CN216458782U - 一种适合平衡反应的间歇反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适合平衡反应的间歇反应装置，其包括反应釜以及与所述反应釜连接的外部冷凝装置；所述外部冷凝装置至少包括一个冷凝器，所述冷凝器的进口以及出口均与所述反应釜相通，所述冷凝器还与接收罐连接；本实用新型结构合理，设计新颖，通过搅拌机构可以对原料以及溶剂进行搅拌，并且可以从内部对原料以及溶剂进行均匀加热，加快反应速率，通过第一冷凝器以及第二冷凝器冷凝的物料反复回流到反应釜反应，微溶于第一冷凝器以及第二冷凝器中的成分不断从反应系统分离开来，反应不断向右移动，转化率趋向100％，大大提高了平衡反应的转化率，也降低了原料消耗和能耗，缩短了反应时间。

Description

一种适合平衡反应的间歇反应装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体为一种适合平衡反应的间歇反应装置。

背景技术

有机合成中有很多反应是两分子反应，生成一个较大分子和一个小分子，这其中存在大量平衡反应，即化学平衡常数不是很大。目前精细化工中间歇反应系统一般由1台反应釜和1台冷凝器组成，操作时将反应原料、溶剂和催化剂加入反应釜中，冷凝器把挥发的原料和溶剂冷凝下来再回到釜中。这种传统反应系统用于平衡反应时，生成物全部混在反应液中，反应不能充分向右移动，主要的缺点是转化率低，原料消耗也大，为此，我们提出一种适合平衡反应的间歇反应装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，公开了一种适合平衡反应的间歇反应装置，其包括反应釜以及与所述反应釜连接的外部冷凝装置；

所述外部冷凝装置至少包括一个冷凝器，所述冷凝器的进口以及出口均与所述反应釜相通，所述冷凝器还与接收罐连接；

所述反应釜内设置有搅拌机构，所述搅拌机构外接电机，所述反应釜上设置有进料口以及出料口，所述反应釜上配置有控温装置；

所述搅拌机构包括转轴，所述转轴顶端与电机连接，所述转轴下端安装有安装板，所述安装板上贯穿有电加热棒，所述电加热棒上端安装有齿轮，所述齿轮外圈啮合连接有齿圈，所述齿圈安装于反应釜上壁面，所述电加热棒上设置有导热管。

优选的，所述外部冷凝装置包括一个冷凝器，所述冷凝器下端通过第一收集管连接有第一接收罐，所述冷凝器上端通过进料管与反应釜连接。

优选的，所述外部冷凝装置包括两个冷凝器，左侧所述冷凝器通过进料管与反应釜连接，左侧所述冷凝器与右侧所述冷凝器之间通过连接管连接，左侧所述冷凝器下端连接有三通管，所述三通管左端与所述反应釜之间通过回流管连接，所述三通管通过第二收集管连接有第二接收罐，右侧所述冷凝器下端通过第一收集管连接有第一接收罐。

优选的，所述外部冷凝装置包括三个冷凝器，左侧所述冷凝器与反应釜通过进料管连接，中部所述冷凝器下端连接有三通管，所述三通管与反应釜之间通过回流管连接，所述回流管上连通有四通管，所述四通管左右两侧与回流管连接，所述四通管上端与左侧所述冷凝器连接，所述四通管下端通过第三收集管连接有第三接收罐，右侧所述冷凝器通过第一收集管连接有第一接收罐，相邻的所述冷凝器之间通过连接管连接。

优选的，所述三通管三个通口处均设置有第一阀门，所述四通管四个通口处均设置有第二阀门。

优选的，所述回流管上设置有单向阀。

优选的，所述反应装置还包括第四接收罐，所述第四接收罐分别与三通管以及四通管之间通过连管连通，所述第四接收罐与回流管之间通过软管连接，所述软管上设置有小型水泵。

优选的，所述安装板下壁面安装有支撑杆，所述支撑杆下端转动安装于反应釜内下壁面，所述支撑杆下端固定套装有加强板，所述电加热棒下端转动安装于加强板上壁面。

优选的，所述电加热棒的数量为四个，所述电加热棒沿安装板圆周均匀设置。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型结构合理，设计新颖，通过搅拌机构可以对原料以及溶剂进行搅拌，并且可以从内部对原料以及溶剂进行均匀加热，加快反应速率，通过第一冷凝器以及第二冷凝器冷凝的物料反复回流到反应釜反应，微溶于第一冷凝器以及第二冷凝器中的成分不断从反应系统分离开来，反应不断向右移动，转化率趋向100％，大大提高了平衡反应的转化率，也降低了原料消耗和能耗，缩短了反应时间。

