CN209451855U - 一种制备超细粉体的撞击流反应釜 - Google Patents
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Abstract
一种制备超细粉体的撞击流反应釜,涉及一种反应釜,釜体外侧设有换热夹套,顶盖上设置压力计、温度计及安装放空阀的气体出口,釜底下端设有循环出料口,釜体上部设溢流口;釜底下部循环出口与下层喷嘴相连;两组进料口为同轴对置,进料口中间开设三个出料口,三个中心出料口位置处于两层进料口中间,两层进料口中间设置互为120°的水平出料口,进料口上层安装弧形弧形换热挡板(10),进料口上下端也设有弧形弧形换热挡板,且挡板间距及曲率可调;弧形换热挡板设为上下两组,其中下组挡板在最低处开设导流口。本实用新型的结构包括换热板与中间出料口抑制副反应形成的条件,可进行循环混合,方便操作,特别适用于多种超细粉体的制备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种反应釜,特别是涉及一种制备超细粉体的撞击流反应釜。
背景技术
撞击流技术在相间传递方面具有独特性质,现已成为工业应用上的一种重要流动形式,不乏国内外学者对其进行研究,已广泛应用于混合、干燥、吸收、燃烧、结晶、超细粉体制备等领域。经过几十年的发展,撞击流的结构形式不断完善,尤其在进入 21 世纪以来,流体力学实验和 CFD模拟手段日新月异,对撞击流的研究发展起到了巨大的推动作用。液体连续相撞击流(LIS)具有高效微观混合、强烈压力波动和促进过程动力学等对分子尺度过程极有价值的性质。
其中撞击流设备用于液相法制备纳米材料已被广泛应用,其原理是两股从不同方向喷射出的流动流体,在相遇处形成强烈撞击,并分别在撞击区域的横纵两向形成一个强烈湍动状态,同时液体连续相撞击流中的流向拟周期振荡不存在一个固定的周期,其振荡频率主要存在于低频区,一般为 4 Hz 以下。根据专利CN 103611487A描述,大幅低频震荡可以强化宏观混合,小幅高频震荡强化微观混合。研究发现:在小喷嘴间距 L < 10D (L 为喷嘴间距;D 为两对置喷嘴内径和的平均值)下,当喷嘴间距L从d增大到3d,振幅A也随之增大;而当L从3d增大到5d,A值将不再继续变大,而是随着L的增大逐渐减小,趋于稳定。
两股流体相互撞击后,够极大的促进传热、传质效率并加速两种反应液的反应。目前已成功应用于吸收、混合、传热等化工过程。近年来,人们在使用撞击流反应釜制备纳米材料领域也取得了重要进展,如T型反应釜、Y型微通道道反应釜。
如,中国专利CN 103611487撞击流反应釜,其上下腔室过高,撞击面与腔室撞击作用不尽理想,喷嘴处喷出物料与周围流体卷吸作用强度弱,并且物料反应条件单一,不适用于复杂工况。
本申请人曾申请专利CN 106669582 A,一组分层对称挡板式撞击流混合反应釜,经实际运行证明其反应釜内部结构过于复杂,不便安装和清洗,同时对生成物与反应物要求粘性不能过大,同时,各折流板间隙的确定非常不易,且对周围流场无卷吸作用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种制备超细粉体的撞击流反应釜,本实用新型的结构包括换热板与中间出料口抑制副反应形成的条件,可进行循环混合,方便操作,特别适用于多种超细粉体的制备。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
