延伸至反应器壳体的外部，所述空心管的顶端与进液腔通过管连接件相连通，所述空心管的底端延伸至搅拌器的内部，所述出液腔的底部装设有导液管，所述导液管位于搅拌器的内部，且导液管在搅拌器的内部呈竖直放置设置，所述导液管的顶端与出液腔的底部相连通，且导液管的外侧与搅拌器的内侧之间通过卡扣固定连接。

优选的，所述出料机构包括出料槽，所述出料槽开设于反应腔的内底壁上，且出料槽的内底壁为倾斜设置，所述出料槽的竖直向轴截面最低位置处开设有出料口，所述出料口的内部装设有出料管，所述出料管的外部装设有电磁阀。

优选的，所述进料管一和进料管一关于反应腔壳体的水平向轴截面的垂直中心线呈对称分布设置，且进料管一和进料管一的底端均与反应腔相连通，所述进料管一和进料管一的顶端装设有连接法兰。

优选的，所述反应腔的内壁处装设有多个折流板，多个所述折流板在反应腔的内侧壁呈圆周阵列分布设置，且折流板的水平向轴截面为弧形设置。

优选的，所述反应器壳体的内部开设有环形腔，所述环形腔的内部装设有夹套。

优选的，所述搅拌器的底部装设有转轴，所述反应腔的内壁、对应转轴的位置处开设有转轴槽，所述转轴转动连接与转轴槽的内部。

优选的，所述空心管的竖直向轴截面的形状设置为圆形。

本发明至少具备以下有益效果：

1、通过在搅拌器外侧安装螺旋空心管，利用进料机构向空心管的内部输入冷却或加热流体，使得搅拌器具有移除与增加反应腔内流体热能的能力，同时由于空心管截面为三角形或圆形结构，将在搅拌器的外侧形成切面锯齿或波浪形，当搅拌器进行转动时，改变靠近搅拌器一侧的流体局部流动动力行为，提高流体湍流动能和剪切，增强局部微观混合，提高反应器整体传热与传质能力，在此时利用折流板的弧形导流，使得位于反应腔边缘地带的流体也可以得到更有力度的剪切效果，如此经过这一系列的配合，增强了物料间的反应速率，更加利于实际使用。

2、通过设置有出料机构，当流体需要进行出料时，这时候的流体会从出料管导出装置，这时候利用出料槽的内底壁为倾斜设置，出料管位于出料槽的竖直向轴截面最低位置处，如此便可以降低流体在反应腔内部的残留量，为下一次反应提供良好的反应环境，实用性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的纵剖图；

图2为本发明的搅拌器结构示意图；

图3为本发明的固定杆横剖图；

图4为本发明图1的A部放大图；

图5为本发明图1的B部放大图；

图6为本发明的折流板的分布示意图；

图7为本发明的横剖图；

图8为本发明的整体结构示意图；

图9为本发明的空心管轴截面为圆形的结构示意图。

图中：1反应器壳体、2电机、3电机架、4反应腔、5搅拌器、6空心管、8传动机构、9进液机构、10进料管一、11出料机构、12连接法兰、13折流板、14环形腔、15夹套、16转轴、17转轴槽、18进料管二、81连接轴、91固定杆、92进液腔、93出液腔、94密封套、95进液管、96出液管、97导液管、111出料槽、112出料口、113出料管、114电池阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-8，一种涡旋连续流式反应器，包括反应器壳体1和电机2以及电机支架3，反应器壳体1的内部开设有反应腔4，反应腔4的内部装设有搅拌器5，搅拌器5为中空圆柱形结构，搅拌器5的横截面可以是圆形、椭圆形或其它由曲线构成的类圆面，且搅拌器5位于反应腔4的中心位置处，搅拌器5与反应腔4的侧边壁存在空间，搅拌器5的直径与反应器壳体1的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9，反应腔4的高度与反应腔4和搅拌器5之间的间隙宽度的比值范围设置为：大于10，搅拌器5的直径与反应器壳体1的直径之间的最大比值范围设置为：0.5-0.95，反应腔4的高度与反应腔4和搅拌器5之间的间隙宽度的最大比值范围设置为：大于5，搅拌器5对流体进行搅动，加强流体间的反应速率，搅拌器5的外侧自上而下缠绕有空心管6，空心管6的竖直向轴截面为三角形结构，空心管6的竖直向轴截面也可以是圆形，如此设置搅拌器5的外侧形成切面锯齿，改变靠近搅拌器5一侧的流体局部流向，提高涡流动能，改善局部微观混合，强化流体剪切，传热传质都会强化，搅拌器5的顶部与电机2之间设置有传动机构8，传动机构8的外部设置有进液机构9，反应腔4的顶部装设有进料管一10和进料管一18，设置有进料管一10和进料管一18，是为了对两种流体进行同时进料，当然也可以依次进料，反应腔4的底部设置有出料机构11。

