CN111841475A - 一种高速旋转式新型反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种高速旋转式新型反应器，包括电机箱和反应器外筒，所述反应器外筒的内部装设有内旋转搅拌器，所述内旋转搅拌器为中空圆柱形结构，内旋转搅拌器的筒壁上设有微细孔道，或内旋转搅拌器柱形框体的外侧紧密安装有多孔膜。本发明通过设置有内旋转搅拌器、高速旋转机构和进料机构，利用电机带动内旋转搅拌器进行高速旋转，诱导反应内腔内的流体形成高强度剪切流动，从而使得内旋转搅拌器进入反应内腔的液体或气体被剪切成更小的气泡或液滴，气泡或液滴越小，与反应内腔内的主液相混合更充分，传质速率更高，提高反应器的反应速率和生产效率。

Description

一种高速旋转式新型反应器

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种高速旋转式新型反应 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和气相作为分 散相气泡在液相中的尺寸大小，气相的接触时间越长、气泡尺寸越小， 气体在液体中的溶解速率将进行得越快；

但是目前反应器在实际使用的过程中，特别是在液体与液相中的 气体之间的化学反应中，传统的反应器对气体的剪切效率较低，不利 于气泡的分散与破碎，进而使得气相的接触时间较长，影响反应器的 工作效率，不利于实际使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速旋转式新型反应器，利用电机带动 内旋转搅拌器进行高速旋转，诱导反应内腔内的流体形成高强度剪切 流动，从而使得进入内旋转搅拌器进入反应内腔的液体或气体被剪切 成更小的气泡或液滴，气泡或液滴越小，与反应内腔内的主液相混合 更充分，传质速率更高，提高反应器的反应速率和生产效率，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：一种高速旋转 式新型反应器，包括电机箱和反应器外筒，所述反应器外筒的内部装 设有内旋转搅拌器，所述内旋转搅拌器为中空圆柱形结构，且内旋转 搅拌器的外侧与反应器外筒的内壁之间形成反应内腔，所述内旋转搅 拌器的直径与反应器外筒的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9， 所述反应内腔的高度与反应内腔的间隙宽度之间的比值范围设置为 大于10，所述电机箱固定安装在反应器外筒的内底壁上，且电机箱 与内旋转搅拌器之间装设有高速旋转机构，所述反应器外筒的顶部装 设有进料口，且反应器外筒的底部一侧装设有出料管，所述进料口的 内部设置有进料机构。

优选的，所述高速旋转机构包括电机，所述电机固定安装在电机 箱的内部，且电机位于内旋转搅拌器的底部中心位置的正下方，所述 内旋转搅拌器的底部焊接有连接轴，所述连接轴的底端通过联轴器与 电机的输出轴固定连接，所述内旋转搅拌器的顶端外侧焊接有限位 盘，所述反应器外筒的内顶壁、对应限位盘的位置处开设有限位槽， 所述限位盘为环形结构，且限位盘滚动连接于限位槽的内部。

优选的，所述进料机构包括进液管，所述进液管装设于反应内腔 的顶部一侧，且进液管与反应内腔的内部相通，所述内旋转搅拌器的 内部插接有导气管，所述导气管的内部开设有导气通道，且导气管的 外侧自上而下装设有多个导气喷嘴，多个导气喷嘴在导气管的外侧呈 均匀分布设置，且导气喷嘴的输入端与导气通道相连通，所述内旋转 搅拌器的顶部装设有进气管，所述进气管通过轴承转动连接于进料口 的内部，且进气管与导气通道相通。

优选的，所述内旋转搅拌器的的筒壁上开设有多个细微孔道，多 个所述细微孔道在内旋转搅拌器的侧面呈均匀分布设置，且细微孔道 的形状为圆形设置，所述内旋转搅拌器的内腔与反应内腔通过多个细 微孔道相通。

