CN115382487A - 一种智能高效内循环反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能高效内循环反应釜，包括驱动装置、外壳体、搅拌轴、第一导流叶轮、第二导流叶轮、第三导流叶轮、导流板，第一导流叶轮和第二导流叶轮结构相同，为MK型导流叶轮，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片的横截面呈内下外上的“S”字型；第三导流叶轮为ZY型，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片有斜角；横截面呈“Z”型；外壳体的内壁上固定有螺旋导流板，反应釜底部为球形凹面反射导流结构。本发明所述流体反应物在釜内内下外上的旋涡流动循环方式，使得固、液、气体反应物增加液体流动的初始速度，使得与多相物质接触时形成高动能的流体，加快液体、固体、气体在釜内的剪切力而快速反应，提高反应效率。
Description
技术领域
本发明涉及高剪切高效内循环技术领域，特别是涉及一种智能高剪切高效内循环反应釜。
背景技术
高剪切高效内循环技术的基本原理是利用转子叶轮产生的动力，以转动圆心为起点的离心力，产生强大的液、固、气混合体高剪切高速旋涡流体，强化相与相之间的相对高能高速度和相互接触，从而实现高速高效的传质包裹过程和介面化学反应过程。获取超能的方式主要是通过叶片产生的高动能向下力及离心力，通过釜壁螺旋导流板，产生高动能旋涡流体，涉及的多相流体系主要包括固体系﹣液体系﹣气体系﹣离心能量糸。被用于相间分离和快速反应，无论在日常生活还是在工业应用上，都已有相当长的历史。
现有反应釜技术中的反应釜由于没高剪切力度条件，又没有导流板导流方式，不能产生高动能旋涡流体，又没有自动控制糸统，造成不能提高反应质量和反应速度，也不能实现反应过程智能化，反应液体不能迅速与反应固迅速反应及包裹的问题，导致反应釜的生产效率降低及反应生成物质量低，造成生产成本提高、产品质量不稳定问题等。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种智能高效内循环反应釜，解决了现有的反应釜不能产生高剪切高动能旋涡流体，造成生产效率降低、产品质量差、反应条件不好控制、反应时间长、反应终点不能自控、生产成本高的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种智能高效内循环反应釜，包括驱动装置、外壳体25、搅拌轴9、第一导流叶轮10、第二导流叶轮11、第三导流叶轮12、导流板23，外壳体25上端设有Ⅰ号反应物进料管13和Ⅱ号反应物进料管15；搅拌轴9一端穿过外壳体与驱动装置连接，另一端与第三导流叶轮12连接；第一导流叶轮10、第二导流叶轮11、第三导流叶轮12均固定在搅拌轴9上，第一导流叶轮10、第二导流叶轮11、第三导流叶轮12从上到下依次设置；第一导流叶轮10和第二导流叶轮11结构相同，为MK型导流叶轮，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片的横截面呈内下外上的“S”字型；第一导流叶轮10和第二导流叶轮11产生沿轴内向下运动力及外壁环向上传动力，可使液体由转动轴处向下运动、由釜壁经螺旋导流板处向上运动；所述第三导流叶轮12为ZY型，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片有25~40度斜角；横截面呈“Z”型；可使液体迅速通过底部凹面反射角向上经螺旋导流板迅速上升，使固液混合体形成迅速流动的内循环流体，产生高动能、高剪切反应。
所述外壳体25的内壁上固定有螺旋导流板，顶部外翻、底部内翻，边缘线按螺旋状延长到上端，使釜内流体由釜内壁侧快速上升，由轴外壁侧快速下降，所述流体反应物经导流板后能快速形成旋涡状内循环流体。
所述反应釜底部为球形凹面反射导流结构，改变流体方向，使其流体沿螺旋型导流板向上运动，同时由于还有一个顺时针的推动力，使其釜内流体成高动能旋涡流体形式循环，反应釜底部设有与其内部连通的生成物出口18，生成物出口18的设置方便将外壳体内的生产物取出
