TW201707777A

TW201707777A - 裝置

Info

Publication number: TW201707777A
Application number: TW105123322A
Authority: TW
Inventors: 傑弗瑞史都華道尼; 馬汀盧卡斯施密特
Original assignee: 強生瑪西大維科技公司
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2017-03-01
Also published as: CN107921388A; GB201514334D0; GB201610528D0; CN107921388B; GB2541283A; WO2017025706A1; GB2541283B

Abstract

本發明係關於一種用於穩定混合容器中之攪拌軸的裝置，該混合容器具有位於其基底之出口，該裝置包含經組態以接納該攪拌軸之一端的軸接納軸承；及用於支撐該軸接納軸承且用於將該軸接納軸承與該混合容器之該出口隔開之支撐配置；其中該支撐配置包含漩渦減少構造。

Description

裝置

本發明係關於用於穩定攪拌軸之裝置。更特定言之，本發明係關於用於穩定攪拌軸之裝置，該攪拌軸不阻礙自穩定裝置定位於其中之容器移出材料。更特定言之，本發明係關於用於穩定包括漩渦碎機之攪拌軸的裝置。在另一配置中，本發明係關於諸如反應器之混合容器，其包括穩定攪拌軸之裝置。

各種製程要求諸如成份之組分經混合。在一些配置中，待混合之組分為流體或流體及固體兩者皆有。一般而言，組分在混合容器中經混合以形成所需要之混合物。在化學製程中，待混合之組分可為反應物及/或反應所需之其他組分(諸如催化劑)。此等組分可在轉移至反應器之前於混合容器中混合。或者，混合可在反應器中進行以使得混合及反應同時進行。在此配置中，自混合容器移出者將為反應之產物，視情況連同不反應之組分一起。在諸多反應中，需要混合反應物以確保其間足夠的接觸以使得有效或經改良之反應可發生。在一種配置中，待混合之反應物將為液體。在另一配置中，至少一種液體反應物將需要與氣態反應物混合。此外，一或多種固體可在液體及/或氣態反應物之情況下存在。

儘管各種機械裝置可用於促進混合，然而攪拌組分之機械混合器習知地用以提供所需混合水準。此等機械混合器可藉由諸如電動馬達之驅動單元供電。通常位於混合容器外部之驅動單元驅動葉輪片所附接之可旋轉軸。在操作驅動單元時，可旋轉軸經旋轉，其轉而旋轉葉輪片從而促進組分在混合容器中混合。

在其最簡單之形式中，可旋轉軸遠離驅動單元之端並未附接，且因此為自由端。此配置為簡單的，且因此具有低製造成本。然而，由於自由端未經附接，所以可旋轉軸在使用期間可能會搖動及/或振動，此可能會導致不完全混合且可能會導致混合裝置、尤其可旋轉軸連接至驅動單元之處的磨損。此在需要較長可旋轉軸以達成可接受混合之大混合容器中尤其成問題。

為了解決此等問題，已提出各種固持可旋轉軸之自由端的設計。一種該配置為所謂的『穩定軸承』總成，其位於混合容器中以使得其可接納攪拌軸之自由端，且從而在其旋轉時將其固持穩定從而防止搖動且減少或消除搖動。

穩定軸承之實例描述於US3149888及US3489469中。在此配置中，軸承位於混合容器之外部，且可旋轉軸延伸穿過混合容器之基底隨後其限制於穩定軸承中。在其他配置中，諸如描述於US4660989中之配置，穩定軸承位於混合容器內。

一般而言，可旋轉軸將位於混合容器之中心軸上以達成最佳混合。然而，由於混合容器之出口通常位於容器之底部中間，所以難以找到對於穩定軸承適合之位置。因此，使出口位於混合容器之底部中間的需求與使穩定軸承位於容器之底部中間以便確保可旋轉軸與容器之中心軸共軸的要求之間存在衝突。

