CN201046396Y - 无旋立式循环撞击流反应器 - Google Patents

Abstract

无旋立式循环撞击流反应器，属物料、化学工艺技术装备。它保持实用新型专利“立式循环撞击流反应器”(ZL03235518.1)的所有功能和优越特性，如强烈的微观混合、全混流—无混合流串连循环的特殊流动结构、可任意设置停留时间、可换热、可间歇、半连续或连续、加压或负压操作等；同时进行下述改进：(1)导流筒内增设折流挡板，抑制因螺旋桨引起的旋转流动，使反应器在螺旋桨高速旋转下能稳定操作并减少动力损耗；(2)改用异径圆筒形容器，下部较小直径圆筒即有效容积区上沿兼作溢流堰，使装置本身具有液固分离功能，在完成加工后要求悬浮体中的固体颗粒返回反应器与新鲜进料进一步作用的场合，可简化流程、大大提高效率和经济性。

Description

无旋立式循环撞击流反应器

实用新型名称：

无旋立式循环撞击流反应器。

所属技术领域：

属于物理、化学工艺设备。适用于液相物理、化学过程或以液体为连续相的多相物理、化学过程。

背景技术：

对于在液相和液-固相体系中进行的化学反应过程，反应器中的混合状况，尤其是分子尺度上的混合即微观混合有重要影响；对于物理过程例如悬浮液的混配等，流团间的相对运动和相互作用有重要意义。工业上广泛用于这类过程的传统装置是搅拌槽反应器(stirred tankreactor，简记为STR)。这类反应器通常是在一个高度与直径大致相等的容器中，依靠转动的单层或多层搅拌桨带动流体旋转运动，使流团之间和液固相之间产生相对运动，从而发生混合。由于这种方式产生的流团间和液-固相间相对运动不够剧烈，混合尤其是微观混合状况很不理想，因而液相和液-固相中进行的上述过程效率不高；同时，旋转引起的离心力使得搅拌桨输入的机械能大部分消耗在流体与器壁摩擦和碰撞上，能量利用率不高。伍沅研发并已获得专利的“浸没循环撞击流反应器”(ZL00230326.4)改善了微观混合状况，并具有全混流-无混合流串联循环的特殊流动结构，可以根据需要任意设置反应时间，可以间歇、也可以连续操作，以及可以提供换热条件等特性和优点。为消除反应容器的平面壁，以便容易制造能在加压或真空下操作的设备，伍沅等进而研发了“立式循环撞击流反应器”，并已获得专利(ZL03235518.1)。该反应器使用同一台电机驱动上、下两个螺旋桨，是一个较突出的优点；但也带来了新的问题：螺旋桨在推动液体轴向流动的同时，也带动工质液体或悬浮体作旋转流动；而在同轴驱动的上、下螺旋桨推动流体分别向下、上两个相反方向流动撞击的情况下，两股流体旋转流动方向重合，起相互增强旋转流动的作用。当螺旋桨操作转速较高时，其带动旋转流动产生的离心力导致液面形成曲率很大的凹形弯月面，近壁处液面很高、中心导流筒附近很低，操作极不稳定。主要为克服这一问题，伍沅等又改进设计了一种“立式循环撞击流反应器”并已获得专利(ZL200520094814.2)。该实用新型的主要改进，是采用在反应器筒体上部侧壁溢流口下加装环形挡圈，以抑制凹形弯月面的形成。此外，该实用新型还作了两项较小的改进；即反应器底由锅形改为锥形；增加了一根下部进液管。

实用新型专利ZL200520094814.2采用加装环形挡圈抑制凹形弯月面不是一种很好的方法，其效果不很理想；无用的能量消耗也比较大。它实质上是在已经产生强烈的旋转流动后采取的补救措施，是比较消极的办法。有必要寻找更积极、效果更好的办法。

