一種撞擊流反應器的製作方法

2023-05-19 01:11:51

專利名稱：一種撞擊流反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化工生產領域中的反應器，特別涉及一種撞擊流反應器。
背景技術：
化學反應過程是化工生產的核心與關鍵，對大多數液相反應過程而言，反應(器)裝置傳質及混合效果對反應質量及效率影響重大。目前反應器中使用最多的是攪拌槽反應器(Stirred Tank Reactor，簡稱STR)，但STR混合效果對於快速反應過程而言並不理想，某些情況下甚至對反應質量及效率產生不利影響。因此，研究開發新型高效混合反應器成為當前化工領域強化快速反應過程亟待解決的問題，許多撞擊流反應器專利由此應運而生，它的主要特徵是通過兩股相向流體的高速撞擊達到強化傳質等目的，經過多年研究，撞擊流表現出良好的混合特性，尤其是能夠顯著強化微觀混合。然而在眾多撞擊流反應器專利中，如專利「一種用於液相反應的撞擊流反應器」(專利號CN200510045866. 5)通過泵的作用，給液體一定的速度，使其相向撞擊，另一專利「無旋立式循環撞擊流反應器」(專利號CN200720083472. 3)通過導流筒內螺旋槳作用，促使流體相向撞擊，兩者都能達到強化混合的目的，但由於流團總是傾向於隨流線運動，處於被分割的流團間相互接觸很困難，而上述專利都只注重兩流體相向撞擊，除此之外，很少涉及流體團的運動方式和撞擊區之外的流場混合情況，因此撞擊區的強化混合具有一定的限度，而且除了撞擊區之外的強化混合，其它區域混合較弱。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中存在的不足提供一種不僅能強化撞擊流的撞擊過程，而且能強化撞擊區之外的流場混合的撞擊流反應器。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案為一種撞擊流反應器，在所述反應器上設有進料口和卸料口，在反應器內設置有兩個導流筒，在導流筒的出口之間形成流體撞擊區域，在各導流筒中對應設有螺旋槳，所述螺旋槳的螺旋方向相反，分別用於推動流體從進料口經導流筒向流體撞擊區域流動，其特徵在於在各導流筒內壁上設有螺旋式導流片。按上述技術方案，各螺旋式導流片的螺旋方向與其對應的螺旋槳的螺旋方向相同。按上述技術方案，兩導流筒內的螺旋式導流片的出口呈錯位分布。按上述技術方案，兩螺旋式導流片的出口位置為135° 225°。按上述技術方案，所述反應器為立式反應器，兩導流筒垂直同軸的安設在反應器內，所述兩螺旋槳同軸的安設在對應的導流筒內。按上述技術方案，所述反應器為臥式反應器，兩導流筒左、右對稱同軸的安設在反應器內，所述兩螺旋槳安設在對應的導流筒內。按上述技術方案，所述螺旋槳的槳葉傾角15°飛0°。
按上述技術方案，所述螺旋式導流片的厚度為導流筒內徑的1/12 1/10。按上述技術方案，所述螺旋式導流片的螺距為導流筒內徑的1/3 1。本發明所取得的有益效果為
1、該反應器是通過在導流筒內壁上設置螺旋式導流片，使導流筒內的流體流動伴隨著強烈的旋轉、湍流和螺旋流的相互作用，使湍動強度大大增加，緊接著在撞擊區域上相互撞擊，從而進一步強化撞擊過程，獲得更高的強化混合效果，並且旋轉的流體能帶動導流筒進、出口周圍的流體相互混合，其卷吸能力、摻混作用比無旋流大，使混合流場範圍擴大，同時導流筒內部由於螺旋式導流片的設置出現了流線彎曲及流動斜交，提高了流場的各向異性，使流場中速度分層明顯，增大速度梯度，從而強化了撞擊區之外的流場混合；
