CN201482481U - 自吸排气式搅拌反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适合气液反应和气固液三相等高换热要求反应的自吸排气式搅拌反应器。主要由筒体、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内壁侧的换热装置组成，搅拌装置包括一空心搅拌轴和设置于空心搅拌轴上的搅拌桨，其特征在于所述的空心搅拌轴的下部依次设置轴流桨和轴流型自吸排气式搅拌桨；所述自吸排气式搅拌桨桨叶与垂直主轴呈5～45度夹角，自吸排气式搅拌桨桨叶与水平面呈5～35度夹角。本实用新型具有更高的吸气效率，解决了反应器的下部气含率远低于上部的问题，同时改进了传热系统，并且具有良好的传质效率，使产品的得率显著提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自吸排气式搅拌器，尤其是一种适合气液反应和气固液三相等高换热要求反应的自吸排气式搅拌反应器。
背景技术
气液反应是一种在石化、精细化工、生物化工、医药化工经常碰到的一种反应，典型的应用有催化加氢、催化氧化、发酵等过程，其共同的特点是气液接触面积的大小和换热效果显著影响反应速率的高低。
市售气液反应器可分为两大类：一类是传统搅拌式反应器，容器上端空间气体在液相内得不到循环由于气液的不相溶性，且密度差别比较大，反应器中未反应气体积聚在反应器的上部空间，严重影响反应速率，同时，固体催化剂的悬浮不均匀也制约了反应速率；一类是自吸排气式搅拌器是一种不用额外气体输送机械而能自行吸入反应器上部空间气体进行气液接触的反应装置，通过自吸式搅拌桨在进行料液混合的同时不断吸入外界气体，达到气液分散反应的目的。
在许多过程中，气液接触是十分重要的。气液相接触面积的大小显著影响反应速率的高低，一般的搅拌设备总是围绕如何提高补充气体的分散特性而设计制造的，但补充的气体流量有时是十分有限的，这就严重制约了反应速率提高。而自吸式搅拌机具备将釜内液面上的气体重新吸入并分散于液相的显著特点，可大幅度提高气含率和气-液相的接触面积，从而达到提高反应速率的目的。如果用在三相反应中，比如液相中有固体颗粒时，自吸式搅拌器则通常要配以能悬浮固体颗粒的搅拌器。
多数反应是要换热的，由于容量小，因而反应器内的反应区域和容器外的冷却介质温差是很小的。但随着反应有效容积的增大，反应器换热接触面积受到限制，它和容量的比率在急剧下降，国内反应器对于高度放热的反应多数内置2～3层的内盘管，但在某些剧烈换热反应情况下，大量盘管的内置减少了有效反应容积的同时，也导致搅拌效果受盘管占用路径的影响。由于换热问题得不到有效解决，以至反应速率放慢。
传统的反应器由于采用釜外夹套及釜内放置多组盘管的方式进行换热，但由于有些反应为高换热反应，这种传热设计结构在有限的时间及空间内传热效果并不理想。这也是为何传统的反应器反应容积受制约的原因所在。
中国专利文献CN101444715、CN101439275等公开了一些自吸排气式搅拌反应装置，大多采用空心搅拌桨与下层搅拌桨的双层桨结构，空心搅拌桨置于上层以带入更多的气体，在反应器中设置扰流板以期更好的混合反应。
目前国内外各种专利所述的自吸排气式搅拌器，都将自吸排气式搅拌桨置于搅拌轴上层，现有专利报道没有研究将自吸排气式搅拌桨置于搅拌轴下层的影响，也没有专利报道研究将换热板置于容器内这种安装结构。
但是，以上现有技术的自吸排气式搅拌反应装置仍存在以下技术问题：
1、将自吸排气式搅拌桨置于搅拌轴上层，仍没有解决反应器的下部气含率远低于上部的问题；
2、现有自吸排气式搅拌桨大多为径向流形式，影响固体物的悬浮及流动；
3、通常需要在空心轴上开进气口或在联轴器上钻圆孔，造成空心轴强度降低或进气口尺寸受限制；
4、反应器换热效果不理想，影响反应效果。
发明内容
本实用新型针对上述现有技术的不足，通过将自吸排气式搅拌器置于空心轴下层，同时将换热板与搅拌器相结合，提供了一种高效的自吸排气式搅拌反应器。
自吸排气式搅拌反应器，主要由筒体、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内壁侧的换热装置组成，搅拌装置包括一空心搅拌轴和设置于空心搅拌轴上的搅拌桨，其特征在于
所述的空心搅拌轴的下部依次设置轴流桨和轴流型自吸排气式搅拌桨；
所述自吸排气式搅拌桨桨叶与垂直主轴呈5～45度夹角，自吸排气式搅拌桨桨叶与水平面呈5～35度夹角。