另一方面，某些连续操作的液固相过程需要连续地把处理或反应后的液体移出；而固体颗粒物料要返回反应容器继续与新加入的液体作用。用于这类过程的技术装备如果同时能够起液固分离作用，过程的经济性将会大大提高。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种能有效抑制因螺旋桨转动引起的旋转流动、从而在螺旋桨高转速下也能稳定操作的反应装置；同时通过上部设置长度等于有效容积区周长的溢流堰使溢流液体以很低速度通过，使之一定程度地具有依靠重力使液固分离的作用。

本实用新型无旋立式撞击流反应器，它主要由一个下部较小直径圆筒容积内装工艺介质、上部较大直径圆筒保持为气相空间的异径圆筒型容器1，垂直同轴地安装在容器1中的上、下两个导流筒2和同轴分别安装在上、下两个导流筒中、螺旋方向相反、分别从上部和下部推动流体经导流筒向容器中部流动的上、下两个螺旋桨3和4组成，其特征在于上、下导流筒2内壁各装有沿其圆周均布的三块折流挡板14；异径圆筒型容器1下部直径较小圆筒的上沿是溢流堰13。

与已有的类似装置相比，本实用新型可以在高螺旋桨转速下稳定运行，更充分地发挥撞击流的优越性能；对于液固两相体系在完成物理化学加工过程后需要使固体颗粒保留在装置中或尽可能少被带出的情况，本实用新型可以简化后续工序、提高效率。

附图说明：

图1是本实用新型无旋立式循环撞击流反应器的结构示意图。

本实用新型的基本部件包括异径圆筒型容器1、垂直同轴安装在容器1下部较小直径圆筒中的上、下两个导流筒2和同轴地分别安装在两个导流筒2中的上螺旋桨3和下螺旋桨4，它们螺旋方向相反，即一个左旋，另一个右旋。容器1下部较小直径圆筒是进行反应或其它加工过程的有效容积区，其中装工艺介质。上下两个导流筒内壁各装三块沿圆周均布的折流挡板14。该较小直径圆筒上沿兼作溢流堰13，液面超过溢流堰13的液体溢流离开有效容积区，通过液体出料管7卸出反应器。容器1上部较大直径圆筒内部保持为气相空间，以适应大多数过程体系的要求。为提高流动效率、防止出现死角，容器1底部可做成半球形(锅形)；锅形底中心连接清洗放料管5，它也是间歇操作时的出料管。反应器设有上进料管6和下进料管15，其管出口分别延伸至上、下两个导流筒的进口处；如果只有单股进料，可以不设下部进料管15。反应器的有效容积区外可以设置换热夹套10，同时配备加热介质进口(或冷却介质出口)接管8和加热介质出口(或冷却介质进口)接管9；在不需要换热的场合，可以不要换热夹套和相应的换热介质进、出口接管。异径圆筒型容器1顶端可以加装拱形顶盖12，其上配备排气管11。通过对容器1和顶盖12机械强度以及它们之间联接方式的适当设计，该反应器也可适用于在加压或真空下操作。对于要求敞口或者可以敞口操作的体系，不必配装顶盖及相应的排气管。

具体实施方式：

本实用新型可以连续操作，也可以间歇或半间歇操作；但连续操作更具有优越性。

操作时，反应容器1中先装入工艺介质，然后启动螺旋桨。两个螺旋桨3和4推动流体(工艺介质)，分别从上部和下部经导流筒2流向容器1中部，并在该处相向撞击，在撞击面周围形成撞击区IZ。该区中来自不同方向的流团间剧烈的相对运动使得流团间和液-固相间有效地混合和接触，促进其中进行的化学反应或其它过程。撞击后，流体经过上下导流筒2外壁与容器1内壁之间的环室分别返回容器1的上下两端，然后又分别被螺旋桨3和4输送通过上下导流筒2流向容器1中部并再次撞击，如此反复循环。