优选的，所述内旋转搅拌器由搅拌器框架和气孔膜组成，搅拌器 框架自上而下划分为上盖体部、连接部和下盖体部组成，所述上盖体 部和下盖体部均为圆盘状结构，所述连接部为多个连接杆组成，所述 上盖体部和下盖体部之间通过多个连接杆固定连接，所述连接杆在上 盖体部和上盖体部之间呈环形阵列式分布设置，所述气孔膜包覆在连 接部的外侧，且气孔膜的顶部与上盖体部、底部与下盖体部之间均设 置有固定机构。

优选的，所述固定机构包括有固定套环，所述固定套环的数量为 两个，且两个固定套环均螺纹连接在上盖体部的外侧和下盖体部的外 侧，所述固定套环的内侧与气孔膜的外侧相贴合，所述气孔膜的内侧 与多个连接杆相贴合。

优选的，所述反应器外筒的底部装设有支腿，所述支腿的数量为 三个，且三个支腿在反应器外筒的底部呈均匀分布设置。

优选的，所述连接杆的水平向轴截面为半圆状结构，且连接杆焊 接在上盖体部和下盖体部之间。

优选的，所述内旋转搅拌器的横截面为椭圆状结构。

本发明至少具备以下有益效果：

1、通过设置有内旋转搅拌器、高速旋转机构和进料机构，利用 电机带动内旋转搅拌器进行高速旋转，诱导反应内腔内的流体形成高 强度剪切流动，从而使得进入内旋转搅拌器进入反应内腔的液体或气 体被剪切成更小的气泡或液滴，气泡或液滴越小，与反应内腔内的主 液相混合更充分，传质速率更高，提高反应器的反应速率和生产效率。

2、通过将内旋转搅拌器的构造由搅拌器框架和气孔膜组成，相 比较于细微孔道的设置，气孔膜同样具备将气泡剪切成更小气泡的效 果，但是细微孔道的内径是固定的，而气孔膜可以进行更换不同型号 后进而改变细微孔道的口径，如此便可以根据实际需求进行选择合适 的内旋转搅拌器的组成类型，进而提高了反应器的适用范围。

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为本发明实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一的图1的A部放大图；

图3为本发明实施例一的内旋转搅拌器结构示意图；

图4为本发明实施例二的整体结构示意图；

图5为本发明实施例二的图4的B部放大图；

图6为本发明实施例二的内旋转搅拌器结构示意图；

图7为本发明实施例二的连接杆与气孔膜俯视连接示意图；

图8为本发明实施例二的连接杆结构示意图。

图中：1电机箱、2反应器外筒、3支腿、4内旋转搅拌器、5高 速旋转机构、6进料口、7出料管、8反应内腔、9细微孔道、10搅 拌器框架、11气孔膜、12进料机构、101上盖体部、102连接部、103 下盖体部、1021连接杆、12固定机构、121固定套环、51电机、52 连接轴、53限位盘、54限位槽、81进液管、82导气管、83导气通 道、84导气喷嘴、85进气管。

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。

参照说明书附图1-3，本发明实施例一的一种高速旋转式新型反 应器，包括电机箱1和反应器外筒2，反应器外筒2的内部装设有内 旋转搅拌器4，内旋转搅拌器4为中空圆柱形结构，且内旋转搅拌器 4的外侧与反应器外筒2的内壁之间形成反应内腔8，内旋转搅拌器 4的直径与反应器外筒2的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9， 内旋转搅拌器4的直径与反应器外筒2的直径之间的最大比值范围设 置为：0.5-0.95，反应内腔8的高度与反应内腔8的间隙宽度之间的 比值范围设置为大于10，反应内腔8的高度与反应内腔8的间隙宽 度之间的最大比值范围设置为大于5，电机箱1固定安装在反应器外 筒2的内底壁上，且电机箱1与内旋转搅拌器4之间装设有高速旋转 机构5，反应器外筒2的顶部装设有进料口6，且反应器外筒2的底 部一侧装设有出料管7，进料口6的内部设置有进料机构8，首先气体和液体经过进料机构8分别输送至内旋转搅拌器4和反应内腔8的 内部，然后气体受到离心力的作用从细微孔道9进入反应内腔8的内 部与液体进行充分反应，最后通过出料管7导出反应器的内部，电机 箱1固定安装在反应器外筒2的内底壁上，且电机箱1与内旋转搅拌器4之间装设有高速旋转机构5，高速旋转机构5的位置不止可以设 置在反应器外筒2的内部，还可以设置在反应器外筒2的底部，只需 要带动内旋转反应器4高速旋转即可，反应器外筒2的顶部装设有进 料口6，进料口6的数量不止一个，可根据实际需求在反应器的顶部具体开设即可，且反应器外筒2的底部一侧装设有出料管7，进料口 6的内部设置有进料机构8。