传动机构8包括连接轴81，电机2固定安装在电机支架3的顶部，电机支架3通过螺栓固定连接在反应器壳体1的顶部中心位置处，连接轴81的底端贯穿反应器壳体1并延伸至搅拌器5的顶部与搅拌器5的上表面中心位置处固定连接，连接轴81的顶部与电机2的输出轴通过联轴器固定连接，通过电机2的转动，带动连接轴81进行转动，进而带动整个搅拌器5进行转动。

进液机构9包括固定杆91，固定杆91为圆形结构，且固定杆91的顶部与反应腔4的内壁通过螺栓固定连接，固定杆91的内部开设有进液腔92和出液腔93，进液腔92和出液腔93均为半圆形结构，固定杆91的底端与搅拌器5的顶部之间通过轴承转动连接，且固定杆91的底部与搅拌器5的顶部之间的缝隙处装设有密封套94，如此设置有固定杆91套接在连接轴81的外部，如此在搅拌器5进行转动的时候，固定杆91处于不动的状态，进而方便进行冷却液的出料和入料；

进液腔92的一侧装设有进液管95，进液管95的一端与进液腔92相通，且进液管95的另一端贯穿反应器壳体1并延伸至反应器壳体1的外部，出液腔93的一侧装设有进液管96，进液管96的一端与出液腔93相通，且出液管96的另一端贯穿反应器壳体1并延伸至反应器壳体1的外部，空心管6的顶端与进液腔92通过管连接件相连通，空心管6的底端延伸至搅拌器5的内部，出液腔93的底部装设有导液管97，导液管97位于搅拌器5的内部，且导液管97在搅拌器5的内部呈竖直放置设置，导液管97的顶端与出液腔93的底部相连通，且导液管97的外侧与搅拌器5的内侧之间通过卡扣固定连接，当通过进液管95向进液腔92的内部输入冷却液时，这时候的搅拌器5不是处于转动的状态，如此冷却液便可以从进液腔92的底部缺口处通过管连接件通入空心管6的内部，冷却液在空心管6内呈螺旋状向下流动，最终从空心管6的底端进入搅拌器5的内部，如此苏随着不断的冲入冷却液，空心管6和搅拌器5的内部都充满了冷却液，当搅拌器5进行转动的时候，固定杆91的底部是装有一个转盘，转盘是与固定杆91的底部通过轴承转动连接，而导液管97和空心管6顶部的管连接件是穿过这个转盘的，所以随着搅拌器5的转动，并不会造成管件缠绕的问题。

出料机构11包括出料槽111，出料槽111开设于反应腔4的内底壁上，且出料槽111的内底壁为倾斜设置，出料槽111的竖直向轴截面最低位置处开设有出料口112，出料口112的内部装设有出料管113，出料管113的外部装设有电磁阀114，在出料时，打开电磁阀114，这时候的流体会从出料管113导出到装置外，这时候利用出料槽111的内底壁为倾斜设置，出料管113位于出料槽111的竖直向轴截面最低位置处，如此便可以降低流体在反应腔4内部的残留量，为下一次反应提供良好的反应环境，实用性较强。

进料管一10和进料管一18关于反应腔壳体1的水平向轴截面的垂直中心线呈对称分布设置，且进料管一10和进料管一18的底端均与反应腔4相连通，进料管一10和进料管一18的顶端装设有连接法兰12，如此设置是为了方便进行进料，且进料后流体分布较为均匀。

反应腔4的内壁处装设有多个折流板13，多个折流板13在反应腔4的内侧壁呈圆周阵列分布设置，且折流板13的水平向轴截面为弧形设置，利用折流板13的弧形导流，使得位于反应腔4边缘地带的流体也可以得到更有力度的剪切效果。

反应器壳体1的内部开设有环形腔14，环形腔14的内部装设有夹套15，对反应腔4的内部流体进行外部换热，进一步的加强换热冷却效率。

搅拌器5的底部装设有转轴16，反应腔4的内壁、对应转轴16的位置处开设有转轴槽17，转轴16转动连接与转轴槽17的内部，如此设置是为了保证搅拌器5运行的更加平稳。

