CN101444715A - 自吸式搅拌反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自吸式搅拌反应器。所述的自吸式搅拌反应器，包括筒体及安装在筒体中间的搅拌装置，其特征在于所述的搅拌装置包括带进气孔的空心搅拌轴，空心搅拌轴下部依次连接设置自吸式搅拌桨、下层搅拌桨，自吸式搅拌桨处连接设置出气支管，出气支管与空心搅拌轴连通。本发明的自吸式搅拌桨处加设分散气体的出气支管、用上推式轴流桨作为下层搅拌桨、并采用全挡板结构，这三种措施都在不同程度上降低气体开始吸入的临界转速，并增加了气体吸入量，气液接触良好，传质效率提高，使搅拌转速、搅拌能耗的协调变得简单，从而使产品的收率显著提高。

Description

自吸式搅拌反应器

技术领域

本发明涉及一种自吸式搅拌反应器，尤其适用于气-液和气-液-固非均相反应过程。

背景技术

气-液和气-液-固多相搅拌反应器是一类很重要的反应器，并且经常需要把反应器顶部的气体重新分散到液相中，以提高反应速率与气体利用率。自吸式气液反应器是一种不用额外的气体输送机械而能自行吸入反应器上部空间气体进行气液接触的反应装置，通过特殊设计的自吸式搅拌桨在进行料液混合的同时不断吸入外界的气体，达到气液分散、反应的目的。然而自吸式搅拌桨的一个重要特点是，只有当搅拌转速达到临界转速以上时，才会有气体吸入并分散到液体中来，并且转速越高气体吸入量越大；当转速低于临界转速时，就像普通的搅拌桨一样工作，没有气体吸入。与气体外循环的反应器相比，这是它的不足之处。

目前国内外各种专利所述的自吸式搅拌桨，都采用空心叶轮，出气孔在叶轮上，桨型结构比较复杂。而且把出气孔放在叶轮上，对于一定的叶轮直径，对应的临界转速也是固定的。尤其对于叶轮直径较小的反应器，气体吸入的临界转速就很高。随着自吸式叶轮浸没深度的增加，临界转速增加，气体吸入量减少。所以对于双层桨的自吸式反应器，为了吸入更多的气体，把自吸式桨作为上层桨。这样要依靠液相的总体流动，才能把气泡分散到釜下部的空间中。如设计不当，釜下部的气含率远低于釜上部的气含率。

现有的专利报道并没有研究下层桨的影响，也没有研究挡板对临界转速以及吸气量的影响。对于气-液-固三相搅拌反应器，经常为了防止颗粒堵塞轴承而不设置底支撑，造成运转不够稳定，并且易损坏；并且进气孔都设在同一平面上，使搅拌轴的强度下降。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的在于提供一种临界转速低、吸气量大、混合效果好的自吸式搅拌反应器。

所述的自吸式搅拌反应器，包括筒体及安装在筒体中间的搅拌装置，其特征在于所述的搅拌装置包括带进气孔的空心搅拌轴，空心搅拌轴下部依次连接设置自吸式搅拌桨、下层搅拌桨，自吸式搅拌桨处连接设置出气支管，出气支管与空心搅拌轴连通。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于筒体内配合设置一组挡板，挡板的外侧与筒体内壁间隙连接固定。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于下层搅拌桨为上推式轴流桨。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于空心搅拌轴下端与设置在筒体的底部的底支撑活动连接。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于出气支管穿设于自吸式搅拌桨的中部。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于出气支管的端部设置出气孔，且其管端斜切向下。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于空心搅拌轴上部不同径向平面上配合设置两组或两组以上进气孔，进气孔的周围连接设置加强环。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于下层搅拌桨与自吸式搅拌桨的距离不大于1.5倍桨径，出气支管的长度为自吸式搅拌桨桨径的1.3-2.5倍。