高速旋转机构5包括电机51，电机51固定安装在电机箱1的内 部，且电机51位于内旋转搅拌器4的底部中心位置的正下方，内旋 转搅拌器4的底部焊接有连接轴52，连接轴52的底端通过联轴器与 电机51的输出轴固定连接，内旋转搅拌器4的顶端外侧焊接有限位盘53，反应器外筒2的内顶壁、对应限位盘53的位置处开设有限位 槽54，限位盘53为环形结构，且限位盘53滚动连接于限位槽54的 内部，利用电机51带动内旋转搅拌器4在反应器外筒2的内部进行 高速旋转，在旋转时，限位盘53在限位槽54的内部进行滚动，进而 实现对内旋转搅拌器4的顶部限位作业，维持内旋转搅拌器4的高速 旋转稳定性。

进料机构8包括进液管81，进液管81装设于反应内腔8的顶部 一侧，且进液管81与反应内腔8的内部相通，内旋转搅拌器4的内 部插接有导气管82，导气管82的内部开设有导气通道83，且导气管 82的外侧自上而下装设有多个导气喷嘴84，多个导气喷嘴84在导气管82的外侧呈均匀分布设置，且导气喷嘴84的输入端与导气通道 83相连通，内旋转搅拌器4的顶部装设有进气管85，进气管85通过 轴承转动连接于进料口6的内部，且进气管85与导气通道83相通， 通过进液管81可以直接向反应内腔8的内部通入液体，通过进气管 85向导气通道83的内部通入气体，在经由多个导气喷嘴84将气体 较为均匀分散在内旋转搅拌器4的内部，如此使得气体可以随着内旋 转搅拌器4的高速旋转下产生离心力从细微孔道9均匀的进入反应腔 体8的内部，与液体进行充分反应，提高反应速率。

内旋转搅拌器4的外侧均开设有多个细微孔道9，多个细微孔道9在内旋转搅拌器4的侧面呈均匀分布设置，且细微孔道9的形状为 圆形设置，内旋转搅拌器4的内腔与反应内腔8通过多个细微孔道9 相通，通过设置有多个细微孔道9，是为了对气体剪切成更小的气泡， 气泡越小，反应效果更好，进而提高反应器的工作效率，提高反应器 的反应速率和强化反应质量。

反应器外筒2的底部装设有支腿3，支腿3的数量为三个，且三 个支腿3在反应器外筒2的底部呈均匀分布设置，如此设置是为了方 便对反应器外筒2进行支撑。

参照说明书附图4-8，本发明实施例二的一种高速旋转式新型反 应器，包括电机箱1和反应器外筒2，反应器外筒2的内部装设有内 旋转搅拌器4，内旋转搅拌器4为中空圆柱形结构，且内旋转搅拌器 4的外侧与反应器外筒2的内壁之间形成反应内腔8，内旋转搅拌器 4的直径与反应器外筒2的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9， 反应内腔8的高度与反应内腔8的间隙宽度之间的比值范围设置为大 于10，电机箱1固定安装在反应器外筒2的内底壁上，且电机箱1 与内旋转搅拌器4之间装设有高速旋转机构5，反应器外筒2的顶部装设有进料口6，且反应器外筒2的底部一侧装设有出料管7，进料 口6的内部设置有进料机构8。