所述空心管6的竖直向轴截面的形状设置为圆形，可以与三角形的空心管6结构达到同样的剪切效果。

本方案具备以下工作过程：通过进液管95向进液腔92的内部输入冷却液时，这时候的搅拌器5不是处于转动的状态，如此冷却液便可以从进液腔92的底部缺口处通过管连接件通入空心管6的内部，冷却液在空心管6内呈螺旋状向下流动，最终从空心管6的底端进入搅拌器5的内部，如此随着不断的冲入冷却液，空心管6和搅拌器5的内部都充满了冷却液，然后开动电机2带动搅拌器5进行转动，空心管6的在进行冷却的同时还起到对流体进行剪切的效果，在此时利用折流板13的弧形导流，使得位于反应腔4边缘地带的流体也可以得到更有力度的剪切效果，最后在出料时，在出料时，打开电磁阀114，这时候的流体会从出料管113导出到装置外。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种涡旋连续流式反应器，包括反应器壳体(1)和电机(2)以及电机支架(3)，其特征在于，所述反应器壳体(1)的内部开设有反应腔(4)，所述反应腔(4)的内部装设有搅拌器(5)，所述搅拌器(5)为中空圆柱形结构，且搅拌器(5)位于反应腔(4)的中心位置处，所述搅拌器(5)与反应腔(4)的侧边壁存在空间，所述搅拌器(5)的直径与反应器壳体(1)的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9，所述反应腔(4)的高度与反应腔(4)和搅拌器5之间的间隙宽度的比值范围设置为：大于10，所述搅拌器(5)的外侧自上而下紧密缠绕有空心管(6)，所述空心管(6)的竖直向轴截面为三角形结构，所述搅拌器(5)的顶部与电机(2)之间设置有传动机构(8)，所述传动机构(8)的外部设置有进液机构(9)，所述反应腔(4)的顶部装设有进料管一(10)和进料管一(18)，所述反应腔(4)的底部设置有出料机构(11)。

2.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述传动机构(8)包括连接轴(81)，所述电机(2)固定安装在电机支架(3)的顶部，所述电机支架(3)通过螺栓固定连接在反应器壳体(1)的顶部中心位置处，所述连接轴(81)的底端贯穿反应器壳体(1)并延伸至搅拌器(5)的顶部与搅拌器(5)的上表面中心位置处固定连接，所述连接轴(81)的顶部与电机(2)的输出轴通过联轴器固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述进液机构(9)包括固定杆(91)，所述固定杆(91)为圆形结构，且固定杆(91)的顶部与反应腔(4)的内壁通过螺栓固定连接，所述固定杆(91)的内部开设有进液腔(92)和出液腔(93)，所述进液腔(92)和出液腔(93)均为半圆形结构，所述固定杆(91)的底端与搅拌器(5)的顶部之间通过轴承转动连接，且固定杆(91)的底部与搅拌器(5)的顶部之间的缝隙处装设有密封套(94)；

所述进液腔(92)的一侧装设有进液管(95)，所述进液管(95)的一端与进液腔(92)相通，且进液管(95)的另一端贯穿反应器壳体(1)并延伸至反应器壳体(1)的外部，所述出液腔(93)的一侧装设有进液管(96)，所述进液管(96)的一端与出液腔(93)相通，且出液管(96)的另一端贯穿反应器壳体(1)并延伸至反应器壳体(1)的外部，所述空心管(6)的顶端与进液腔(92)通过管连接件相连通，所述空心管(6)的底端延伸至搅拌器(5)的内部，所述出液腔(93)的底部装设有导液管(97)，所述导液管(97)位于搅拌器(5)的内部，且导液管(97)在搅拌器(5)的内部呈竖直放置设置，所述导液管(97)的顶端与出液腔(93)的底部相连通，且导液管(97)的外侧与搅拌器(5)的内侧之间通过卡扣固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述出料机构(11)包括出料槽(111)，所述出料槽(111)开设于反应腔(4)的内底壁上，且出料槽(111)的内底壁为倾斜设置，所述出料槽(111)的竖直向轴截面最低位置处开设有出料口(112)，所述出料口(112)的内部装设有出料管(113)，所述出料管(113)的外部装设有电磁阀(114)。

5.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述进料管一(10)和进料管一(18)关于反应腔壳体(1)的水平向轴截面的垂直中心线呈对称分布设置，且进料管一(10)和进料管一(18)的底端均与反应腔(4)相连通，所述进料管一(10)和进料管一(18)的顶端装设有连接法兰(12)。

6.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述反应腔(4)的内壁处装设有多个折流板(13)，多个所述折流板(13)在反应腔(4)的内侧壁呈圆周阵列分布设置，且折流板(13)的水平向轴截面为弧形设置。

7.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)的内部开设有环形腔(14)，所述环形腔(14)的内部装设有夹套(15)。

8.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述搅拌器(5)的底部装设有转轴(16)，所述反应腔(4)的内壁、对应转轴(16)的位置处开设有转轴槽(17)，所述转轴(16)转动连接与转轴槽(17)的内部。

9.根据权利要求1所述的一种涡旋连续流式反应器，其特征在于，所述空心管(6)的竖直向轴截面的形状设置为圆形。

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