對此所建議之解決方案為在混合容器內於較高位置處安裝穩定軸承以使得出口及穩定軸承皆可與中間軸對準。此類型之穩定軸承之實例描述於US2516918、US2657912、US2865615、US3443794、US3489469、US4932787、US5088832、US5568985、US5618107、US7378431及US7402023中。

在混合容器為反應器之情況下，當混合組分或產物流經由位於混合容器之底部的出口自混合容器抽取時，可能會形成漩渦。

當穩定軸承位於在出口上方較高位置處時，支撐穩定軸承在較高位置處且因此與混合容器之底部隔開之支腳其本身可促成漩渦產生。

漩渦之形成為不利的，此係由於其可能會導致氣體夾帶於自混合容器移出之液體中。其亦可能會導致在下游製程中分離較差或導致過度壓降。夾帶氣體之存在亦可能會導致下游泵中之空蝕。

為最小化自混合容器之底部回收之液體中的蒸氣夾帶，可直接在容器內部之出口之頂部上安裝所謂的『漩渦碎機』。此等漩渦碎機用來在液體離開排水管時降低液體之一定角速度。

漩渦碎機之一個實例描述於US8439071中。包含具有圓柱形篩網壁之籃的漩渦碎機裝配於容器出口上方。具有葉片之流動調節器(flow modifier)位於籃內以斷開徑向導向流。漩渦碎機之其他實例描述於US4696741、EP1309393、US8397751及WO2013/096570中。

儘管原則上先前技術之升高穩定軸承可與漩渦碎機組合使用，但所得結構將遭受各種缺陷及缺點。由於用於升高穩定軸承之支撐物本身增加漩渦，所以其使用尤其加重漩渦碎機必須試圖最小化之氣體夾帶的問題。此額外的複雜狀況可意謂，漩渦碎機並不能有效地防止漩渦形成，且因此將不能最小化或防止夾帶氣體形成。

儘管上文所描述之穩定軸承類型及漩渦碎機可能已為令人滿意的且在一些情況下可繼續為令人滿意的，但期望提供經改良之配置，其允許穩定軸承及漩渦碎機兩者皆存在，但相較於使用已知穩定軸承類型與已知漩渦碎機類型之各種組合可設想，存在於不太複雜之配置中。

根據本發明之第一態樣，提供一種用於穩定混合容器中之攪拌軸的裝置，該混合容器具有位於其基底之出口，該裝置包含：經組態以接納該攪拌軸之一端的軸接納軸承；及用於支撐該軸接納軸承且用於將該軸接納軸承與該混合容器之該出口隔開之支撐配置；其中該支撐配置包含漩渦減少構造。

因此，本發明之裝置提供用於攪拌軸之穩定軸承及漩渦減少構造。因此，用於將軸承與混合容器之基底分隔之構件提供漩渦減少構造。因此，勝於先前技術中所提及之增加漩渦形成可能性的支撐物，所述支撐物實際上減少且甚至可防止漩渦形成。

藉由提供軸承及漩渦減少構造作為單一配置，所得裝置為簡單、優美、機械穩定且建構便宜的。

由於本發明之裝置將減少或甚至消除漩渦形成，所以經由出口離開容器之液體中之夾帶氣體的量將減少。

可使用任何適合漩渦減少構造。在一種配置中，漩渦減少構造經組態以降低離開液體之角速度。此可藉由使用至少一個葉片實現。一般而言，將使用複數個葉片。此等葉片可以任何適合組態配置。在一種配置中，葉片可自裝置之中心軸徑向向外延伸至葉片之頂端。可使用兩個、三個、四個、五個、六個或更多個葉片。當存在複數個葉片時，其可均勻隔開或相鄰葉片之間的間隔可不同。

在一種配置中，存在四個大體上相等地隔開之葉片。在一種替代配置中，存在六個相等地隔開之葉片。

應理解，出口可僅為混合容器之基底中之孔。然而，在一種配置中，混合容器之基底可經成形以形成自基底向外延伸之井形出口。在此配置中，漩渦減少構造可經組態以延伸至經成形之出口。