附图说明

图1为本实用新型中设置三个冷凝器时示意主视图；

图2为本实用新型中设置两个冷凝器时示意主视图；

图3为本实用新型中设置一个冷凝器时示意主视图；

图4为本实用新型中齿轮与齿圈配合示意俯视图；

图5为本实用新型中设置多个冷凝器时示意主视图。

图中：1-反应釜、5-冷凝器、3-搅拌机构、4-电机、31-转轴、32-安装板、33-电加热棒、34-齿轮、35-齿圈、36-导热管、6-第一收集管、2-第一接收罐、7-进料管、8-连接管、9-三通管、10-回流管、11-第二收集管、12-第二接收罐、14-四通管、15-第三收集管、16-第三接收罐、17-第一阀门、18-第二阀门、13-单向阀、19-第四接收罐、20-软管、21-支撑杆、22-加强板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，一种适合平衡反应的间歇反应装置，其包括反应釜1以及与反应釜1连接的外部冷凝装置；

外部冷凝装置至少包括一个冷凝器5，冷凝器5的进口以及出口均与反应釜1相通，冷凝器还与接收罐连接；

反应釜1内设置有搅拌机构3，搅拌机构3外接电机4，电机4安装于反应釜1上壁面，反应釜1上设置有进料口以及出料口，所述反应釜1左侧设置有检修门，反应釜1上配置有控温装置；

搅拌机构3包括转动贯穿反应釜1上壁面的转轴31，转轴31顶端与电机4驱动端连接，转轴31下端安装有安装板32，安装板32上均匀转动贯穿有电加热棒33，电加热棒33上端安装有齿轮34，齿轮34外圈共同啮合连接有齿圈35，齿圈35安装于反应釜1上壁面，电加热棒33上设置有导热管36。

启动电机4，电机4转动带动转轴31转动，从而使安装板32转动，安装板32转动带动电加热棒33以转轴31为轴心公转，当电加热棒33公转时，通过齿轮34在齿圈35上转动，使电加热棒33自转，从而使导热管36自转并且公转，对原料以及溶剂充分的反应，并且通过对电加热棒33加热，使导热管36加热，配合转动，对溶剂进行加热，使反应更快，效率高。

在本实用新型的部分实施案例中，外部冷凝装置包括一个冷凝器5，冷凝器5下端通过第一收集管6连接有第一接收罐2，冷凝器5上端通过进料管7与反应釜1连接。

针对部分构成相对简单的混合物，由于其各组分的沸点不同，通过设置反应釜1的加热温度，先将沸点低的组分汽化，调整冷凝器5的冷凝温度，使其中低沸点的某个或者某些组分冷凝，通过第一收集管6收集到第一接收罐2内，然后再次通过调整反应釜1的温度，进一步使下一沸点范围内的组分汽化，同时配合调整冷凝器5的温度，进一步使不同沸点的物料冷凝于第一接收罐2内，对不同沸点区间的多组分收集时，需要频繁更换第一接收罐2进行收集。但是，在我们的研究过程中发现，该体系只能针对部分构成相对简单的混合物进行分离，并且存在转化不完全，分离组分纯度低的情况。

在本实用新型的部分实施案例中，我们又开发了第二套方案，具体而言，外部冷凝装置包括两个冷凝器5，左侧冷凝器5通过进料管7与反应釜1连接，左侧冷凝器5与右侧冷凝器5之间通过连接管8连接，左侧冷凝器5下端连接有三通管9，三通管9左端与反应釜1之间通过回流管10连接，三通管9通过第二收集管11连接有第二接收罐12，右侧冷凝器5下端通过第一收集管6连接有第一接收罐2。

在这种体系下，通过反应釜1加热温度，使物料汽化，汽化的物料依次进入到冷凝器5内，通过调整冷凝器5温度，使部分低沸点组分通过右侧冷凝器5冷凝收集于第一接收罐2内，使稍高沸点的组分通过左侧冷凝器5冷凝，关闭三通管9下端的第一阀门17，通过稍高沸点的组分通过左侧冷凝器5冷凝，通过回流管10回流到反应釜1内，在反应釜1内继续汽化，重复上述操作，使溶于稍高沸点的组分内的低沸点组分通过右侧冷凝器5冷凝收集于第一接收罐2内，当物料内的低沸点组分全部收集于第一接收罐2内后，将三通管9下端第一阀门17打开，将三通管9左端第一阀门17关闭，将稍高组分的组分通过左端冷凝器5冷凝，通过第二收集管11收集于第二接收罐12内。

