一种可延长物料停留时间的动态管式反应器

1.本实用新型涉及化工设备领域，具体涉及一种可延长物料停留时间的动态管式反应器。


背景技术：

2.在过去的几十年里，传统的间歇生产方式一直是生产中常用且值得信赖的方法，但在近几年中，连续化生产正在成为一种优秀的替代方法。与传统的生产方式相比，连续化生产有着诸多优势，包括生产过程更加安全、生产更加自动化、产品质量更加稳定、生产效率更高等。而连续化反应器是连续化生产中的至关重要设备，反应器的样式、尺寸、结构等很大程度上决定着生产的效率和产品的质量。
3.连续化反应器是一种能够实现进料和出料同时进行的反应器，有着体积小、安全性强、传质效果好、生产效率高等优点，发展前景广阔。而强化传质是连续化反应器设计的关键所在，研究表明，利用搅拌来强化反应器中流体间的传质能达到较好的效果。目前已经有多种连续化反应器结构的设计，中国专利cn216799841u公开了一种动态管式反应器，该反应器是通过搅拌轴带动连续的螺旋桨叶对物料进行混合，能够强化流体之间的传质效果，但这种桨叶对流体具有较大的轴向推动作用，大大减少了流体在反应器内的停留时间，不利于物料的充分反应，并且该反应器仅仅依靠夹套换热，其换热量过小，无法适应大量放热的反应。这种情况下，一种能够延长物料在反应器内停留时间并能够充分换热的反应器便至关重要。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型的技术方案是：一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，包括反应腔外壳，搅拌轴、反应腔、螺旋管、支管、搅拌桨叶、固定柱、延时挡圈，反应物入口a，反应物入口b，反应产物出口，换热夹套，换热介质入口a，换热介质出口a，换热介质入口b，换热介质出口b，螺旋叶片，机械密封、动力组件，上述搅拌轴轴向设置在反应器中间，上述反应腔设置在搅拌轴外，上述螺旋管缠绕在搅拌轴外侧，上述支管垂直设置在搅拌轴两端，上述搅拌桨叶设置在搅拌轴外侧，上述固定柱设置在反应腔外壳内侧，上述延时挡圈设置在反应腔外壳内侧，上述反应物入口和反应产物出口设置在反应腔上，上述换热介质入口a和换热介质出口a设置在换热夹套上，上述换热介质入口b和换热介质出口b设置在搅拌轴上，上述螺旋叶片设置在换热夹套内，上述机械密封设置在反应腔两端，上述动力组件设置在搅拌轴两端。
5.进一步，上述延时挡圈总共设置3个，均匀的地轴向分布在反应腔外壳内侧。将反应腔室分为四部分，当物料充满前一部分后才能进入下一部分，延长了物料停留时间。
6.进一步，上述搅拌轴内部中空，换热介质可由换热介质入口b流入搅拌轴内，从换热介质出口b流出，强化传热。
7.进一步，上述螺旋管通过支管与搅拌轴内部连通，换热流体在搅拌轴和螺旋管内
能形成回路，强化传热。
8.进一步，上述换热夹套和搅拌轴内的换热流体采用逆流的方式，可以更加充分地换热。
9.进一步，上述搅拌轴带动搅拌桨叶和螺旋管旋转，配合固定柱，对流体进行搅拌，强化传质。
10.与现有技术相比，本实用新型的优点为：
11.(1)本实用新型中的延时挡圈可以延长物料在反应器内的停留时间，使反应更加充分，提高了反应物的转化率。
12.(2)本实用新型中搅拌轴带动搅拌桨叶、螺旋管对流体进行搅拌，配合固定柱，强化物料之间的混合、传质效果，并且不会产生返混，提高了生产效率。
13.(3)本实用新型中的搅拌轴内、螺旋管、夹套都可以通入换热流体，实现高效换热，保证反应的稳定性。
14.(4)本实用新型中换热夹套和搅拌轴内的换热流体采用了逆流的方式，可以更加充分地换热。
附图说明
15.图1为本实用新型的整体结构示意图。
16.图2为本实用新型的搅拌构件的局部结构示意图。
17.图3为本实用新型的支管结构示意图。
18.其中：1换热介质入口a、2反应物入口a、3反应物入口b、4换热夹套、5螺旋叶片、6延时挡圈、7固定柱、8搅拌桨叶、9螺旋管、10反应腔、11换热介质出口b、12机械密封、13支管、14搅拌轴、15反应腔外壳、16反应产物出口、17换热介质出口a、18动力组件、19换热介质入口b。
具体实施方式
19.下面结合附图通过以下实施方式对本实用新型进一步说明。
20.请参阅图1，一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，由换热介质入口a1、反应物入口a2、反应物入口b3、换热夹套4、螺旋叶片5、延时挡圈6、固定柱7、搅拌桨叶8、螺旋管9、反应腔10、换热介质出口b11、机械密封12、支管13、搅拌轴14、反应腔外壳15、反应产物出口16、换热介质出口a17、动力组件18、换热介质入口b19组成。