軸接納軸承可具有任何適合組態。類似地，支撐配置可具有任何適合組態。在一種配置中，其可經組態為具有三個或四個支撐支腳之平台。

軸接納軸承可為裝置之獨立組件或其可與支撐配置一體地形成。

支撐配置可進一步包含自其延伸之凸緣。凸緣可界定自該軸接納軸承及該支撐配置側向延伸之圓周輪緣。在使用時，凸緣輔助導向材料自混合容器移出至出口。其亦可最小化可能在出口處遭受之干擾軸接納軸承操作的擾動。

應理解，本發明之第一態樣之裝置可由任何適合材料製造。所選擇之材料將視混合容器之用途而定。舉例而言，當混合容器為反應器時，裝置將經暴露之反應條件將決定所選擇之材料。在一種配置中，將使用金屬。

根據本發明之第二態樣，提供混合裝置，其包含：包含入口及出口之混合容器；延伸至該混合容器中之可旋轉攪拌軸；附接至該可旋轉攪拌軸之葉輪；及根據上文第一態樣之用於穩定攪拌軸之裝置，該裝置位於混合容器內且緊固至其內表面，以使得該穩定裝置位於出口上方，且可旋轉攪拌軸接納於軸接納軸承中。

混合容器可為反應器。

用於穩定攪拌軸之裝置可具有任何適合大小。在一種配置中，第一葉片之頂端與第二葉片之頂端之間的距離為出口之寬度的約1.5倍至約3倍、視情況約2倍至約2.5倍。當出口具有圓形截面時，距離將為出口之直徑的約1.5倍至約3倍、視情況約2倍至約2.5倍。

裝置可具有任何適合高度。在一種配置中，穩定裝置之大小可使得軸接納軸承與出口隔開之距離為出口之寬度的約1.5倍至約2.5倍、視情況約兩倍。當出口具有圓形截面時，距離為出口之直徑的約 1.5倍至約2.5倍、視情況約兩倍。

在一種替代配置中，本發明之第一態樣之裝置的高度將大約為出口之寬度的約1倍至約兩倍、視情況約1.5倍。當出口具有圓形截面時，高度將大約為出口之直徑的約1倍至約兩倍、視情況約1.5倍。

當凸緣存在於本發明之第一態樣之裝置中時，其可具有任何適合大小。在一種配置中，其延伸超過葉片之頂端的距離為出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。當出口具有圓形截面時，距離將為出口的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。在一種配置中，可藉由具有大體上相當於出口之寬度的三倍之直徑之圓盤形成凸緣。當出口具有圓形截面時，凸緣之直徑將為出口之直徑的約兩倍至約四倍、視情況約三倍。

在本發明之一種配置中，漩渦減少構造至少部分地延伸至出口中。在一種配置中，其延伸至出口中之距離為出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。當出口具有圓形截面時，其延伸至出口中之距離為出口之直徑的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。

在一種替代配置中，漩渦減少構造於出口上方之一部分在出口上方出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一之量的距離處終止。當出口具有圓形截面時，在出口上方出口之直徑的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一之量的距離處終止。

然而，應理解，漩渦減少構造可在允許實現漩渦形成之所需減少且較佳消除之任何適合位置終止。

當混合容器為用於氣體液體反應之反應器時，混合容器將包括用於將氣體引入反應器之構件。在一種配置中，混合容器將包括氣體饋入管道。氣體饋入管道可連接至氣體分散噴布器。在一種配置中，噴布器可包含氣體分散環。氣體分散環通常將經配置以使得其圍繞本發明之第一態樣之裝置。氣體分散環與上文第一態樣之裝置隔開的距離可為出口之寬度的約三倍至約五倍、視情況約四倍。當出口具有圓形截面時，距離將為出口之直徑的約三倍至約五倍、視情況約四倍。

本發明之混合容器可另外包括位於混合容器出口周圍之底表面上的障壁板。在一種配置中，障壁板可具有圓形組態。在使用時，障壁板最小化自氣體分散環流動至出口之氣體。

障壁板可具有任何適合大小。在一種配置中，其高度為出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。當出口具有圓形截面時，障壁板之高度為出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。