连续操作时，新鲜原料液体或悬浮体通过顶部进料管6或同时通过顶部进料管6和下部进料管15连续加入反应器。完成反应或其它加工过程后，小部分料液以很低的流速流向溢流堰13，大部分料液以较高的流速流向上导流筒2的进口。有几种可能情况：(1)要求固体颗粒保持在反应容器中。在此情况下，通常悬浮液中固体含量较低、粒径较大。流向溢流堰13的悬浮液中液位超过溢流堰的液体流过溢流堰，经过出料管7流出反应器。由于流过溢流堰的液体流速很低，不能带走颗粒；固体颗粒依靠重力与这部分液体相分离而“落入”以较高速度流向导流筒2的进口的流体，并被该部分流体携带进入导流筒进行循环流动。(2)要求反应或其它加工过程后悬浮液均匀出料。在这种情况下通常悬浮液中固体含量较高、颗粒细小、悬浮体粘度较大。流过溢流堰13的悬浮液尽管流速很低，其中的细小固体颗粒仍不可能依靠重力与液体相分离，装置可以在连续进料、反应或其它加工过程后悬浮体均匀出料的条件下稳定操作。(3)单纯在液相进行的反应或其它加工过程。这类过程不需要液固分离，装置同样可以在连续进料、均匀出料的条件下稳定操作。

间歇操作时，适量物料一批加入容器1；经过一定时间完成反应或其它加工过程后，物料通过底部放料管5卸出。半间歇(半连续)操作时，一种或几种反应物先一次加入反应器，另一种或几种反应物则在反应器中物料反应过程中陆续通过进料管6或15加入；待反应完成后全部物料通过底部出料管5卸出。反应过程中若有气体产生，可通过顶部排气管11排出。

对于需要换热的场合，可以在反应或其它过程进行期间加热或冷却工艺介质。冷却时通过下部接管8通入冷水或其它冷却介质，换热后介质经过上部接管9排出；需要加热时加热介质的进出管安排与冷却时相反。

本实用新型“无旋式循环撞击流反应器”保持了可以任意设置平均停留时间，可以密闭、加压或真空、加热或冷却、连续或间歇操作，微观混合强烈和特殊流动结构，容易设计和制造成在受压条件下工作的设备等特性；同时具有下述两方面优越性质：(1)在螺旋桨引起的旋转流动刚产生时就加以有效的抑制，操作更稳定，适应螺旋桨转速更高的操作范围；(2)具有液固分离能力，在用于液固悬浮体系、加工过程中希望只放出液体而固体颗粒保持在反应容器中的场合，可以大大提高总过程的效率。

Claims (4)

1.无旋立式循环撞击流反应器，它主要由一个下部较小直径圆筒容积内装工艺介质、上部较大直径圆筒保持为气相空间的异径圆筒型容器(1)，垂直同轴地安装在容器(1)中的上、下两个导流筒(2)和同轴分别安装在上、下两个导流筒中、螺旋方向相反、分别从上部和下部推动流体经导流筒向容器中部流动的上、下两个螺旋桨(3)和(4)组成，其特征在于上、下导流筒(2)内壁各装有沿其圆周均布的三块折流挡板(14)；异径圆筒型容器(1)下部直径较小圆筒的上沿是溢流堰(13)。

2.按照权利要求1所述的无旋立式循环撞击流反应器，其特征在于异径圆筒型容器(1)的下部较小直径圆筒外可以加装换热夹套(10)和相应的换热介质进口或出口接管(8)和出口或进口接管(9)。

3.按照权利要求1所述的无旋立式循环撞击流反应器，其特征在于异径圆筒型容器(1)上可以加装拱形顶盖(12)和相应的排气管(11)。

4.按照权利要求1所述的无旋立式循环撞击流反应器，其特征在于异径圆筒型容器(1)内可以同时配备上部进料管(6)和下部进料管(15)；也可以只配备一根上部进料管(6)。