高速旋转机构5包括电机51，电机51固定安装在电机箱1的内 部，且电机51位于内旋转搅拌器4的底部中心位置的正下方，内旋 转搅拌器4的底部焊接有连接轴52，连接轴52的底端通过联轴器与 电机51的输出轴固定连接，内旋转搅拌器4的顶端外侧焊接有限位盘53，反应器外筒2的内顶壁、对应限位盘53的位置处开设有限位 槽54，限位盘53为环形结构，且限位盘53滚动连接于限位槽54的 内部。

进料机构8包括进液管81，进液管81装设于反应内腔8的顶部 一侧，且进液管81与反应内腔8的内部相通，内旋转搅拌器4的内 部插接有导气管82，导气管82的内部开设有导气通道83，且导气管 82的外侧自上而下装设有多个导气喷嘴84，多个导气喷嘴84在导气管82的外侧呈均匀分布设置，且导气喷嘴84的输入端与导气通道 83相连通，内旋转搅拌器4的顶部装设有进气管85，进气管85通过 轴承转动连接于进料口6的内部，且进气管85与导气通道83相通。

内旋转搅拌器4由搅拌器框架10和气孔膜11组成，搅拌器框架 10自上而下划分为上盖体部101、连接部102和下盖体部103组成， 上盖体部101和下盖体部103均为圆盘状结构，连接部102为多个连 接杆1021组成，上盖体部101和下盖体部103之间通过多个连接杆1021固定连接，连接杆1021在上盖体部101和上盖体部103之间呈 环形阵列式分布设置，气孔膜11包覆在连接部102的外侧，且气孔 膜11的顶部与上盖体部101、底部与下盖体部103之间均设置有固 定机构12，将气孔膜11包覆在搅拌器框架10的外部，进而利用气 孔膜11代替细微孔道9，气孔膜11同样具备将气泡剪切成更小气泡 的效果，但是细微孔道9的内径是固定的，而气孔膜11可以进行更 换不同型号后进而改变细微孔道的口径，如此便可以根据实际需求进 行选择合适的内旋转搅拌器4的组成类型，进而提高了反应器的适用 范围，气孔膜11可以是陶瓷膜或者是高分子膜，同样也可以在搅拌 器框架10的外侧固定安装不锈钢网，也可以达到剪切更小气泡的效 果。

固定机构12包括有固定套环121，固定套环121的数量为两个， 且两个固定套环121均螺纹连接在上盖体部101的外侧和下盖体部 103的外侧，固定套环121的内侧与气孔膜11的外侧相贴合，气孔 膜11的内侧与多个连接杆1021相贴合，利用固定套环121将气孔膜 11进行固定，有效的增强了气孔膜11与搅拌器框架10之间的固定 效果，提高了内旋转搅拌器4的使用寿命。

反应器外筒2的底部装设有支腿3，支腿3的数量为三个，且三 个支腿3在反应器外筒2的底部呈均匀分布设置。

连接杆1021的水平向轴截面为半圆状结构，且连接杆1021焊接 在上盖体部101和下盖体部103之间，利用连接杆1021使得上盖体 部101和下盖体103之间连接稳固，增强搅拌器框架10的稳固性， 同时由于连接杆1021的存在，也加强了对气孔膜11的固定效果。

内旋转搅拌器4的横截面为椭圆状结构，该内旋转搅拌器4的横 截面也可以是其它由曲线构成的类圆面。

本方案具备以下工作过程：气体或第二液相可由进气管85进入 内旋转搅拌器4的内部，在离心力的作用下经由细微孔道9或气孔膜 11进入反应内腔8；而主相第一液相则从进液口81进入反应内腔8， 反应内腔8内的流体在内旋转搅拌器4的高速旋转的作用下形成高剪 切流动，对经由细微孔道9或气孔膜11进入的分散相进行快速剧烈 剪切，从而产生尺寸更小的气泡或液体。

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)