當障壁板形成圓時，環之直徑將為出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。當出口具有圓形截面時，圓之直徑將為出口之寬度的約四分之一至約四分之三、視情況約二分之一。

特定言之，本發明將以其中混合容器為反應器之配置作描述。特定言之，本發明將參考用於使烯烴氫甲醯化形成醛之反應器來描述，其中使烯烴與一氧化碳及氫氣接觸。通常將存在催化劑。

如圖1中所說明，反應器10包含具有頂壁14、側壁16及底壁18之反應器殼12。頂壁14、側壁16及底壁18界定用於容納液體之腔室20，該液體在氫甲醯化反應中將為烯烴。反應器殼12可具有任何截面組態，但通常其將為大體上圓柱形。

反應器10包括在操作時混合反應物之攪拌器。安裝於反應器殼12之外部的諸如電動馬達之驅動單元22耦接至攪拌軸24，該攪拌軸延伸至腔室20中。在操作時，驅動單元22使攪拌軸24旋轉，該攪拌軸轉而驅動葉輪26。葉輪26通常將包含複數個片。

攪拌軸24之末端嚙合穩定裝置28。穩定裝置28包含軸接納軸承30。軸接納軸承30准許攪拌軸24可繞其縱向軸線31旋轉，同時抑制攪拌軸24之振動及/或搖動。軸接納軸承30可具有任何適合組態，其限制條件為可實現此功能。

穩定裝置28亦包含自軸接納軸承30之底面向下延伸之支撐物32。支撐物32可與軸接納軸承30分開或可與其一體地形成。支撐物32支撐軸接納軸承30且將其與反應器殼12之出口34隔開。穩定裝置28適合藉由支撐物32貼附至反應器殼12之底壁18。支撐物32經組態以使得其准許流體經由出口34自腔室20流動。當穩定裝置28藉由任何適合構件固定至反應器殼12之底壁18時，支撐物32向軸接納軸承30提供穩定基底。

支撐配置32包含在圖2至8中詳細說明之流動調節層，其在流體經由該出口34離開該混合容器12之前調節流體流。因此，流動調節層為漩渦碎機。

由箭頭指示之自混合腔室20至出口34之流體出口路徑36由在支撐配置32下方及支撐配置32之流動調節層周圍的空間界定。支撐配置32之流動調節層經組態以影響此等流體出口路徑36中之流體，以降低流體出口路徑36中之流體的角速度。由於此減少或抑制漩渦形成，因此其將減少或抑制流體出口路徑36中之流體中的氣體夾帶。

在操作時，經由饋入管道40將液體烯烴38引入至混合腔室20中。

藉由驅動單元22驅動攪拌軸24圍繞其縱向軸線31旋轉，如由箭頭42指示。攪拌軸24之旋轉使葉輪26在混合腔室20內旋轉以便進行混合。

經由出口34自混合腔室20回收反應產物。當流體朝混合腔室20之底部行進時，由於葉輪26之影響，其保持角速度分量。產物流以此角速度分量沿流體出口路徑36向下且圍繞軸接納軸承30行進。產物流隨後遇到支撐配置32之流動調節層。此用於打碎流體流動且降低流體混合物之角速度分量。隨產物流之角速度分量降低，流動之主要分量為向下速度分量以使得產物流之進一步流動通常在朝出口34之向下方向上，其自該出口經傳送至下游處理或適當時至儲存容器。

混合裝置之下部區域的放大側視圖於圖2中說明，其中更詳細說明穩定裝置28。支撐配置32之流動調節層包含複數個葉片。在圖2中所說明之實施例中，支撐配置包含四個葉片，其中僅三個可見，其自支撐配置32之中心軸徑向延伸。第一葉片44自中心軸在第一方向上延伸，且在遠離中心軸的位置處之第一葉片頂端46終止。第二葉片48自中心軸在與第一方向相反之第二方向上延伸，且在遠離中心軸的位置處之第二葉片頂端50終止。第三葉片52自中心軸在橫向於第一及第二方向之第三方向上延伸，且在遠離中心軸的位置處之第三葉片頂端54終止。第四葉片並未在圖2中說明但在圖6中可見。第四葉片56自中心軸在與第三方向相反且橫向於第一及第二方向之第四方向上延伸，且在第四葉片頂端58終止。