21.上述搅拌轴14轴向设置在反应器中间，上述反应腔10设置搅拌轴外，上述换热夹套4设置在反应腔10外，上述搅拌轴14内部中空，用于通换热流体，上述螺旋管9缠绕在搅拌轴14外侧，上述支管13垂直设置在搅拌轴14两端，螺旋管9的两端通过支管13与搅拌轴14相连。上述螺旋叶片5与固定柱7交替排列在螺旋管的空隙处，其中螺旋叶片5固定在搅拌轴14外侧，固定柱7固定在反应腔外壳15内侧，上述延时挡圈6固定在反应腔外壳15内侧，共设置3个，均匀分布，将反应腔10分为四部分，上述反应物入口a2、反应物入口b3设置在反应器前端，开口向上，上述反应产物出口16设置在反应器后端，开口向上，上述换热介质入口a1设置在换热夹套4前端，开口向上，上述换热介质出口a17设置在换热夹套4后端，开口向下，上述换热介质入口b19设置在搅拌轴14后端，开口向后，上述换热介质出口b11设置在搅拌轴
前端，开口向前，上述螺旋叶片5设置在换热夹套4内，上述机械密封12设置在反应腔10两端，上述动力组件18设置在搅拌轴14两端。
22.一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，该设备在使用时步骤如下：
23.首先检查换热夹套4，搅拌轴14，螺旋管9是否充满换热流体且换热设备是否已经开启，并检查换热流体是否有泄漏现象，然后开启搅拌轴14并检查其转动是否正常，最后向反应腔10内输送物料，反应物由反应物入口a2、反应物入口b3进入到反应腔10中，在反应腔10中，搅拌轴14上固定有搅拌桨叶8，外部缠绕螺旋管9，反应腔外壳15内部固定有固定柱7，当搅拌组件18带动搅拌轴14的旋转时，搅拌桨叶8，固定柱7，螺旋管9相互配合，对有物料提供强烈的混合效果，物料达延时挡圈6时，被阻挡在延时挡圈6前，当物料累积高度超过延时挡圈6后，物料会流过延时挡圈6继续向前流动，直到下一个延时挡圈6，总共重复3次，最后反应产物从反应产物出口16流出。换热介质从换热介质入口a1流入换热夹套4进行换热，在螺旋桨叶8的导流下流经换热夹套4，从换热介质出口a17流出。换热介质从换热介质入口b19流入搅拌轴14，一部分径直流过搅拌轴14，另一部分通过支管13流入螺旋管9中，流经螺旋管9后再通过支管13流入搅拌轴14，最后两部分换热介质汇流，从换热介质出口b11流出。
24.具体的，搅拌构件包括搅拌轴14、搅拌桨叶8，固定柱7，螺旋管9，若干搅拌桨叶8和固定柱7交替排列在螺旋管9的间隙处，搅拌轴14在转动时，搅拌桨叶8会给予流体较大的切向速度和较小的向前的轴向速度，固定柱8会给予流体较大的切向速度和较小向前和向后的轴向速度，其中搅拌柱7提供的一部分向后的轴向速度会与搅拌桨叶8产生的向前轴向速度相对抗，减小物料轴向速度的同时对流体产生扰动，促进流体混合，并且不会产生返混，螺旋管9在转动过程中产生的切向力，会使反应腔内的流场更加混乱，强化传质。当物料到达延时挡圈6前，由于物料的高度并未超过延时挡圈，物料会停留在延时挡圈6前，在物料汇集的过程中，搅拌构件仍然在不断对物料进行搅拌，达到了延长物料的反应时间的目的，当物料高度超过延时挡圈6后，会流过延时挡圈6，进入反应腔10的下一部分中，重复之前过程。这种方式大大延长了物料在反应腔内的停留时间，增加了物料的反应时长，提高了产品的产率，对于连续化生产有着重要的意义。
25.具体的，换热组件包括搅拌轴14，螺旋管9，换热夹套4，换热介质入口a1，换热介质出口a17，换热介质入口b19，换热介质出口b11，上述换热夹套4设置在反应腔外壳15外部，中空的搅拌轴14与螺旋管9相互连通，换热夹套4、搅拌轴14、螺旋管9均通入换热流体，形成双环热系统。换热介质从换热介质入口a1进入换热夹套4内，由螺旋叶片5引流，均匀通过夹套，从换热介质出口a17流出，换热介质从换热介质入口b19进入搅拌轴14内，由于搅拌轴14的两端均通过支管13与螺旋管9相连，故换热介质一部分径直通过搅拌轴14，另一部分通过支管13流入到螺旋管9中，流过螺旋管9的换热流体从搅拌轴14另一端的支管13流回搅拌轴14中，两部分换热流体汇流从换热介质出口b11流出。这样，该换热系统便实现了内外双换热，大大提高了换热效率。本实例中采用了换热夹套4中换热介质与搅拌轴14中换热介质逆流对冲的方式，即换热夹套4中的换热介质从反应器前端进，后端出，搅拌轴内的换热介质从反应器后端进，前端出，这种方式能够更加充分的换热，提高了换热效果。连续化生产中对温度稳定性的要求较高，需要反应器的温度波动保持在极小的区间内，这种双换热结构能够很好地满足要求。
26.整体来说，该动态管式反应器延长了物料在反应腔内的停留时间，增强了流体的
混合效果，强化了传质过程，提高了反应效率。并且该动态管式反应器增加了换热面积，进一步提高了换热效率，加强了对反应的控温效果，提高了反应的稳定性。
27.以上实施方案仅用于说明而非限制本实用新型的技术方案。不脱离本实用新型精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