一种制备超细粉体的撞击流反应釜,所述釜体为立式直筒状,上部设有椭圆形顶盖,下部设有椭圆形釜底,反应釜包括温度表、压力表、排气口、换热夹套、右进料管、左进料管、右进料喷嘴、左进料喷嘴、出料口、右循环进料口、左循环进料口、右循环进料喷嘴、左循环进料喷嘴、弧形挡板、釜体、顶盖、釜底、变频器;釜体外侧设有换热夹套,顶盖上设置压力计、温度计及安装放空阀的气体出口,釜底下端设有循环出料口,釜体上部设溢流口;釜底下部循环出口与下层喷嘴相连;两组进料口为同轴对置,进料口中间开设三个出料口,三个中心出料口位置处于两层进料口中间,两层进料口中间设置互为120°的水平出料口,进料口上层安装弧形弧形换热挡板,进料口上下端也设有弧形弧形换热挡板,且挡板间距及曲率可调;弧形换热挡板设为上下两组,其中下组挡板在最低处开设导流口,两组挡板内设置换热管;进料管设为多组同轴对置,且直径、长度相同,进料管出口端安装有喷嘴,喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3; 反应釜外部设置四个变频器连接喷嘴,变频器调节阀连接出料口。
所述的一种制备超细粉体的撞击流反应釜,所述出料口夹角互为120°
所述的一种制备超细粉体的撞击流反应釜,所述水平撞击面振荡频率为4~10hz。
所述的一种制备超细粉体的撞击流反应釜,所述撞击驻点震荡范围在0.1d~0.5d。
本实用新型的优点与效果是:
1.本实用新型的结构设计克服了物料撞击流反应通道单一,撞击面无序震荡以及无序小涡流消耗能量,高混合度产物与低混合度产物混合降低最终产物的品质等缺点。容易安装,对物料粘度要求不高,同时可以进行多种物料的混合,换热板与中间出料口抑制副反应形成的条件,也可进行循环混合,方便操作,特别适用于多种超细粉体的制备。
2. 本实用新型突显了撞击流强化相间传递的效果,弥补了物料在高混合度区域内未被利用的缺点,降低了混合时间,提高出料浓度。撞击面的大幅低频震荡可以强化宏观混合,同时循环出料口重复对物料的利用,增加了物料的利用率。弧形换热挡板强化了反应釜的传热传质效率。当反应釜内压力超过许用压力,可通过放空阀释放压力;当釜内液体达到反应(混合)要求时,可打开出料口再经后续处理,得到产物。反应釜壁外设有换热夹套 ,可以在反应期间加热或冷却工艺介质。进料管喷嘴设置为浸没状态可以增加物料的接触和停留时间,强化相间传递,使混合更充分。本反应釜独特的结构设计,具有处理效率高,操作简便,维护费用低的特点,适用于将物料进行均匀混合和快速反应的过程,拓宽了撞击流技术在工业生产中的应用范围。
附图说明
图1为本实用新型整体结构组成示意图。
图中部件:温度表1、压力表2、排气口3、换热夹套4、右进料管5、左进料管14、右进料喷嘴6、左进料喷嘴15、出料口7、右循环进料口8、左循环进料口13、右循环进料喷嘴9、左循环进料喷嘴12、弧形弧形换热挡板10、釜体16、顶盖17、釜底18、变频器19。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型为提高两种或两种以上液体的混合度和混合速率,提供了一种水平双层对置对称挡板制备超细粉体撞击流反应釜,包括温度表1、压力表2、排气口3、换热夹套4、右进料管5、左进料管14、右进料喷嘴6、左进料喷嘴15、出料口7、右循环进料口8、左循环进料口13、右循环进料喷嘴9、左循环进料喷嘴12、弧形弧形换热挡板10、釜体16、顶盖17、釜底18、变频器19。釜体外形为立式直筒型,上部为椭圆形顶盖,下部为椭圆形釜底,釜体外壁设置换热夹套;进料管为多组同轴对置,且直径、长度相同,顶盖上设置压力计、温度计及安装在放空阀的气体出口,釜底下端设有循环出料口;釜体上部设溢流口,进料口上下端设有弧形弧形换热挡板,在进料口中间开设三个出料口;进料管出口端安装有喷嘴,喷嘴直径、间距可根据实际工况需要调整,喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3,釜底下部循环出口与下层喷嘴相连;进料管为多组同轴对置,且直径、长度相同,进料调节阀调节流量波动使撞击面震荡。反应釜的两组进料口为同轴对置,喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3。三个中心出料口位置处于两层进料口中间,出料口夹角互为120°。出料口的大小按照生成物的粘度调节,或选择用泵抽取出料。弧形换热挡板分上下两组,其中下组挡板在最低处开设导流口,两组挡板内设置换热管,弧形弧形换热挡板曲率按照反应物或生成物的最大黏度调节。