通常由圖2中的參考數字60指示之各葉片之較低邊緣的部分在混合容器12之底壁18之最低水平面下方的水平面處終止。亦即，各葉片44、48、52及56之部分向下延伸至出口34中。

凸緣62自穩定裝置28圍繞穩定裝置28之圓周延伸。凸緣62自軸接納軸承30與支撐配置32之間的位置延伸。凸緣62輔助導向流出產物流至出口。

圖3為上文關於圖2所描述之特徵的透視圖。使用類似參考數字指示圖3中說明之與在圖1及圖2中所說明之特徵為共同的特徵。為了清楚起見，一些參考數字自圖3省略。

圖4說明支撐配置32之放大示意性側視圖，其中由參考字母D、H、S、T及W指示各種尺寸，其中：D為具有圓形截面之出口34的直徑；H為與混合容器12之底壁18之最低水平面相同的水平面之位置與支撐配置32之頂部之間的距離；S為凸緣62延伸超過支撐配置32之板之頂端的距離；T為與混合容器12之底壁18之最低水平面相同的水平面之位置與各板之較低邊緣60之間的距離。因此，其描述較低邊緣60在出口34之口上方或下方的距離；且W為支撐配置32之相對延伸板之頂端之間的距離。

尺寸可具有以下關係：W=2D；H=D；T=D/2；S=D/2。

然而，此等尺寸僅為指示性的且可在認為適合時變化以實現所需要之流動，且在支撐配置32中提供足夠的機械強度以使得軸接納軸承30可安裝於其上。

圖5說明支撐配置32之底部平面圖。第一板44、第二板48、第三板52及第四板56自中心軸31徑向向外延伸且以交叉組態經配置。亦即，第一葉片44在與第二葉片48相反之方向上延伸以使得第一葉片頂端46相對於第二葉片頂端50位於中心軸之相對側上。第三葉片52及第四葉片56在橫向於第一葉片44及第二葉片48之方向的方向上延伸。此外，第三葉片52在與第四葉片56相反之方向上延伸以使得第三葉片頂端54相對於第四葉片頂端58位於中心軸之相對側上。因此，葉片相等地間隔開且相鄰葉片之間的角度大體上為90°。

替代組態說明於圖6中。在此配置中，支撐配置32包含以星形組態配置之六個葉片。第一葉片64、第二葉片66、第三葉片68、第四葉片70、第五葉片72及第六葉片74自中心軸31徑向向外延伸。

第一葉片64在與第二葉片66相反之方向上延伸。第三葉片68及第四葉片70在與第一葉片64及第二葉片66之方向不同的方向上延伸。此外，第三葉片68在與第四葉片70之方向相反的方向上延伸。此外，第五葉片72及第六葉片74在與第一葉片64、第二葉片66、第三葉片68及第四葉片70之方向不同的方向上延伸。第五葉片72在與第六葉片74之方向相反的方向上延伸。因此，葉片相等地間隔開且相鄰葉片之間的角度大體上為60°。

支撐配置之一種替代配置說明於圖7中，說明穩定裝置28之支撐配置32的視情況選用之配置。在此視情況選用之配置中，板之較低邊緣60終止之水平面在混合容器12之底壁18的最低水平面上方。此對應於出口34之口上方的位置。

穩定裝置28之支撐配置32之又一配置說明於圖8中。在此視情況選用之配置中，板之較低邊緣60終止之水平面在與混合容器12之底壁18之最低水平面相同的水平面之位置處。此對應於出口34之入口。