进一步地，为了使得外壳体内的温度恒定，确保满足生成物的反应温度条件，所述外壳体25内还设有换热器，换热器包括换热管24、换热器热源入口16、换热器热源出口17，换热管24呈螺旋结构，固定在外壳体25的内壁上，换热器热源入口16、换热器热源出口17分别与换热管24的上下两端连通。
进一步地，作为驱动装置的一种具体实施方式，所述驱动装置为变频电机1，变频电机1与减速机2连接，减速机2通过联轴器Ⅰ3传动轴5连接，变频电机1通过机架4固定在安装底座7上，安装底座7固定在外壳体25顶端，传动轴5与安装底座7接触的地方设有填料密封层6。
进一步地，为了确保导流叶轮的密封性能，避免润滑油向壳体内泄漏，外壳体25与传动轴5的连接处设置有动密封轴承。
进一步地，本发明所述传动轴5通过联轴器Ⅱ8与搅拌轴9连接。
进一步地，本发明所述Ⅰ号反应物进料管13和Ⅱ号反应物进料管15上均设有定量液位自动控制阀和质量流量密度仪控制阀，计量式控制液体反应物量。
进一步地，本发明所述外壳体25顶部设有人孔14及人孔盖，外壳体25上下侧壁上均设有液位计接口19、外壳体25侧壁上还设有黏度仪接口20、酸度仪接口21和22-温度仪接口。
进一步地，本发明所述变频驱动装置、液位计、黏度仪、酸度仪、温度仪信号均与DCS控制系统连接，通过DCS控制系统控制相应的调节阀调节量、电机频率、热源或冷却介质进液量实现反应温度自控，黏度仪、酸度仪控制反应终点并执行下一程序、实现全过程智能控制。
本发明的基本原理为：
驱动装置实现导流叶轮的向下离心转动力，在高速离心旋涡力、剪切力、导流方向力的作用下，固体反应物、液体反应物和气体反应物同时产生高能极薄冲击层碎片，同时第一导流叶轮10和第二导流叶轮11由于产生了内下外上的高剪切旋涡力，固液气混合体即产生上下循环的高能流体环境，第三导流叶轮12的向下和向外高剪切力及球形凹面多反射角的存在，使流体按旋涡方式产生高动能力场，因为三个导流叶轮中叶片特殊形状的设置，使固液快速流动下形成极限固液气膜；在高速剪切力和液体压力的作用下；在此过程中，液体、固体、气体被第一导流叶轮10和第二导流叶轮11和第三导流叶轮12分散、破碎形成极大的、不断更新的固、液、气表面积，高动能曲折的流道加剧了固、液、气体极薄和表面的更新。这样，在搅拌反应釜内部形成了极好的传质与反应条件，同时由于固、液、气相通过第一导流叶轮10和第二导流叶轮11和第三导流叶轮12后可产生传质物体间的相对速度在7m/s~12m/s之间可控，同时第一叶片、第二叶片、第三叶片、球形凹面反射角形成高动能旋涡状流体，因此在高动能情况下固﹣液﹣气相高速反应，也使反应生成物速率可控；使得整个反应釜内物质间反应迅速，避免了溶解率低及反应慢的问题，使反应釜内固、液、气间能高速反应，提高了反应速率，减少了反应时间，提高了成生产效率和降低了生产成本。
本发明所述流体反应物在釜内内下外上的旋涡流动循环方式，使得固、液、气体反应物增加液体流动的初始速度，使得与多相物质接触时更容易形成高动能的流体，加快液体、固体、气体在釜内的快速反应，提高反应效率。
本发明的有益效果为：
（1）本发明反应釜中的流体、为高动能固、气、液膜碎片，同时固、气、液被第一导流叶轮、第二导流叶轮、第三导流叶轮分散、破碎形成极大的、不断更新的气、固、液物质表面，从而形成不断更新的反应表面，曲折的流道加剧了流体中固、液、气极薄和表面的更新，形成了高动能量旋涡流动，从而使反应物质瞬间完成，加快了反应效率。
（2）本发明的驱动装置可以带动导流叶轮以不同的速度进行离心转动，同时第一叶片、第二叶片、第三叶片、球形凹面、导流板的共同作用下，形成旋涡状流体，因此颗粒物被叶片抛出，加快了反应；而生成物从转子内部旋涡中心往下运动，从而达到迅速反应状态，也使反应生成物质量可控。从而使整个反应釜内反应形成高动能、高剪切状太，避免了反应时间长，反应速率低的情况，使反应能在多重条件下极速反应，减少了反应时间，提高了成生产效率和降低了生产成本。
附图说明
图1本发明所述智能高效内循环反应釜的结构示意图。
图2为第一、二导流叶轮的放大结构示意图。
图3为第三导流叶轮的放大结构示意图。
图4为第一、二导流叶轮MK叶片的结构示意图。
