CN202860504U - 结构简单、反应效率高的气固相反应器 - Google Patents

Abstract

结构简单、反应效率高的气固相反应器，由反应容器外体和安装在其内腔中的回转体、叶轮、叶片组成；反应容器外体为圆筒形，由上体、中体和下体通过螺纹连接为一体；叶轮安装在中体隔层上方；回转体悬空安装在下体内腔中；叶轮的轮轴下部制成螺纹接头，螺纹接头处径向开有内销孔；回转体上表面对称中心处固接有中空圆柱，中空圆柱内腔上部制成螺套，螺套中部径向开有销孔；叶轮的螺纹接头穿过中体隔层中心的中圆孔，与回转体间通过螺套螺接在一起，用定位销穿过销孔和内销孔固定二者相对位置。反应气体在反应器中停留时间长，气体的利用率高，参与反应的固体粉末多。

Description

结构简单、反应效率高的气固相反应器

技术领域

本发明涉及一种适合气固相物料反应的结构简单、反应效率高的气固相反应器。

背景技术

目前市面上很难找到实验室用气固相反应器。在一些文献中，当需要进行气固相反应时，会在未对固相反应物搅拌的前提下直接将气体吹向固相反应物，这样反应效率很低，且反应很不均匀。比如某些利用臭氧作为氧化剂，氢氧化镍作为还原剂制备羟基氧化镍的文献。工业中应用的气固相反应器主要是流化床，其所需气体量大，流速高，且多使用一些较为廉价的气体，例如硫铁矿的焙烧使用的就是空气。流化床设备庞大，主要用于工业生产。流化床在实验室中应用较少，这主要是实验室中所提供固相反应物的量比较少，采用流化床处理方式，会使多数固相反应物被吹走，最后所得样品会很少，甚至无法对样品进行测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、反应效率高的气固相反应器，主要在实验室中使用，可以使气体与固体粉末充分地反应。

结构简单、反应效率高的气固相反应器，由反应容器外体和安装在其内腔中的回转体、叶轮、叶片组成；其中反应容器外体为圆筒形，由上体、中体和下体通过螺纹连接为一体；叶轮安装在中体隔层上方；回转体悬空安装在下体内腔中；叶轮的轮轴下部制成螺纹接头，螺纹接头处开有内销孔；回转体上表面对称中心处固接有中空圆柱，中空圆柱内腔上部制成螺套，螺套中部径向开有销孔；叶轮的螺纹接头穿过中体隔层中心的中圆孔，与回转体间通过螺套螺接在一起，用定位销穿过销孔和内销孔固定二者相对位置。回转体的内部加工有搅拌子容纳腔。回转体可制成由两个三面挡板构成的挡板式回转体。

构成反应容器外体的上体和中体的连接部制有螺纹，上体和中体之间为密封连接；中体和下体的连接部也制有螺纹，中体和下体之间为密封连接；上体回转轴线上有进气管与上体连为一体；进气管旁边固定安装与上体连为一体的排气管，且排气管上安装有气阀；中圆孔制作在中体中间隔层中央。

叶轮的轮轴上部对称安装有叶片。叶轮的轮轴上安装叶片的数目为大于或等于1的整数个。轮轴上从叶片的上边沿以上部分的横截面积由下到上逐渐减小。

反应器外体的中体可制成变径中体；变径中体上的中上体的直径与上体的直径相等，且中上体和上体可螺接在一起，也可将二者的结合部加工为磨砂面并紧密结合在一起；变径中体上的中下体的直径和下体的直径相等，且中下体和下体可螺接在一起，也可将二者的结合部加工为磨砂面并紧密结合在一起。变径中体的中上体的直径可以大于也可以小于中下体的直径。

回转体可制成弹性夹回转体，弹性夹回转体的横向两端有挡板、两挡板间的纵向固装有弹性夹与弹性夹回转体连为一体，或横向两端固装弹性夹，纵向两端间安装挡板。

弹性夹回转体可做成由多个条状弹性夹构成的回转体；多个条状弹性夹构成的弹性夹回转体的两端有挡板、两挡板间固定有多个条状弹性夹，条状弹性夹的数目为大于2的自然数，呈对称或不对称排列。

