CN1597082A - 一种一体式悬浮床无机膜反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一体式悬浮床无机膜反应器，用于反应物或生成物中含有细小的悬浮颗粒的多相物料的反应及固液分离。反应釜内设有搅拌器和由含有若干个无机膜管的无机膜分离组件；膜管的一端封闭，另一端与滤液输出管相通，膜管组件外套有湍流促进器，所说的湍流促进器上端连有转轴，转轴装有轴承，湍流促进器通过转轴与驱动机构相连而可旋转。本反应器使物料反应和悬浮物料的固液分离在同一设备中连续完成，边进料反应，边分离输出滤液，湍流促进器使流体在膜管附近产生不稳态流动，进一步减少了固体催化剂在膜表面的沉积，使无机膜能保持较高的渗透通量，具有设备简化，占地面积小，流程短，能耗小，投资省的优点。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种一体式悬浮床无机膜反应器，用于悬浮态物料的化学反应及固液分离过程，属化工设备。
(二)背景技术
悬浮床反应器是化工生产中一种常见的反应设备，适用于液固反应、液液固反应、气液固反应中固相反应物或催化剂为细小的悬浮颗粒或反应生成细小悬浮颗粒物的场合，例如悬浮态的固体催化剂的催化反应、钛化合物水解生成二氧化钛细微悬浮颗粒等反应均属悬浮床反应。这些反应过程结束后往往需要紧接着物料的固液分离过程，以分离出催化剂微粒继续参与下次反应或分离出二氧化钛纳米微粒产品等。现有的悬浮床反应器只能解决对悬浮物料的搅拌及提供化学反应必要的工艺条件，而无固液分离功能，其后续的分离过程需另设分离装置。传统的分离装置如板框过滤或离心分离器工艺落后，需间歇操作，对微细悬浮颗粒分离效果差，难以达到完全分离，回收率低，影响目标产品的性能；目前较先进的膜分离装置通过使悬浮物料在反应器与膜分离装置之间连续多次循环增浓达到对固相物料的分离和回收的目的，能实现物料分离过程连续流态化进行。但这种膜分离必须建在反应器外，装置投资大，并存在着流程长、占地面积广、循环量大、浪费料液等缺点。专利ZL02138439.8中公开的一体式悬浮床无机膜反应器将悬浮床反应器与无机膜分离有机结合在同一设备中，使悬浮态物料的反应过程与膜分离过程在同一反应器中同时进行，有效地解决了这个问题。但由于反应釜中悬浮态物料容易在膜组件周围沉积或滞留，影响膜渗透效率，因此膜通量比较小，一般需加大膜的面积来保证滤液流量，这在一定程度上减少了反应器的有效空间，也使投资费用增加。
(三)发明内容
为了解决现有存在的上述问题，本发明的目的是提供一种改进的一体式悬浮床无机膜反应器，以提高膜的渗透效率，能以较小的膜面积达到较大的膜通量，从而充分利用反应器的有效空间，降低设备投资及操作费用。
本一体式悬浮床无机膜反应器含有反应釜、密封盖、物料进口、物料出口和搅拌装置，釜内设有一组或一组以上无机膜分离组件，和滤液出口管，所说的无机膜分离组件包含一个或多个无机膜管，膜管的一端封闭，另一端与滤液输出管相通，滤液输出管可接有真空泵；膜管组件外套有湍流促进器，该湍流促进器可以是圆筒状、螺旋状结构，所说的湍流促进器上端连有转轴，转轴装有轴承，湍流促进器通过转轴与驱动机构相连而可旋转，所说轴承的轴承壳与一个支架相连，该支架固定在反应釜的顶盖或釜内壁。所说的转轴可以是套于滤液输出管外的套管状结构，所说的驱动机构是连接在湍流促进器转轴与搅拌器转杆之间的皮带轮传动机构或啮合齿轮传动机构，即湍流促进器转轴与搅拌器转杆分别装有传动轮，二传动轮之间以传动皮带连接；或湍流促进器转轴与搅拌器转杆分别装有齿轮，二者啮合相连。转轴通过皮带轮机构或啮合齿轮机构传动而与搅拌器一起旋转；所说的湍流促进器与上端的转轴可以是整体结构，也可是分体连接的结构，分体的二者可采用螺纹连接、栓连或其它各种常用的连接方式。所说的无机膜管可选取陶瓷、金属材料或它们的复合材料膜；
综上所述，本发明将无机膜分离组件设置于悬浮床反应器的釜内，使悬浮态物料的反应与悬浮物料的固液分离设备合为一体，反应釜内可同时进行物料反应和固液分离，即一边向反应器中连续进料进行反应，一边通过无机膜的筛分作用，将液相物料分离排出。其中，悬浮的固体催化剂被膜截留在反应器内并继续参与反应，液相物料则透过无机膜进入膜管内并通过高压或负压流出反应器。搅拌装置使反应器中的悬浮物料一直处于搅动的状态，既能使反应物料均匀混合，充分反应，又可避免无机膜管的表面形成浓差极化层，有效地防止固体催化剂在膜的表面沉积，同时附加的湍流促进器使流体在膜管附近产生不稳态流动，进一步减少了固体催化剂在膜表面的沉积，使无机膜能保持较高的渗透通量，从而使所需的膜面积减小、增加反应器的有效空间、增加系统的可行性。与现有的膜反应器相比，本发明大大减少了设备投资与操作费用，并且简化了工艺流程。无机膜组件耐高温、耐腐蚀，在高压条件下密封良好，长时间操作无机膜组件及其连接件不损坏，且易于拆卸与更换。可见本发明具有节省设备投资，能简化工艺，改善膜分离性能诸多优点。
(四)附图说明
图1和图2是含有湍流促进器的本发明一体式悬浮床无机膜反应器两个实施例结构示意图。
图3是圆筒状湍流促进器实例。
图4是螺旋状湍流促进器实例。
图中，1-搅拌器，2-顶盖，3-密封法兰，4-密封垫圈，5-物料进口，6-反应釜，8-皮带轮传动机构，9-齿轮传动机构，10、13-金属支撑板，11-物料出口管，12-无机膜管，14-聚液容器，15-石墨垫片，16-湍流促进器，17-湍流促进器转轴，18、19-轴承，20-滤液出口管，21-真空泵。
(五)具体实施方式
实施例一
本发明一体式悬浮床无机膜反应器的结构实例1