2、本發明既保留了強烈的微觀混合和液體連續循環流動，又強化了撞擊過程和撞擊區域之外的混合，使反應器內的流體達到均勻混合的時間縮短，大幅度提高生產效率，能獲得良好的經濟性能。


圖1是立式結構的撞擊流反應器的結構示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是圖1的B局部放大圖。圖4是螺旋槳槳葉的傾角示意圖。圖5是導流筒的結構示意圖。圖6是螺旋式導流片的結構示意圖。圖7是螺旋式導流片的出口位置錯位示意圖。圖8是立式結構的撞擊流反應器的立體結構示意圖。圖9是臥式結構的撞擊流反應器的結構示意圖。圖10是臥式結構的撞擊流反應器的立體結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。實施例1:
如圖1至圖8所示，一種撞擊流反應器，它為立式結構，它包括反應器支座1、圓筒形反應器3、進料管2、排氣管5、卸料管8、導流筒4、螺旋式導流片7以及螺旋槳6，反應器3固定在反應器支座I上，反應器I的上下端均設有進料口，通過進料管2連接，所述的卸料管8安設在反應器I的下端，所述的排氣管5設置在反應器3的上端，在反應器3的內部的上、下端同軸安裝有兩個導流筒4，在導流筒的出口之間形成流體撞擊區域IZ，在導流筒4內同軸設置有兩個旋向相反的螺旋槳6，分別用於推動流體從上端和下端經導流筒4向流體撞擊區域IZ流動，為了強化撞擊過程，在各導流筒的內壁上設有螺旋式導流片7。本發明的工作過程為兩個螺旋槳6的旋轉，帶動反應器3內流體分別從上、下端的進料口旋動進入導流筒4，由於導流筒4內壁附近的流體受到螺旋式導流片7作用，阻礙流體縱向流動，使流體流線彎曲及流動斜交，並引導其旋轉流出導流筒4，在撞擊區域IZ相向撞擊，然後從撞擊區域IZ中流出的流體通過導流筒4外壁與反應器3內壁之間返回到螺旋槳6與反應器3端部之間的區域，同時，在導流筒4的進、出口區域，由於旋動流體的進出伴隨著強烈的卷吸和摻混，流體的流向為從導流筒的進口到導流筒內螺旋再到撞擊區域IZ，經過撞擊區域IZ撞擊後的流體再到導流筒外壁與反應器內部之間，再到導流筒的進口，如此循環流動。經試驗，當兩螺旋槳的槳葉傾角α為15。飛0°時，可以進一步增強流體的混合性能和循環能力。為了進一步增大本發明的撞擊力，可使各螺旋式導流片的螺旋方向與其對應的螺旋槳的螺旋方向相同。如圖7所示，由於流體沿著螺旋式導流片7出射時，存在一定的出射角，因此可調整螺旋式導流片在兩個導流筒之間的出口位置，可使其出口位置呈0° 360°錯位分布，當流體沿著螺旋式導流片從導流筒出口位置流出時，不同的錯位流 出角能增強流體卷吸、摻混能力和剪切流場，從而強化了撞擊過程的流場混合。當兩螺旋式導流片的出口位置呈β角，當β角為135° 225°時，流體出口旋度得到疊加增大，增強流體卷吸、摻混，撞擊效果比較好。本發明可調整螺旋式導流片7的厚度，當厚度增大時，流體縱向流動受阻增大，能耗增加，但流團受到擾動增大，流線改變，並且速度也發生變化，導致導流筒4內流體速度分層明顯，速度梯度增大，從而使導流筒4內的流體混合範圍增大和湍動強度增加，從而強化了撞擊前的流場混合。當螺旋式導流片7的厚度L為導流筒4內徑的1/12 1/10，在該範圍內，流體縱向流動受阻較小，但速度梯度較大，撞擊混合效果比較好。本發明可調整螺旋式導流片7的圈數，由於導流筒4高度一定，螺旋式導流片7的圈數變化時，其螺距也發生變化，當圈數增加時，導流筒4內流體出口旋度增加，減小了撞擊速度，但其對導流筒4進、出口的流體的卷吸、摻混作用加強，使反應器內的流體混合範圍增大和湍動強度增加，從而強化了撞擊過程。