所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于出气支管的长度为自吸式搅拌桨桨径的1.8倍。

本发明的自吸式搅拌桨处加设分散气体的出气支管、用上推式轴流桨作为下层搅拌桨、并采用全挡板结构，这三种措施都在不同程度上降低气体开始吸入的临界转速，并增加了气体吸入量，气液接触良好，传质效率提高，使搅拌转速、搅拌能耗的协调变得简单，从而使产品的收率显著提高。

附图说明

图1为本发明自吸式搅拌反应器的结构示意图。

图2为本发明中自吸式搅拌桨采用的斜叶桨结构示意图。

图3为本发明中自吸式搅拌桨采用的推进式桨结构示意图。

图4为本发明中自吸式搅拌桨采用的涡轮式桨结构示意图。

图中：1-筒体、2-空心搅拌轴、3-挡板、4-底支撑、5-下层搅拌桨、6-出气支管、7-自吸式搅拌桨、8-进气孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本自吸式搅拌反应器，包括筒体1及安装在筒体1中间的搅拌装置，所述的搅拌装置包括带进气孔8的空心搅拌轴2，空心搅拌轴2下部依次连接设置自吸式搅拌桨7、下层搅拌桨5，自吸式搅拌桨7处连接设置出气支管6，出气支管6与空心搅拌轴2连通，空心搅拌轴2下端与设置在筒体1的底部的底支撑4活动连接。

本自吸式搅拌反应器的空心搅拌轴2通过电机带动旋转进行搅拌，筒体1上部的气体从进气孔8吸入，经空心搅拌轴2和出气支管6进入液相中，桨叶的剪切作用使气泡进一步破碎，气泡随液相总体流动分散到反应器的不同位置，实现气液的接触反应。

如图1所示，出气支管6穿设于自吸式搅拌桨7的中部，端部设置出气孔，且其管端斜切向下。本发明中，出气支管6的数目优选为6-9个，出气支管6的长度为自吸式搅拌桨7桨径的1.8倍。出气支管6根据不同情况也可以设置在自吸式搅拌桨7的下侧。

下层搅拌桨5为上推式轴流桨，且与自吸式搅拌桨7的距离不大于1.5倍桨径。空心搅拌轴2上部不同径向平面上配合设置进气孔8，进气孔8的周围连接设置加强环。本发明中进气孔8的总面积不低于出气孔的总面积，根据不同情况也可以设置两组或两组以上，每组两个或两个以上的不同形式的进气孔8。

如图1所示，筒体1内配合设置一组挡板3，挡板3的外侧与筒体1内壁间隙连接固定所述间隙为挡板3厚度的三分之一。本发明中，挡板3优选4-6块均布设置。

本发明的关键部件是带出气支管6的自吸式搅拌桨7，它在液体中旋转时出气孔处液体的动能增加而压力下降。出气孔处液体与筒体1顶部空间气体之间的压力差就是气体吸入的动力。出气支管6的长度与结构可以调节，很容易解决已有技术中存在的吸气量与搅拌转速的协调问题。筒体1上部的气体从进气孔8吸入，经空心搅拌轴2和出气支管6进入液相中。桨叶的剪切作用使气泡进一步破碎，气泡随液相总体流动分散到反应器的不同位置。

下层搅拌桨5不仅决定了气泡在筒体1下部空间的分散情况，而且对自吸式叶轮的气体吸入量有很大影响。用上推式轴流桨做为下层搅拌桨5使自吸式桨的吸气量增加30％以上，桨间距越小则气体吸入量增加越多。最佳的组合是采用下压式斜叶涡轮桨(PBTD)做为自吸式搅拌桨7的搅拌部分，对称出气支管6的长度为1.8倍的自吸式搅拌桨7的桨径，采用上提式斜叶涡轮桨或上提推进式搅拌桨做为下层搅拌桨5，下层搅拌桨5的桨径大于等于自吸式搅拌桨7的桨径。自吸式搅拌桨的叶片部分可以根据搅拌的需要进行变化，图2、图3、图4举例表示了叶轮为斜叶桨、推进式桨与涡轮式桨的构造情况。