技术特征：
1.一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，其特征在于：包括反应腔外壳，搅拌轴、反应腔、螺旋管、支管、搅拌桨叶、固定柱、延时挡圈，反应物入口a，反应物入口b，反应产物出口，换热夹套，换热介质入口a，换热介质出口a，换热介质入口b，换热介质出口b，螺旋叶片，机械密封、动力组件，上述搅拌轴轴向设置在反应器中间，上述反应腔设置在搅拌轴外，上述螺旋管缠绕在搅拌轴外侧，上述支管垂直设置在搅拌轴两端，上述搅拌桨叶设置在搅拌轴外侧，上述固定柱设置在反应腔外壳内侧，上述延时挡圈设置在反应腔外壳内侧，上述反应物入口和反应产物出口设置在反应腔上，上述换热介质入口a和换热介质出口a设置在换热夹套上，上述换热介质入口b和换热介质出口b设置在搅拌轴上，上述螺旋叶片设置在换热夹套内，上述机械密封设置在反应腔两端，上述动力组件设置在搅拌轴两端。2.根据权利要求1所述的一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，其特征在于，上述延时挡圈总共设置3个，均匀的地轴向分布在反应腔外壳侧，将反应腔室分为四部分，延时挡圈与反应腔外壳之间的间隙较小，当物料充满前一部分后才能进入下一部分。3.根据权利要求1所述的一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，其特征在于，上述搅拌轴内部中空，换热介质可由换热介质入口b流入搅拌内，从换热介质出口b流出。4.根据权利要求1所述的一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，其特征在于，上述螺旋管通过支管与搅拌轴内部连通，换热流体在搅拌轴和螺旋管内形成回路。5.根据权利要求1所述的一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，其特征在于，上述换热夹套和搅拌轴内的换热流体采用逆流的方式。6.根据权利要求1所述的一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，其特征在于，上述搅拌轴带动搅拌桨叶和螺旋管旋转，配合固定柱，对流体进行搅拌。

技术总结
本实用新型设计了一种可延长物料停留时间的动态管式反应器，包括反应腔外壳，搅拌轴、反应腔、螺旋管、支管、搅拌桨叶、固定柱、延时挡圈，反应物入口A，反应物入口B，反应产物出口，换热夹套，换热介质入口A，换热介质出口A，换热介质入口B，换热介质出口B，螺旋叶片，机械密封、动力组件。上述搅拌轴轴向设置在反应器中间，上述螺旋管缠绕在搅拌轴上，上述搅拌桨叶设置在搅拌轴外侧，上述固定柱设置在反应腔外壳内侧，上述延时挡圈设置在反应腔外壳内侧。本实用新型中的延时挡圈延缓了物料的推进速度，延长了物料在反应器内的停留时间。延长了物料在反应器内的停留时间。延长了物料在反应器内的停留时间。


技术研发人员：段振亚 逄鑫涛 张俊梅 孟宪强 任侠 张鑫
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/7/20