在需要进行实验时，首先将叶轮的螺纹接头插入中体的中圆孔，然后在中圆孔另一端与回转体螺接，待旋紧之后用定位销固定。然后使回转体的搅拌子容纳腔竖直向上放置，在其中放入搅拌子，再使下体与中体紧密螺接，这时将中体开口向上放置，接下来即可在中体中添加参与反应的固体粉末。然后再将上体与中体紧密螺接，再将已装配好的气固相反应器放置在磁力搅拌器上，然后用输入气体的导管与进气管连接，使输出气体的导管与排气管连接，并在气阀安装孔中放入气阀。这时开动磁力搅拌器对固体粉末加以搅拌，然后通入反应气体，使气体和固体粉末开始反应，并通过气阀控制排出气体的流速，进而控制反应容器中气体的浓度。

反应结束后，将上体与中体旋开，将中体中的粉末倒出即为所制备样品。

相对于专利号为ＺＬ　２０１１２０３３７９５３．９的专利来说，本发明中，进气管中的反应气体由上向下运动，气体速度由一定数值变为零后再径向运动，然后再向上运动，则反应气体在反应器中停留时间较长，因此会有更多的反应气体参与反应，即使用该气固相反应器对反应气体的利用率高，且相同时间内参与反应的固体粉末也要多出许多。

此外，该气固相反应器采用实验室中常用的磁力搅拌子所受磁力作为动力源，提供了一种新的实验室用气固相反应器。该装置可以使少量固体粉末充分地与气体反应，降低实验成本，且该装置密封良好，反应后的剩余气体从排气管直排或处理后排至室外，因此可以安全地使一些有毒、强氧化性、强腐蚀性气体如臭氧、氯气等与固体粉末的反应在实验室中完成。并且，该气固相反应器的搅拌桨叶片是社会上原有的螺旋面叶片和平叶片的组合，是全新的搅拌桨叶片，使用时，在叶片随转轴的旋转过程中，弯曲面可将气体向反应器壁方向推出，到达梯形斜面后，与粉料一起沿梯形斜面顺势上扬，抛撒到反应容器腔室的上部，提高气固相反应物的反应机率，加速反应过程。

本发明中叶片直接安装在叶轮上，而叶轮直径相对于专利号为ＺＬ　２０１１２０３３７９５３．９的专利来说要小很多，因此叶片作用范围就会很广，这样就会有更多的反应气体参与反应，因此反应气体和参与反应的固体粉末的利用率也会相对高出许多。 

相对于专利号为ＺＬ　２０１１２０３３７９５３．９的专利来说，本发明中由于没有底腔，因此磁力搅拌子距离磁力搅拌器表面要更近一点，因此磁力搅拌子所受磁力要更大，这样就可以搅拌更多固体粉末，所制样品的单位耗电量也会降低很多。

本发明中如果采用弹性夹回转体和多个条状弹性夹构成的回转体，相对方案第一段中描述的回转体来说，可以节省制作材料，操作也要简单一些，即安装搅拌子时弹性夹回转体或多个条状夹回转体均不要求回转体一定要开口向上安装。

附图说明

图1是结构简单、反应效率高的气固相反应器结构图。

图2是下体结构图。

图3是下体的剖面图。

图4是中体的结构图。

图5是中体的剖面图。

图6是上体的结构图。

图7是上体的剖面图。

图8是叶轮的整体结构图。

图9是回转体的整体结构图。

图10是回转体内安装有弹性夹的气固相反应器结构图。

图11是弹性夹回转体结构图。

图12是多个条状弹性夹构成的弹性夹回转体结构图。

图13是变径中体的立体形状图。

图14是气固相反应器的外体的中体采用的变径中体的剖面图。

图15是挡板式回转体构成形状图。

图中序号说明：1是回转体、2是叶轮、3是叶片、4是进气管、5是排气管、6是气阀、7是定位销、8是下体、9是下外螺纹、10是中体、11是中圆孔、12是中下内螺纹、13是中上内螺纹、14是上体、15是气阀安装孔、16是上外螺纹、17是内销孔、18是螺纹接头、19是螺套、20是销孔、21是中空圆柱、22是搅拌子容纳腔、23是弹性夹回转体、24是弹性夹、25是挡板、26是条状弹性夹、27是中下体、28是中上体、29是变径中体、30是挡板回转体、31是三面挡板。