为了提高空心搅拌轴2的强度，进气孔8不都开在同一平面上。可以三个进气孔8位于同一平面，另三个进气孔8位于另一个平面。进气孔8位置错开，两个开孔平面分别进行补强。

挡板3采用全挡板结构使临界转速下降，气体吸入量提高。空心搅拌轴2底部设立底支撑4，提高搅拌器高速运转时的稳定性，同时也有利于筒体1的大型化。本反应器视需要可设置夹套、内换热盘管作为换热部件。另外，针对一定的操作压力还附设包括安全阀、***膜在内的安全防护装置。

以下为本发明的冷模研究：

在直径0.4m容积84L的有机玻璃釜内进行冷模实验，发现带出气支管的自吸式桨比MZX型反应器的涡轮自吸式桨的临界转速低一半以上，吸气量大约是它的二倍。以上提式搅拌桨作为下层桨，使吸气量进一步增加40％-50％。对上述现象进行了深入的理论研究，并建立了临界转速与吸气量的半理论模型，与实验结果吻合良好。

由流体力学理论证明，对于任何形式的的自吸式搅拌桨，加气体吸入支、用上提式搅拌桨作为下层桨、采用全挡板结构，这三种措施都会在不同程度上降低气体开始吸入的临界转速并增加气体吸入量。从理论和实验中都发现，反应器直径越大，这些优势越明显。

以下为采用本发明的几个实例比较：

实例1

直径0.7m有效容积为200L的二氯苯钾酸盐羧化反应装置，采用双叶片桨式叶轮搅拌，转速200rpm，反应时间16小时。采用自吸式搅拌气液反应器，转速不变的情况下反应时间缩短为8小时，且副产物减少，从而原料消耗下降了30％。

实例2

有效容积为10000L的二氯苯酚钾盐羧化反应装置，采用双叶片桨式叶轮搅拌，转速200rpm，反应时间18小时。采用自吸式搅拌气液反应器，转速不变的情况下反应时间缩短为9小时，且副产物减少，从而原料消耗下降了30％。

实例3

有效容积为1000ML的二氯苯酚钾盐羧化反应装置，采用双叶片桨式叶轮搅拌，转速450rpm，反应时间16小时。采用自吸式搅拌气液反应器，转速200rpm的情况下反应时间缩短为9小时，基本没有焦油产生，原料消耗下降了20％。

综上所述，本发明充分掌握控制吸气的规律，使吸气量与搅拌转速、搅拌能耗的协调变得简单，气液接触良好，传质效率大大提高，化学反应更加完全，从而大大缩短了反应时间，使产品的收率显著提高；而且桨叶搅拌的形式不限，完全可以适应不同搅拌的需要。

Claims (9)

1.自吸式搅拌反应器，包括筒体(1)及安装在筒体(1)中间的搅拌装置，其特征在于所述的搅拌装置包括带进气孔(8)的空心搅拌轴(2)，空心搅拌轴(2)下部依次连接设置自吸式搅拌桨(7)、下层搅拌桨(5)，自吸式搅拌桨(7)处连接设置出气支管(6)，出气支管(6)与空心搅拌轴(2)连通。

2.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于筒体(1)内配合设置一组挡板(3)，挡板(3)的外侧与筒体(1)内壁间隙连接固定。

3.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于下层搅拌桨(5)为上推式轴流桨。

4.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于空心搅拌轴(2)下端与设置在筒体(1)的底部的底支撑(4)活动连接。

5.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于出气支管(6)穿设于自吸式搅拌桨(7)的中部。

6.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于出气支管(6)的端部设置出气孔，且其管端斜切向下。

7.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于空心搅拌轴(2)上部不同径向平面上配合设置两组或两组以上进气孔(8)，进气孔(8)的周围连接设置加强环。

8.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于下层搅拌桨(5)与自吸式搅拌桨(7)的距离不大于1.5倍桨径，出气支管(6)的长度为自吸式搅拌桨(7)桨径的1.3-2.5倍。

9.如权利要求书1所述的自吸式搅拌反应器，其特征在于出气支管(6)的长度为自吸式搅拌桨(7)桨径的1.8倍。

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