由於導流筒4高度一定時，因為導流筒內徑的變化(如減小)會影響反應器撞擊區的流體流量(減小)，進而影響撞擊區中的單位體積能量耗散率變化(增大)，而單位體積能量耗散率(增大)對微觀混合有重要(增強)的影響，當螺旋式導流片7的螺距H為導流筒4內徑的1/3 1時，流體出射角較小，使其旋度增大，增強了流體出口處的卷吸、摻混，撞擊混合效果比較好。實施例2:
如圖9、10所示，實施例2中所述的撞擊流反應器與實施例1中的撞擊流反應器的結構基本相同，不同之處在於，它為臥式結構，所述的進料管2設置在反應器3的左、右兩端，所述的導流筒4設置在反應器3的左、右兩端。綜上所述，本發明的撞擊流反應器既保留了強烈的微觀混合和液體連續循環流動，又強化了撞擊過程和撞擊區域之外的混合，使反應器內的流體達到均勻混合的時間縮短，大幅度提高生產效率，能獲得良好的經濟性能。
權利要求
1.一種撞擊流反應器，在所述反應器上設有進料口和卸料口，在反應器內設置有兩個導流筒，在導流筒的出口之間形成流體撞擊區域，在各導流筒中對應設有螺旋槳，所述螺旋槳的螺旋方向相反，分別用於推動流體從進料口經導流筒向流體撞擊區域流動，其特徵在於在各導流筒內壁上設有螺旋式導流片。
2.根據權利要求1所述的撞擊流反應器，其特徵在於各螺旋式導流片的螺旋方向與其對應的螺旋槳的螺旋方向相同。
3.根據權利要求2所述的撞擊流反應器，其特徵在於兩導流筒內的螺旋式導流片的出口呈錯位分布。
4.根據權利要求3所述的撞擊流反應器，其特徵在於兩螺旋式導流片的出口位置為 135。 225。。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種撞擊流反應器，其特徵在於所述反應器為立式反應器，兩導流筒垂直同軸的安設在反應器內，所述兩螺旋槳同軸的安設在對應的導流筒內。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的一種撞擊流反應器，其特徵在於所述反應器為臥式反應器，兩導流筒左、右對稱同軸的安設在反應器內，所述兩螺旋槳安設在對應的導流筒內。
7.根據權利要求5所述的一種撞擊流反應器，其特徵在於所述螺旋槳的槳葉傾角 15° 60°。
8.根據權利要求6所述的一種撞擊流反應器，其特徵在於所述螺旋槳的槳葉傾角 15° 60°。
9.根據權利要求1或2所述的一種撞擊流反應器，其特徵在於所述螺旋式導流片的厚度為導流筒內徑的1/12 1/10。
10.根據權利要求1或2所述的一種撞擊流反應器，其特徵在於所述螺旋式導流片的螺距為導流筒內徑的1/3 1。
全文摘要
本發明公開了一種撞擊流反應器，在所述反應器上設有進料口和卸料口，在反應器內設置有兩個導流筒，在導流筒的出口之間形成流體撞擊區域，在各導流筒中對應設有螺旋槳，所述螺旋槳的螺旋方向相反，分別用於推動流體從進料口經導流筒向流體撞擊區域流動，其特徵在於在各導流筒內壁上設有螺旋式導流片。本發明既保留了強烈的微觀混合和液體連續循環流動，又強化了撞擊過程和撞擊區域之外的混合，使反應器內的流體達到均勻混合的時間縮短，大幅度提高生產效率，能獲得良好的經濟性能。
文檔編號B01J19/18GK102989404SQ20121050253
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者楊俠, 羅燕, 郭釗, 萬攀 申請人:武漢工程大學