图中：1-变频电机；2-减速机；3-联轴器Ⅰ；4-机架；5-传动轴；6-填料密封层；7-安装底座；8-联轴器Ⅱ；9-搅拌轴；10-第一导流叶轮；11-第二导流叶轮；12第三导流叶轮；13-Ⅰ号反应物进料管；14-人孔；15-Ⅱ号反应物进料管；16、换热器热源入口；17、换热器热源出口；18、生成物出口；19-液位计接口；20-黏度仪接口；21-酸度仪接口；22-温度仪接口；23-导流板；24-换热管；25-外壳体；26-中间轴承。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种智能高效内循环反应釜，如图1~图4所示，包括驱动装置、外壳体25、搅拌轴9、第一导流叶轮10、第二导流叶轮11、第三导流叶轮12、导流板23，外壳体25上端设有Ⅰ号反应物进料管13和Ⅱ号反应物进料管15，位置为根据物料特性改变；搅拌轴9一端穿过外壳体与驱动装置连接，为了确保外壳体25的密封性能，避免导流叶轮杂质从外壳体向内泄漏，搅拌轴与外壳体6的连接处设置有动密封圈；另一端与第三导流叶轮12连接；第一导流叶轮10、第二导流叶轮11、第三导流叶轮12均固定在搅拌轴9上，第一导流叶轮10、第二导流叶轮11、第三导流叶轮12从上到下依次设置；第一导流叶轮10和第二导流叶轮11结构相同，为MK型导流叶轮，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片的横截面呈内下外上的“S”字型；第一导流叶轮10和第二导流叶轮11产生沿轴内向下运动力及外壁环向上传动力，可使液体由转动轴处向下运动、由釜壁经螺旋导流板处向上运动；所述第三导流叶轮12为ZY型，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片有25~40度斜角；横截面呈“Z”型；可使液体迅速通过底部凹面反射角向上经螺旋导流板迅速上升，使固液混合体形成迅速流动的内循环流体，产生高动能、高剪切反应。
所述外壳体25的内壁上固定有螺旋导流板，顶部外翻、底部内翻，边缘线按螺旋状延长到上端，使釜内流体由釜内壁侧快速上升，由轴外壁侧快速下降，所述流体反应物经导流板后能快速形成旋涡状内循环流体。
所述反应釜底部为球形凹面反射导流结构，改变流体方向，使其流体沿螺旋型导流板向上运动，同时由于还有一个顺时针的推动力，使其釜内流体成高动能旋涡流体形式循环，反应釜底部设有与其内部连通的生成物出口18，生成物出口18的设置方便将外壳体内的生产物取出。
本实施例所述Ⅰ号反应物进料管13和Ⅱ号反应物进料管15上均设有定量液位自动控制阀和质量流量密度仪控制阀，控制液体反应物量。
本实施例所述外壳体25顶部设有人孔14及人孔盖，外壳体25上下侧壁上均设有液位计接口19、外壳体25侧壁上还设有黏度仪接口20、酸度仪接口21和22-温度仪接口。
所述频驱动装置、黏度仪、酸度仪、温度仪均与控制系统连接，从而使高效内循环反应釜完全实现了全自控工艺过程。
通过液位计接口19的液位计可使反应物液位自控，通过质量流量密度仪及控制阀可控制另一参与反应物质的量，通过温度仪接口22上的温度仪及换热器进口的调节阀可控制反应过程温度，通过黏度仪接口20上的黏度仪、酸度仪接口21上的预定信号，控制反应终点并打开生成物出口18上的二位切断阀使生成物进入到下一工序，使反应釜智能化。
本实施例所述反应釜的使用过程：母本固液混合体反应物经计量后由Ⅰ号反应物进料管13送入釜内部、子本液体反应物经计量后由子Ⅱ号反应物进料管15送入釜内部；反应釜中的母本固液混合体反应物、子本液体反应物，被第一导流叶轮10、第二导流叶轮11和第三导流叶轮12分散混合、子本反应物被破碎形成极大的、不断更新的表面积，高速流动的母本、子本液体形成高能量极薄液膜和表面的更新，在高强环流下子本液体对母本颗粒表面进行化学反应、交联、包裹，形成了母本被子本物体包裹及反应生成两者兼容的新物质；同时母本、子本物质在经过第一导流叶轮10、第二导流叶轮11和第三导流叶轮12后，在釜内形成混合液体由传动轴处向下运动到球状凹面底部、由凹面上经螺旋型导流板内侧向上移动，这样液固混合体就在釜内形成旋涡状高动能流体，同时由于ZY型第三导流叶轮12的高旋转能量、更加给内循环源源不断的提供了动能，使两种及以上物质在高流动性、高剪切力下产生极高动能量并使反应瞬间完成，极大的缩短了反应时间，降低了生产成本。
实施例2