弧形挡板的间距视工况需要应可调。反应釜外部设置四个变频器连接喷嘴,用于调节喷嘴流量;液液在釜体内实现浸没状态下的流体撞击和混合,水平撞击驻点在规定范围内大幅低频振荡,水平撞击面振荡频率为4~10hz,并且撞击驻点震荡范围在0.1d~0.5d。变频器调节阀连接出料口,按照预设流量波动频率出料。进料口上层安装弧形弧形换热挡板10,且挡板间距及曲率可调。釜体外侧设置换热夹套根据工况需要进行加热或冷却;两层进料口中间设置互为120°的水平出料口,根据反应产物的黏性选择出料方式。物料通过多组喷嘴同时进入反应区,在撞击区进行对撞,撞击后流体沿径向流动,弧形弧形换热挡板促进大涡流的形成,等到反应物完全浸没时打开出料口和循环出料口。
液相工艺介质在泵的推动下(图中未涉及),经过变频器预设流量波动频率所需流量进入多组进料管,物料进入后在釜中中心处发生撞击,撞击区内的压力分布明显增加,且高湍流强度促使物料快速混合,撞击后由内部流场分布可知物料沿径向流动脱离高湍动区,射流进入环境横流后,射流横断面的面积会由于卷吸环境流体不断增加,断面形状也发生变化,在断面形状变化过程中,射流中逐渐形成一对反向旋转的涡流,涡流会对周围流体产生卷吸作用,对整个环境流场进行剪切作用,形成多个无序小涡流,消耗整个流场能量。在受到对称弧形换热挡板的限制后产生回流,回流的物料重新回到高湍动区内发生二次撞击,此时撞击区的湍流强度因回流而增加,涡流区域增大,促使混合反应进一步快速有效的进行反应或混合。进料流量的变化人为的限定了撞击面的振幅和频率,双层喷嘴产生多个撞击面,其中:径向撞击面为大幅低频振荡,强化混合器的宏观混合,混合时间明显缩短,混合效率高。同时,撞击面的震荡破坏弧形换热挡板的边界层,提高整个反应釜的换热效率。
Claims (2)
1.一种制备超细粉体的撞击流反应釜,所述反应釜为立式直筒状,上部设有椭圆形顶盖,下部设有椭圆形釜底,其特征在于,反应釜包括温度表(1)、压力表(2)、排气口(3)、换热夹套(4)、右进料管(5)、左进料管(14)、右进料喷嘴(6)、左进料喷嘴(15)、出料口(7)、右循环进料口(8)、左循环进料口(13)、右循环进料喷嘴(9)、左循环进料喷嘴(12)、弧形换热挡板(10)、釜体(16)、顶盖(17)、釜底(18)、变频器(19);釜体外侧设有换热夹套,顶盖上设置压力计、温度计及安装放空阀的气体出口,釜底下端设有循环出料口,釜体上部设溢流口;釜底下部循环出口与下层喷嘴相连;两组进料口为同轴对置,进料口中间开设三个出料口,三个中心出料口位置处于两层进料口中间,两层进料口中间设置互为120°的水平出料口,进料口上层安装弧形换热挡板(10),进料口上下端也设有弧形弧形换热挡板,且挡板间距及曲率可调;弧形换热挡板设为上下两组,其中下组挡板在最低处开设导流口,两组挡板内设置换热管;进料管设为多组同轴对置,且直径、长度相同,进料管出口端安装有喷嘴,喷嘴间距与喷嘴直径比为L/d=3;反应釜外部设置四个变频器连接喷嘴,变频器调节阀连接出料口。
2.根据权利要求1所述的一种制备超细粉体的撞击流反应釜,其特征在于,所述出料口夹角互为120°。
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CN201821515198.7U CN209451855U (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种制备超细粉体的撞击流反应釜 |
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CN109225117A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-01-18 | 沈阳化工大学 | 一种制备超细粉体的撞击流反应釜 |
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