优化地，所述的自吸排气式搅拌桨与轴流桨之间的距离为自吸排气式搅拌桨桨叶直径的1～2.5倍。
更优化地，所述空心搅拌轴的联轴器处上开有若干进气槽；所述的空心搅拌轴伸入到自吸排气式搅拌桨内，空心搅拌轴出气口与自吸排气式搅拌桨进气口的间距为2～30mm。
更优化地，所述的自吸排气式搅拌桨设置于空心搅拌轴的底部，空心轴与自吸排气式搅拌桨可通过法兰连接。
更进一步地，所述的自吸排气式搅拌桨出气口呈V字形。
所述的换热装置主要由设置于筒体内的若干换热板组成，换热板呈挡板状固定于筒体内，其中靠近筒体端的相邻两块换热板的间距大于靠近空心搅拌轴端的相邻两块换热板的间距5～300mm。
所述的换热板呈直线形或渐开曲线形。
所述的换热板靠近筒体端与筒体内壁的间距为3～400mm，换热板靠近空心搅拌轴端与自吸排气式搅拌桨桨叶的间距为20～500mm。
本实用新型的自吸排气式搅拌桨的进气口倾斜度应与自吸排气式搅拌桨桨叶与垂直主轴的夹角相一致，以获得更好的气液交换效率；当所述的自吸排气式搅拌桨设置于空心搅拌轴的底部，空心轴与自吸排气式搅拌桨可通过法兰或销键连接；以上所述的轴流桨可为下压式轴流桨，自吸排气式搅拌桨可为下压轴流型自吸排气式搅拌桨。
本实用新型根据流体力学和空气动力学设计的自吸排气式搅拌桨，具有更高的吸气效率，设置于底层的设计配合轴流桨以及外形更符合流体运动的隔热板，解决了反应器的下部气含率远低于上部的问题，同时改进了传热系统，并且具有良好的传质效率，使产品的得率显著提高。
附图说明
图1为本实用新型自吸排气反应器主视结构示意图
图2为本实用新型自吸排气反应器俯视结构示意图
图3为自吸排气式搅拌桨主视结构示意图
图4为自吸排气式搅拌桨立体结构示意图
图5为自吸排气式搅拌桨与空心搅拌轴法兰连接局部结构示意图
图6为空心搅拌轴伸入自吸排气式搅拌桨的局部结构示意图
图7为自吸排气式搅拌反应器流体运动示意图
其中，筒体10，自吸排气式搅拌桨20，空心搅拌轴21，轴流桨22，桨叶23，法兰24，换热装置30，换热板31，内圈32、外圈33、介质总进出口35，介质分进出口34，桨叶根部201，自吸排气式搅拌桨出气口202，自吸排气式搅拌桨进气口203，总进气口204，空心轴出气口210，空心轴出气口211，进气孔212，联轴器213
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图6和图7所示，自吸排气式搅拌反应器主要由筒体10、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体10内壁侧的换热装置30组成，搅拌装置包括在联轴器213处设有若干进气孔212的空心搅拌轴21和设置于空心搅拌轴21上的搅拌桨，所述的空心搅拌轴21的下部依次设置轴流桨22和自吸排气式搅拌桨20；所述自吸排气式搅拌桨桨叶23与垂直主轴之间夹角β呈5度，桨叶23与水平面之间夹角α呈5度。
自吸排气式搅拌桨20与轴流桨22的距离为自吸排气式搅拌桨20直径的1倍；空心搅拌轴21伸入到自吸排气式搅拌桨20内，空心轴出气口211与自吸排气式搅拌桨进气口203之间的间距为2mm，空心搅拌轴21与自吸排气式搅拌桨20通过法兰24固定连接；所述的自吸排气式搅拌桨出气口202呈V字形。
换热装置30主要由设置于筒体内的若干换热板31和内圈32、外圈33、设置于筒体10上的介质总进出口35组成，内圈32、外圈33上分别连接换热板内的介质分进出口34，换热板31以外宽内窄的形式固定于内圈32和外圈33上，其中相邻两块换热板310、311在外圈33上的间距比换热板310、311在内圈32上的间距大5mm；换热板31靠近筒体10一端与筒体10内壁之间的间距为3mm，换热板31靠近空心搅拌轴21一端与与自吸排气式搅拌桨20之间的间距为20mm。
实施例2
如图1、图2、图3、图4、图6和图7所示，自吸排气式搅拌反应器主要由筒体10、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体10内壁侧的换热装置30组成，搅拌装置包括在联轴器213处设有若干进气孔212的空心搅拌轴21和设置于空心搅拌轴21上的搅拌桨，所述的空心搅拌轴21的下部依次设置轴流桨22和自吸排气式搅拌桨20；所述自吸排气式搅拌桨桨叶23与垂直主轴之间夹角β呈45度，桨叶23与水平面之间夹角α呈35度。