本实施例结构与实施例1相同，不同在于：为了使得外壳体内的温度恒定，确保满足生成物的反应温度条件，所述外壳体25内还设有换热器，换热器包括换热管24、换热器热源入口16、换热器热源出口17，换热管24呈螺旋结构，固定在外壳体25的内壁上，换热器热源入口16、换热器热源出口17分别与换热管24的上下两端连通。
实施例2
本实施例结构与实施例1相同，不同在于：所述驱动装置为变频电机1，变频电机1与减速机2连接，减速机2通过联轴器Ⅰ3传动轴5连接，变频电机1通过机架4固定在安装底座7上，安装底座7固定在外壳体25顶端，传动轴5与安装底座7接触的地方设有填料密封层6；所述传动轴5通过联轴器Ⅱ8与搅拌轴9连接。为了确保导流叶轮的密封性能，避免润滑油向壳体内泄漏，外壳体25与传动轴5的连接处设置有动密封轴承。
本实施例所述变频电机1的转速在0转/min ~120转/min的范围可调、进一步使其可产生9.8m/s~12m/s的切线速度，进而实现固、液、气相通过第一导流叶轮10、第二导流叶轮11和第三导流叶轮12、可产生传质物体间的速度可在7m/s~12m/s之间可控，也使反应生成物反应速率、质量可控。
Claims (7)
1.一种智能高效内循环反应釜，其特征在于：包括驱动装置、外壳体（25）、搅拌轴（9）、第一导流叶轮（10）、第二导流叶轮（11）、第三导流叶轮（12）、导流板（23），外壳体（25）上端设有Ⅰ号反应物进料管（13）和Ⅱ号反应物进料管（15）；搅拌轴（9）一端穿过外壳体与驱动装置连接，另一端与第三导流叶轮（12）连接；第一导流叶轮（10）、第二导流叶轮（11）、第三导流叶轮（12）均固定在搅拌轴（9）上，第一导流叶轮（10）、第二导流叶轮（11）、第三导流叶轮（12）从上到下依次设置；第一导流叶轮（10）和第二导流叶轮（11）结构相同， 为MK型导流叶轮，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片的横截面呈内下外上的“S”字型；第三导流叶轮（12）为ZY型，包括多个环向间隔均匀布置导流叶片，导流叶片有25~40度斜角；横截面呈“Z”型；外壳体（25）的内壁上固定有螺旋导流板，顶部外翻、底部内翻，边缘线按螺旋状延长到上端，反应釜底部为球形凹面反射导流结构，使流体成旋涡状内循环，反应釜底部设有与其内部连通的生成物出口（18）；壳体內安装有加热、冷却换热器(24)、壳体上装有液位(19Ⅰ、19Ⅱ)、温度(22)、酸度仪(21)、黏度仪(20)接口。
2.根据权利要求1所述智能高效内循环反应釜，其特征在于：所述外壳体（25）内还设有换热器，换热器包括换热管（24）、换热器热源入口（16）、换热器热源出口（17），换热管（24）呈螺旋结构，固定在外壳体（25）的内壁上，换热器热源入口（16）、换热器热源出口（17）分别与换热管（24）的上下两端连通。
3.根据权利要求1所述智能高效内循环反应釜，其特征在于：驱动装置为变频电机（1），变频电机（1）与减速机（2）连接，减速机（2）通过联轴器Ⅰ（3）传动轴（5）连接，变频电机（1）通过机架（4）固定在安装底座（7）上，安装底座（7）固定在外壳体（25）顶端，传动轴（5）与安装底座（7）接触的地方设有填料密封层（6）。
4.根据权利要求3所述智能高效内循环反应釜，其特征在于：外壳体（25）与传动轴（5）的连接处设置有动密封轴承。
5.根据权利要求3所述智能高效内循环反应釜，其特征在于：传动轴（5）通过联轴器Ⅱ（8）与搅拌轴（9）连接。
6.根据权利要求1所述智能高效内循环反应釜，其特征在于：Ⅰ号反应物进料管（13）和Ⅱ号反应物进料管（15）上均设有定量液位自动控制阀和质量流量密度仪及控制阀，控制液体反应物量。
7.根据权利要求1所述高效内循环反应釜，其特征在于：所述外壳体（25）顶部设有人孔（14）及人孔盖，外壳体（25）上下侧壁上均设有液位计接口（19）、外壳体（25）侧壁上还设有黏度仪接口（20）、酸度仪接口（21）和温度仪接口（22）。
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2022
- 2022-05-06 CN CN202210484714.9A patent/CN115382487A/zh active Pending
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