1.一种高速旋转式新型反应器，包括电机箱(1)和反应器外筒(2)，其特征在于，所述反应器外筒(2)的内部装设有内旋转搅拌器(4)，所述内旋转搅拌器(4)为中空圆柱形结构，且内旋转搅拌器(4)的外侧与反应器外筒(2)的内壁之间形成反应内腔(8)，所述内旋转搅拌器(4)的直径与反应器外筒(2)的直径之间的比值范围设置为：0.8-0.9，所述反应内腔(8)的高度与反应内腔(8)的间隙宽度之间的比值范围设置为大于10，所述电机箱(1)固定安装在反应器外筒(2)的内底壁上，且电机箱(1)与内旋转搅拌器(4)之间装设有高速旋转机构(5)，所述反应器外筒(2)的顶部装设有进料口(6)，且反应器外筒(2)的底部一侧装设有出料管(7)，所述进料口(6)的内部设置有进料机构(8)。

2.根据权利要求1所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述高速旋转机构(5)包括电机(51)，所述电机(51)固定安装在电机箱(1)的内部，且电机(51)位于内旋转搅拌器(4)的底部中心位置的正下方，所述内旋转搅拌器(4)的底部焊接有连接轴(52)，所述连接轴(52)的底端通过联轴器与电机(51)的输出轴固定连接，所述内旋转搅拌器(4)的顶端外侧焊接有限位盘(53)，所述反应器外筒(2)的内顶壁、对应限位盘(53)的位置处开设有限位槽(54)，所述限位盘(53)为环形结构，且限位盘(53)滚动连接于限位槽(54)的内部。

3.根据权利要求1所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述进料机构(8)包括进液管(81)，所述进液管(81)装设于反应内腔(8)的顶部一侧，且进液管(81)与反应内腔(8)的内部相通，所述内旋转搅拌器(4)的内部插接有导气管(82)，所述导气管(82)的内部开设有导气通道(83)，且导气管(82)的外侧自上而下装设有多个导气喷嘴(84)，多个导气喷嘴(84)在导气管(82)的外侧呈均匀分布设置，且导气喷嘴(84)的输入端与导气通道(83)相连通，所述内旋转搅拌器(4)的顶部装设有进气管(85)，所述进气管(85)通过轴承转动连接于进料口(6)的内部，且进气管(85)与导气通道(83)相通。

4.根据权利要求1所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述内旋转搅拌器(4)的筒壁上开设有微细孔道(9)，多个所述细微孔道(9)在内旋转搅拌器(4)的侧面呈均匀分布设置，且细微孔道(9)的形状为圆形设置，所述内旋转搅拌器(4)的内腔与反应内腔(8)通过多个细微孔道(9)相通。

5.根据权利要求1所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述内旋转搅拌器(4)由搅拌器框架(10)和气孔膜(11)组成，搅拌器框架(10)自上而下划分为上盖体部(101)、连接部(102)和下盖体部(103)组成，所述上盖体部(101)和下盖体部(103)均为圆盘状结构，所述连接部(102)为多个连接杆(1021)组成，所述上盖体部(101)和下盖体部(103)之间通过多个连接杆(1021)固定连接，所述连接杆(1021)在上盖体部(101)和上盖体部(103)之间呈环形阵列式分布设置，所述气孔膜(11)包覆在连接部(102)的外侧，且气孔膜(11)的顶部与上盖体部(101)、底部与下盖体部(103)之间均设置有固定机构(12)。

6.根据权利要求5所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述固定机构(12)包括有固定套环(121)，所述固定套环(121)的数量为两个，且两个固定套环(121)均螺纹连接在上盖体部(101)的外侧和下盖体部(103)的外侧，所述固定套环(121)的内侧与气孔膜(11)的外侧相贴合，所述气孔膜(11)的内侧与多个连接杆(1021)相贴合。

7.根据权利要求1所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述反应器外筒(2)的底部装设有支腿(3)，所述支腿(3)的数量为三个，且三个支腿(3)在反应器外筒(2)的底部呈均匀分布设置。

8.根据权利要求5所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述连接杆(1021)的水平向轴截面为半圆状结构，且连接杆(1021)焊接在上盖体部(101)和下盖体部(103)之间。

9.根据权利要求1所述的一种高速旋转式新型反应器，其特征在于，所述内旋转搅拌器(4)的横截面为椭圆状结构。

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