图1实例中，本一体式悬浮床无机膜反应器有反应釜6、顶盖2，其间加设密封垫圈4，反应釜设有物料进口管5、物料出口管11、接有真空泵21的滤液出口管20，釜内设有一组由两根(或多根)无机膜管12及其支撑架组成的膜组件，膜管支撑架由上下金属支撑板10、13通过螺栓连接而成。膜管12的两端垫有石墨垫片15，并通过金属支撑板10、13的插接孔固定，无机膜管的下端被圆形金属板10封死，上端与圆形聚液容器14相连通。圆形聚液容器14与滤液出口管20相连。滤液出口管20固定于顶盖2上。无机膜组件外套有圆筒式湍流促进器16，该湍流促进器的上端有转轴17，二者为整体结构，也可由分体连接而成。图1实施例中，转轴17为套管式，它套于滤液出口管20外，并通过皮带传动机构8与搅拌器1相连。转轴17可通过轴承18、19的轴承壳与一个支撑板连接，并通过支撑板固定在顶盖2上(支撑板图中未画出)。湍流促进器17通过皮带轮机构8驱动，在搅拌器1的带动下，环绕膜管旋转，能有效地抑制催化剂颗粒向膜表面沉积，使无机膜保持较高的渗透通量。
从进口管5向釜内进料，在反应釜6内混合成悬浮态物料并进行反应，利用反应釜内压力或真空泵21抽负压，使膜管12的无机膜两侧产生压差(即跨膜压差)，该压差使液相物料通过无机膜渗透进入各膜管12内，通过聚液容器14，由滤液输出管20排出收集于储罐或其它设备。湍流促进器使流体在膜管附近产生不稳态流动，减少了固相微粒在膜表面的沉积，使无机膜能保持较高的渗透通量，
本发明一体式悬浮床无机膜反应器的结构实例2
图2实例中，反应釜6内设有两组无机膜组件，每组含有膜管12若干根，膜管的上端封闭，下端与聚液容器14相通，各聚液容器14与滤液出口管20相连接；本例中，两湍流促进器16的转轴17与搅拌器1以啮合齿轮组9相连接。啮合齿轮组可设在顶盖外，也可设在反应釜6内。
图3表示圆筒形湍流促进器16的上端设有内螺纹口，通过它与转轴17相连接
图4表示螺旋状湍流促进器16，它的上端可通过焊接方式与转轴17相连接。
实施例二
膜通量试验1
在该装置上针对平均粒径为428nm的钛硅分子筛催化剂悬浮液考察膜过滤强化效果。基本过滤条件为：平均孔径为0.5μm的氧化铝陶瓷膜，跨膜压力0.2atm，悬浮液温度20℃，悬浮液浓度5g·L-1。结果表明，对于钛硅分子筛催化剂悬浮液，湍流促进器旋转速度400rpm时的膜通量是湍流促进器旋转速度50rpm时膜通量的2.5倍。
膜通量试验2
在该装置上针对平均粒径为475nm的氧化锆悬浮液考察膜过滤强化效果。基本过滤条件为：平均孔径为0.5μm的氧化铝陶瓷膜，跨膜压力0.2atm，悬浮液温度20℃，悬浮液浓度15g·L-1。结果表明，对于氧化锆悬浮液，湍流促进器旋转速度400rpm时膜通量是湍流促进器旋转速度50rpm时膜通量的1.5倍。
Claims (10)
1、一种一体式悬浮床无机膜反应器，含有反应釜、密封盖、物料进口、物料出口、搅拌器和滤液输出管，釜内设有一组或一组以上无机膜分离组件，所说的无机膜分离组件包含一个或多个无机膜管，膜管的一端封闭，另一端与滤液输出管相通，其特征是膜管组件外套有湍流促进器，所说的湍流促进器上端连有转轴，转轴装有轴承，湍流促进器通过转轴与驱动机构相连而可旋转。
2、根据权利要求1所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的湍流促进器是圆筒体。
3、根据权利要求1所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说湍流促进器是螺旋体。
4、根据权利要求1所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的转轴是套于滤液输出管外的套管状轴。
5、根据权利要求1所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的湍流促进器与其上端的转轴是一整体。
6、根据权利要求1所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的湍流促进器与其上端的转轴是互相连接的两个分体。
7、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的无机膜管是陶瓷、金属材料或它们的复合材料膜。
8、根据权利要求7所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征在于所说轴承的轴承壳与一个支架相连，该支架固定在反应釜的顶盖或釜内壁。
9、根据权利要求8所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的驱动机构是连接在湍流促进器转轴与搅拌器之间的皮带轮机构。
10、根据权利要求8所述的一种一体式悬浮床无机膜反应器，其特征是所说的驱动机构是连接在湍流促进器转轴与搅拌器之间的啮合齿轮机构。
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| CN114653328A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-06-24 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种内置膜搅拌反应器 |
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- 2004-08-13 CN CN200410041687.XA patent/CN1289179C/zh active Active
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