自吸排气式搅拌桨20与轴流桨22的距离为自吸排气式搅拌桨20直径的2.5倍；空心搅拌轴21伸入到自吸排气式搅拌桨20内，空心轴出气口211与自吸排气式搅拌桨进气口203之间的间距为30mm，空心搅拌轴21与自吸排气式搅拌桨20通过法兰24固定连接；所述的自吸排气式搅拌桨出气口202呈V字形。
换热装置30主要由设置于筒体内的若干换热板31和内圈32、外圈33、设置于筒体10上的介质总进出口35组成，内圈32、外圈33上分别连接换热板内的介质分进出口34，换热板31以外宽内窄的形式固定于内圈32和外圈33上，其中相邻两块换热板310、311在外圈33上的间距比换热板310、311在内圈32上的间距大300mm；换热板31靠近筒体10一端与筒体10内壁之间的间距为400mm，换热板31靠近空心搅拌轴21一端与与自吸排气式搅拌桨20之间的间距为500mm。
实施例3
如图1、图2、图3、图4、图6和图7所示，自吸排气式搅拌反应器主要由筒体10、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体10内壁侧的换热装置30组成，搅拌装置包括在联轴器213处设有若干进气孔212的空心搅拌轴21和设置于空心搅拌轴21上的搅拌桨，所述的空心搅拌轴21的下部依次设置轴流桨22和自吸排气式搅拌桨20；所述自吸排气式搅拌桨桨叶23与垂直主轴之间夹角β呈35度，桨叶23与水平面之间夹角α呈25度。
自吸排气式搅拌桨20与轴流桨22的距离为自吸排气式搅拌桨20直径的1.5倍；空心搅拌轴21伸入到自吸排气式搅拌桨20内，空心轴出气口211与自吸排气式搅拌桨进气口203之间的间距为15mm，空心搅拌轴21与自吸排气式搅拌桨20通过法兰24固定连接；所述的自吸排气式搅拌桨出气口202呈V字形。
换热装置30主要由设置于筒体内的若干换热板31和内圈32、外圈33、设置于筒体10上的介质总进出口35组成，内圈32、外圈33上分别连接换热板内的介质分进出口34，换热板31以外宽内窄的形式固定于内圈32和外圈33上，其中相邻两块换热板310、311在外圈33上的间距比换热板310、311在内圈32上的间距大200mm；换热板31靠近筒体10一端与筒体10内壁之间的间距为300mm，换热板31靠近空心搅拌轴21一端与与自吸排气式搅拌桨20之间的间距为400mm。
实施例4
如图1、图2、图3、图4、图5和图7所示，自吸排气式搅拌反应器主要由筒体10、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体10内壁侧的换热装置30组成，搅拌装置包括在联轴器213处设有若干进气孔212的空心搅拌轴21和设置于空心搅拌轴21上的搅拌桨，所述的空心搅拌轴21的下部依次设置轴流桨22和自吸排气式搅拌桨20；所述自吸排气式搅拌桨桨叶23与垂直主轴之间夹角β呈5度，桨叶23与水平面之间夹角α呈5度。
自吸排气式搅拌桨20与轴流桨22的距离为自吸排气式搅拌桨20直径的1倍；空心搅拌轴21与自吸排气式搅拌桨20通过法兰24固定连接，搅拌轴21的末端210与搅拌桨20的总进气口204相接；所述的自吸排气式搅拌桨出气口202呈V字形。
换热装置30主要由设置于筒体内的若干换热板31和内圈32、外圈33、设置于筒体10上的介质总进出口35组成，内圈32、外圈33上分别连接换热板内的介质分进出口34，换热板31以外宽内窄的形式固定于内圈32和外圈33上，其中相邻两块换热板310、311在外圈33上的间距比换热板310、311在内圈32上的间距大5mm；换热板31靠近筒体10一端与筒体10内壁之间的间距为3mm，换热板31靠近空心搅拌轴21一端与与自吸排气式搅拌桨20之间的间距为20mm。
实施例5
如图1、图2、图3、图4、图5和图7所示，自吸排气式搅拌反应器主要由筒体10、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体10内壁侧的换热装置30组成，搅拌装置包括在联轴器213处设有若干进气孔212的空心搅拌轴21和设置于空心搅拌轴21上的搅拌桨，所述的空心搅拌轴21的下部依次设置轴流桨22和自吸排气式搅拌桨20；所述自吸排气式搅拌桨桨叶23与垂直主轴之间夹角β呈45度，桨叶23与水平面之间夹角α呈35度。
自吸排气式搅拌桨20与轴流桨22的距离为自吸排气式搅拌桨20直径的2.5倍；空心搅拌轴21与自吸排气式搅拌桨20通过法兰24固定连接，搅拌轴21的末端210与搅拌桨20的总进气口204相接；所述的自吸排气式搅拌桨出气口202呈V字形。