在本实用新型的部分实施案例中，我们又开发了第三套方案，具体而言，外部冷凝装置包括三个冷凝器5，左侧冷凝器5与反应釜1通过进料管7连接，中部冷凝器5下端连接有三通管9，三通管9与反应釜1之间通过回流管10连接，回流管10上连通有四通管14，四通管14左右两侧与回流管10连接，四通管14上端与左侧冷凝器5连接，四通管14下端通过第三收集管15连接有第三接收罐16，右侧冷凝器5通过第一收集管6连接有第一接收罐2，相邻的冷凝器5之间通过连接管8连接。

在这种体系下，当设置三个冷凝器5时，通过反应釜1加热温度，使物料汽化，依次对组分进行分离，关闭三通管9上下端的第一阀门17，关闭四通管14上的第二阀门18，汽化的物料依次经过三个冷凝器5冷凝，调整冷凝器5的冷凝温度，使低沸点的组分通过右端冷凝器5冷凝，收集于第一接收罐2内，经过左侧冷凝器5冷凝高沸点的组分，通过中间的冷凝器5冷凝稍高沸点的组分，经过冷凝的高沸点组分和稍高沸点的组分通过回流管10回流到反应釜1内继续汽化，重复上述操作，使溶于高沸点组分以及稍高沸点组分中的少量低沸点组分逐渐收集于第一接收罐2内，当低沸点组分全部收集于第一接收罐2内后，将三通管9下端的第一阀门17打开，将三通管9左端的第一阀门17关闭，与上述操作相同，将稍高沸点的组分收集于第二接收罐12内，当稍高沸点的组分全部收集于第二接收罐12内后，将四通管14下端的第二阀门18打开，使高沸点的组分通过第三收集管15收集于第三接收罐16内。

具体而言，三通管9三个通口处均设置有第一阀门17，四通管14四个通口处均设置有第二阀门18。

具体而言，回流管10上设置有单向阀13。

通过单向阀13避免反应釜1内汽化的物料通过回流管10传输。

具体而言，反应装置还包括第四接收罐19，第四接收罐19分别与三通管9以及四通管14之间通过连管连通，第四接收罐19与回流管10之间通过软管20连接，软管20上设置有小型水泵。

在试验中我们发现第三套体系进行组分的汽化分离后，部分分离物中出现杂质峰，而这些杂质峰在原料中从来未有过，因此，我们怀疑体系中可能引入了新物质，经过多次试验发现，在四通管14以及三通管9的下端的阀门关闭时，会有少许的物料不能进行重复汽化残留于四通管14以及三通管9内，在打开阀门收集时，组分会向下流入到接收罐内，导致收集的组分不精纯，四通管14以及三通管9内容易残留冷凝的物料不能进入到反应釜1进行反复分离，致使打开三通管9下端第一阀门17进入到第二接收罐12内的组分以及打开四通管14下端的第二阀门18进入到第三接收罐16内的组分存在杂质，不能对组分进行完全的分离，通过设置的第四接收罐19，在四通管14以及三通管9内存在的少量液化的物料通过连管进入到第四接收罐19内，在水泵的作用下，使液化的物料通过软管20传送到回流管10内回流到反应釜1内，对组分进行分离。

具体而言，安装板32下壁面安装有支撑杆21，支撑杆21下端转动安装于反应釜1内下壁面，支撑杆21下端固定套装有加强板22，电加热棒33下端转动安装于加强板22上壁面。

通过支撑杆21对安装板32进行支撑，通过加强板22可以加强电加热棒33的连接。

具体而言，电加热棒33的数量为四个，电加热棒33沿安装板32圆周均匀设置。

实施例：当反应釜1连接一个冷凝器5时，对物料内的不同沸点组分进行分离时，需要针对不同沸点调整反应釜1的加热温度，并且调整冷凝器5的冷凝温度，实现对不同沸点的组分进行分离，需要更换不同的第一接收罐2进行收集不同的组分，组分收集不纯；

当反应釜1连接两个冷凝器5时，通过第一接收罐2以及第二接收罐12对不同的组分进行收集，通过左侧冷凝器5冷凝下来的组分b通过回流管10回流到反应釜1内，继续汽化，使溶于组分b内的组分c逐渐从组分b中分离出来，使分离的更加彻底，使收集的组分更精纯，适合对两种组分的混合物进行分离；