當反應器欲用於氣體與液體之反應(諸如在氫甲醯化反應反應中)時，反應器10將包括用於引入氣體之構件。構件可位於任何適合位置。一種配置說明於圖9中。在此配置中，氣體饋入管道76允許氣體供應至氣體分散環78。因此，在氫甲醯化反應中，氫氣及一氧化碳經由此氣體分散環供應且因此可鼓泡通過烯烴。氣體分散環78包含通常為環形之管道，其經定位以使得其圍繞攪拌軸24。一般而言，環形之中心將與攪拌軸24之縱向軸線上之位置一致。氣體分散環78在管道之壁中包含孔隙或穿孔以准許氣體自氣體饋入管道76引入至混合腔室中。

如圖9中所說明，在一種配置中，反應器可另外包含自反應器殼12之底壁18向上延伸之板80。在一種配置中，板80包含圓柱形板，其經定位以使得其軸線與攪拌軸之縱向軸線同軸且使得其圍繞穩定裝置。

板80用以減少且較佳防止流體混合物中之氣泡到達支撐配置32之流動調節層，從而進一步減少自反應器10回收之產物流中的氣體夾帶。

在圖9中，由參考字母A、F及G指示多個尺寸，其中：A為板80之高度，亦即板80自底壁18向上延伸之距離；F為形成板80之圓柱的直徑；且G為氣體分散環78在與支撐配置32之頂部相同的水平面之位置上方的高度。

尺寸可具有以下關係：G=4D至6D；F=0.5D至3D； A=0.5D至1.5D。

氣體分散環78之截面直徑通常為與氣體饋入管道76之直徑相同的直徑。

然而，此等尺寸僅為指示性的且可在認為適合時變化以實現所需要之流動，經變化用於不同混合製程，及/或經變化用於不同待混合之流體。

儘管板80在使用氣體分散環76之情況下通常將存在，但其可省略。類似地，其可存在於不使用氣體分散環之配置中。

應理解，所描述之反應器可用於進行其他反應。

出於描述裝置之特徵之相對空間配置的目的，作出定向(例如頂、底、上方、下方等)之所有參考，且並不意欲以任何意義限制。

10‧‧‧反應器

12‧‧‧反應器殼

14‧‧‧頂壁

16‧‧‧側壁

18‧‧‧底壁

20‧‧‧腔室/混合腔室

22‧‧‧驅動單元

24‧‧‧攪拌軸

26‧‧‧葉輪

28‧‧‧穩定裝置

30‧‧‧軸接納軸承

31‧‧‧中心軸

32‧‧‧支撐物/支撐配置

34‧‧‧出口

36‧‧‧流體出口路徑

38‧‧‧液體烯烴

40‧‧‧饋入管道

42‧‧‧箭頭

44‧‧‧第一葉片

46‧‧‧第一葉片頂端

48‧‧‧第二葉片

50‧‧‧第二葉片頂端

52‧‧‧第三葉片

54‧‧‧第三葉片頂端

56‧‧‧第四葉片

58‧‧‧第四葉片頂端

60‧‧‧較低邊緣

62‧‧‧凸緣

64‧‧‧第一葉片

66‧‧‧第二葉片

68‧‧‧第三葉片

70‧‧‧第四葉片

72‧‧‧第五葉片

74‧‧‧第六葉片

76‧‧‧氣體饋入管道

78‧‧‧氣體分散環

80‧‧‧板

現將參考附圖描述本發明，其中：圖1 為用於混合流體之混合裝置的示意圖，其包含根據本發明之第一態樣的裝置；圖2 為圖1中所說明之混合裝置之下部區域的放大側視圖；圖3 為圖2之裝置的放大透視圖；圖4 為一種漩渦減少構造之配置的放大示意性側視圖；圖5 為根據本發明之裝置在視情況選用之配置中自下看的示意圖；圖6 為一種替代漩渦減少構造自下看之示意性底部平面圖；圖7 為另一替代漩渦減少構造自側面看之放大示意圖；圖8 為又一替代漩渦減少構造自側面看之放大示意圖；且圖9 為根據本發明之另外包括氣體饋入管道及氣泡轉向構件 (bubble diverting means)之裝置的放大示意性側視圖。