换热装置30主要由设置于筒体内的若干换热板31和内圈32、外圈33、设置于筒体10上的介质总进出口35组成，内圈32、外圈33上分别连接换热板内的介质分进出口34，换热板31以外宽内窄的形式固定于内圈32和外圈33上，其中相邻两块换热板310、311在外圈33上的间距比换热板310、311在内圈32上的间距大300mm；换热板31靠近筒体10一端与筒体10内壁之间的间距为400mm，换热板31靠近空心搅拌轴21一端与与自吸排气式搅拌桨20之间的间距为500mm。
实施例6
如图1、图2、图3、图4、图5和图7所示，自吸排气式搅拌反应器主要由筒体10、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体10内壁侧的换热装置30组成，搅拌装置包括在联轴器213处设有若干进气孔212的空心搅拌轴21和设置于空心搅拌轴21上的搅拌桨，所述的空心搅拌轴21的下部依次设置轴流桨22和自吸排气式搅拌桨20；所述自吸排气式搅拌桨桨叶23与垂直主轴之间夹角β呈35度，桨叶23与水平面之间夹角α呈25度。
自吸排气式搅拌桨20与轴流桨22的距离为自吸排气式搅拌桨20直径的1.5倍；空心搅拌轴21与自吸排气式搅拌桨20通过法兰24固定连接，搅拌轴21的末端210与搅拌桨20的总进气口204相接；所述的自吸排气式搅拌桨出气口202呈V字形。
换热装置30主要由设置于筒体内的若干换热板31和内圈32、外圈33、设置于筒体10上的介质总进出口35组成，内圈32、外圈33上分别连接换热板内的介质分进出口34，换热板31以外宽内窄的形式固定于内圈32和外圈33上，其中相邻两块换热板310、311在外圈33上的间距比换热板310、311在内圈32上的间距大200mm；换热板31靠近筒体10一端与筒体10内壁之间的间距为300mm，换热板31靠近空心搅拌轴21一端与与自吸排气式搅拌桨20之间的间距为400mm。
应指出的是，本实用新型不仅仅局限于上述实施例，任何简单变形都应认为落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.自吸排气式搅拌反应器，主要由筒体、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内壁侧的换热装置组成，搅拌装置包括一空心搅拌轴和设置于空心搅拌轴上的搅拌桨，其特征在于
所述的空心搅拌轴的下部依次设置轴流桨和轴流型自吸排气式搅拌桨；
所述自吸排气式搅拌桨桨叶与垂直主轴呈5～45度夹角，自吸排气式搅拌桨桨叶与水平面呈5～35度夹角。
2.根据权利要求1所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述的自吸排气式搅拌桨与轴流桨之间的距离为自吸排气式搅拌桨桨叶直径的1～2.5倍。
3.根据权利要求2所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述的自吸排气式搅拌桨设置于空心搅拌轴的底部，空心轴与自吸排气式搅拌桨通过法兰连接。
4.根据权利要求3所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述空心搅拌轴的联轴器处上开有若干进气槽；所述的空心搅拌轴伸入到自吸排气式搅拌桨内，空心搅拌轴出气口与自吸排气式搅拌桨进气口的间距为2～30mm。
5.根据权利要求3或4所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述的自吸排气式搅拌桨出气口呈V字形。
6.根据权利要求5所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述的换热装置主要由设置于筒体内的若干换热板组成，换热板呈挡板状固定于筒体内，其中靠近筒体端的相邻两块换热板的间距大于靠近空心搅拌轴端的相邻两块换热板的间距5～300mm。
7.根据权利要求6所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述的换热板呈直线形或渐开曲线形。
8.根据权利要求7所述的自吸排气式搅拌反应器，其特征在于所述的换热板靠近筒体端与筒体内壁的间距为3～400mm，换热板靠近空心搅拌轴端与自吸排气式搅拌桨桨叶的间距为20～500mm。
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