具体实施方式

以下结合附图，作为实施例，对技术方案作具体说明。

实例一、参照图1、2、3、4、5、6、7、8、9。气固相反应器，由反应容器和安装在其中的回转体1、叶轮2、叶片3、进气管4、排气管5等组成。反应容器外体为圆筒形，由上、中、下三部分制成。上体14上装有进气管4、排气管5，排气管5上安装有气阀6，可以用来控制排气管5中的气体流速，进而改变反应容器中的压强和反应气体浓度。另外，上体14下部制作有上外螺纹16；中体10上端制作有上内螺纹13、下端制作有下内螺纹12，中体10中间隔层平面中央制作有中圆孔11。下体8上端制作有下外螺纹9。

回转体1为一长方体配件，其内部制作有搅拌子容纳腔22，且其上表面对称中心处有一中空圆柱21与其连为一体。中空圆柱21中央制作有螺套19，销孔20开在螺套中下部。

叶轮2上装有叶片3，其下部加工有螺纹接头18，沿螺纹接头18部的径向加工有内销孔17；叶轮2的螺纹接头18与回转体1的螺套19螺接在一起，待旋紧之后，销孔20和内销孔17可连通为一个孔，将定位销7插入以使叶轮2和回转体1的相对位置固定。

在需要进行实验时，首先将叶轮2的螺纹接头18插入中体10的中圆孔11，然后在中圆孔11另一端与回转体1螺接，待旋紧之后用定位销7固定。然后使回转体1的搅拌子容纳腔22竖直向上放置，在其中放入搅拌子，再通过下体上口处的下外螺纹9与中体下口处的下内螺纹12，使下体8与中体10紧密螺接，并使回转体1的下表面与下体8的内腔底面间有一个不影响其转动的距离，且该距离要小于圆柱形搅拌子的半径。然后将中体10开口向上放置，接下来即可在中体内部边缘处添加参与反应的固体粉末。之后即可利用中体10上口部的上内螺纹13，上体14下口部的上外螺纹16，将上体14与中体10紧密螺接，反应器外体即安装完备。再将已装配好的气固相反应器放置在磁力搅拌器上，然后用输入气体的导管与进气管4连接，使输出气体的导管与排气管5连接，并在气阀安装孔15中放入气阀6。这时开动磁力搅拌器对固体粉末加以搅拌，然后通入反应气体，使气体和固体粉末开始反应，并通过气阀6控制排出气体的流速，进而控制反应容器中气体的浓度。

反应结束后，将上体14与中体10旋开，将中体10中的粉末倒出即为所制备样品。

参照图15，实例一中的回转体1的方体部分，可以做成具有三面挡板31的挡板式回转体30，即回转体的两侧面的中间部位开口，留下的部分即是侧面挡板，两个对应的侧面挡板与回转体的一个端面挡板间连成一体，形成三面挡板，也就是挡板式回转体30由两个三面挡板31固定在回转体顶面的两端部构成。

实施例二、参照图2、3、4、5、6、7、8、10、11。与实施例一不同的地方是用弹性夹回转体23代替回转体1；且弹性夹回转体23做成前后和下端开口的形状，上端顶板两端连接有挡板25；其中的弹性夹24，用板材做成弧形片，上边沿固定在弹性夹回转体23顶板下表面上，位于两挡板25间，前后开口位置各固定一片弹性夹24。回转体的中空圆柱结构与例一相同，反应器外体结构及工作方式与例一相同。