当反应釜1连接三个冷凝器5时，通过第一接收罐2、第二接收罐12以及第三接收罐16对不同的组分进行收集，通过第一接收罐2对组分c进行收集，通过中部冷凝器5以及左侧冷凝器5冷凝下来的组分通过回流管10回流到反应釜1内，继续汽化，重复上述操作，使其内残留的组分c冷凝于第一接收罐2内，与上述操作相同，使组分b冷凝于第二接收罐12内，使组分a冷凝于第三接收罐16内，通过反复汽化，使组分分离更彻底，使收集的组分更精纯，适合对三种组分的混合物进行分离。

根据多次试验证明，针对某些组分相对负责的混合物，单次汽化对组分进行分离时，组分分离的不彻底，使组分收集的不精纯，通过反复汽化可以对组分进行充分的冷凝分离，根据不同数量组分组成的物料进行分离时，适当添加冷凝器5、四通管14以及接收罐的数量，实现对不同组分进行精纯分离。

在本方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘安装’、‘相连’、‘连接’、‘相通’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，其包括反应釜(1)以及与所述反应釜(1)连接的外部冷凝装置；

所述外部冷凝装置至少包括一个冷凝器(5)，所述冷凝器(5)的进口以及出口均与所述反应釜(1)相通，所述冷凝器还与接收罐连接；

所述反应釜(1)内设置有搅拌机构(3)，所述搅拌机构(3)外接电机(4)，所述反应釜(1)上设置有进料口以及出料口，所述反应釜(1)上配置有控温装置；

所述搅拌机构(3)包括转轴(31)，所述转轴(31)顶端与电机(4)连接，所述转轴(31)下端安装有安装板(32)，所述安装板(32)上贯穿有电加热棒(33)，所述电加热棒(33)上端安装有齿轮(34)，所述齿轮(34)外圈啮合连接有齿圈(35)，所述齿圈(35)安装于反应釜(1)上壁面，所述电加热棒(33)上设置有导热管(36)。

2.根据权利要求1所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述外部冷凝装置包括一个冷凝器(5)，所述冷凝器(5)下端通过第一收集管(6)连接有第一接收罐(2)，所述冷凝器(5)上端通过进料管(7)与反应釜(1)连接。

3.根据权利要求2所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述外部冷凝装置包括两个冷凝器(5)，左侧所述冷凝器(5)通过进料管(7)与反应釜(1)连接，左侧所述冷凝器(5)与右侧所述冷凝器(5)之间通过连接管(8)连接，左侧所述冷凝器(5)下端连接有三通管(9)，所述三通管(9)左端与所述反应釜(1)之间通过回流管(10)连接，所述三通管(9)通过第二收集管(11)连接有第二接收罐(12)，右侧所述冷凝器(5)下端通过第一收集管(6)连接有第一接收罐(2)。

4.根据权利要求3所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述外部冷凝装置包括三个冷凝器(5)，左侧所述冷凝器(5)与反应釜(1)通过进料管(7)连接，中部所述冷凝器(5)下端连接有三通管(9)，所述三通管(9)与反应釜(1)之间通过回流管(10)连接，所述回流管(10)上连通有四通管(14)，所述四通管(14)左右两侧与回流管(10)连接，所述四通管(14)上端与左侧所述冷凝器(5)连接，所述四通管(14)下端通过第三收集管(15)连接有第三接收罐(16)，右侧所述冷凝器(5)通过第一收集管(6)连接有第一接收罐(2)，相邻的所述冷凝器(5)之间通过连接管(8)连接。

5.根据权利要求4所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述三通管(9)三个通口处均设置有第一阀门(17)，所述四通管(14)四个通口处均设置有第二阀门(18)。

6.根据权利要求4所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述回流管(10)上设置有单向阀(13)。

7.根据权利要求4所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括第四接收罐(19)，所述第四接收罐(19)分别与三通管(9)以及四通管(14)之间通过连管连通，所述第四接收罐(19)与回流管(10)之间通过软管(20)连接，所述软管(20)上设置有小型水泵。

8.根据权利要求1所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述安装板(32)下壁面安装有支撑杆(21)，所述支撑杆(21)下端转动安装于反应釜(1)内下壁面，所述支撑杆(21)下端固定套装有加强板(22)，所述电加热棒(33)下端转动安装于加强板(22)上壁面。

9.根据权利要求1所述的一种适合平衡反应的间歇反应装置，其特征在于，所述电加热棒(33)的数量为四个，所述电加热棒(33)沿安装板(32)圆周均匀设置。

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