实施例三、参照图2、3、4、5、6、7、8、10、12。与实施例二不同的地方是用多个条状弹性夹26构成的弹性夹回转体23代替回转体1。其中构成弹性夹回转体23的弹性夹是用多于2片的条状弧形片固定在弹性回转体23的顶板下表面而成，回转体的其它构成方式与例二相同，反应器的外体的构成与例一相同，运行方式与例一、例二相同。

实施例四、参照图2、3、6、7、8、9、13、14。与实施例一不同的地方是用变径中体29代替中体10，且该实施例中的上体14直径与变径中体29的中上体28直径相同，下体8直径与变径中体29的中下体27直径相同，工作方式与例一相同。

Claims (11)

1.结构简单、反应效率高的气固相反应器，由反应容器外体和安装在其内腔中的回转体（1）、叶轮（2）、叶片（3）组成；其特征在于反应容器外体为圆筒形，由上体（14）、中体（10）和下体（8）通过螺纹连接为一体；叶轮安装在中体隔层上方；回转体（1）悬空安装在下体内腔中；叶轮（２）的轮轴下部制成螺纹接头（18），螺纹接头处开有内销孔（17）；回转体（1）上表面对称中心处固接有中空圆柱（21），中空圆柱内腔上部制成螺套（19），螺套中部径向开有销孔（20）；叶轮的螺纹接头（18）穿过中体（10）隔层中心的中圆孔（11），与回转体（１）间通过螺套（19）螺接在一起，用定位销（７）穿过销孔（20）和内销孔（17）固定二者相对位置。

2.根据权利要求1所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于构成反应容器外体的上体（１４）和中体（１０）的连接部制有螺纹，上体（１４）和中体（１０）之间为密封连接；中体（１０）和下体（８）的连接部也制有螺纹，中体（１０）和下体（８）之间为密封连接；上体（14）回转轴线上有进气管（4）与上体（１４）连为一体；进气管（４）旁边固定安装与上体（１４）连为一体的排气管（5），且排气管（5）上安装有气阀（6）；中圆孔（11）制作在中体（10）中间隔层中央。

3.根据权利要求1所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于叶轮（２）的轮轴上部对称安装有叶片（３）。

4.根据权利要求３所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于叶轮（２）的轮轴上安装叶片（３）的数目为大于或等于1的整数个。

5.根据权利要求３所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于叶轮（２）的轮轴上部从叶片（３）的上边沿以上部分的横截面积由下到上逐渐减小。

6.根据权利要求１所述结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于回转体（１）的内部加工有搅拌子容纳腔（22）。

7.根据权利要求2所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于反应器外体的中体（10）可制成变径中体（29）；变径中体（29）上的中上体（28）的直径与上体（14）的直径相等，且中上体（28）和上体（14）可螺接在一起，也可将二者的结合部加工为磨砂面并紧密结合在一起；变径中体（29）上的中下体（27）的直径和下体（8）的直径相等，且中下体（27）和下体（8）可螺接在一起，也可将二者的结合部加工为磨砂面并紧密结合在一起。

8.根据权利要求7所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于变径中体（29）的中上体（28）的直径可以大于也可以小于中下体（27）的直径。

9.根据权利要求１所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于回转体（1）可制成弹性夹回转体（23），弹性夹回转体（23）的横向两端有挡板（25）、两挡板间的纵向固装有弹性夹（24）与弹性夹回转体（23）连为一体，或横向两端固装弹性夹（24），纵向两端间安装挡板（25）。

10.根据权利要求9所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于弹性夹回转体（23）可做成由多个条状弹性夹（26）构成的回转体；多个条状弹性夹（26）构成的弹性夹回转体（23）的两端有挡板（25）、两挡板（25）间固定有多个条状弹性夹（26），条状弹性夹（26）的数目为大于2的自然数，呈对称或不对称排列。

11.根据权利要求1所述的结构简单、反应效率高的气固相反应器，其特征在于回转体（1）可制成由两个三面挡板（31）构成的挡板式回转体（30）。

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