CN102989404B - 一种撞击流反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种撞击流反应器，在所述反应器上设有进料口和卸料口，在反应器内设置有两个导流筒，在导流筒的出口之间形成流体撞击区域，在各导流筒中对应设有螺旋桨，所述螺旋桨的螺旋方向相反，分别用于推动流体从进料口经导流筒向流体撞击区域流动，其特征在于在各导流筒内壁上设有螺旋式导流片。本发明既保留了强烈的微观混合和液体连续循环流动，又强化了撞击过程和撞击区域之外的混合，使反应器内的流体达到均匀混合的时间缩短，大幅度提高生产效率，能获得良好的经济性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工生产领域中的反应器，特别涉及一种撞击流反应器。
背景技术
化学反应过程是化工生产的核心与关键，对大多数液相反应过程而言，反应(器)装置传质及混合效果对反应质量及效率影响重大。目前反应器中使用最多的是搅拌槽反应器（Stirred Tank Reactor，简称STR），但STR混合效果对于快速反应过程而言并不理想，某些情况下甚至对反应质量及效率产生不利影响。因此，研究开发新型高效混合反应器成为当前化工领域强化快速反应过程亟待解决的问题，许多撞击流反应器专利由此应运而生，它的主要特征是通过两股相向流体的高速撞击达到强化传质等目的，经过多年研究，撞击流表现出良好的混合特性，尤其是能够显著强化微观混合。然而在众多撞击流反应器专利中，如专利“一种用于液相反应的撞击流反应器”（专利号：CN200510045866.5）通过泵的作用，给液体一定的速度，使其相向撞击，另一专利“无旋立式循环撞击流反应器”（专利号：CN200720083472.3）通过导流筒内螺旋桨作用，促使流体相向撞击，两者都能达到强化混合的目的，但由于流团总是倾向于随流线运动，处于被分割的流团间相互接触很困难，而上述专利都只注重两流体相向撞击，除此之外，很少涉及流体团的运动方式和撞击区之外的流场混合情况，因此撞击区的强化混合具有一定的限度，而且除了撞击区之外的强化混合，其它区域混合较弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中存在的不足提供一种不仅能强化撞击流的撞击过程，而且能强化撞击区之外的流场混合的撞击流反应器。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种撞击流反应器，在所述反应器上设有进料口和卸料口，在反应器内设置有两个导流筒，在导流筒的出口之间形成流体撞击区域，在各导流筒中对应设有螺旋桨，所述螺旋桨的螺旋方向相反，分别用于推动流体从进料口经导流筒向流体撞击区域流动，其特征在于在各导流筒内壁上设有螺旋式导流片。
按上述技术方案，各螺旋式导流片的螺旋方向与其对应的螺旋桨的螺旋方向相同。
按上述技术方案，两导流筒内的螺旋式导流片的出口呈错位分布。
按上述技术方案，两螺旋式导流片的出口位置为135°~225°。
按上述技术方案，所述反应器为立式反应器，两导流筒垂直同轴的安设在反应器内，所述两螺旋桨同轴的安设在对应的导流筒内。
按上述技术方案，所述反应器为卧式反应器，两导流筒左、右对称同轴的安设在反应器内，所述两螺旋桨安设在对应的导流筒内。
按上述技术方案，所述螺旋桨的桨叶倾角15°~60°。
按上述技术方案，所述螺旋式导流片的厚度为导流筒内径的1/12~1/10。
按上述技术方案，所述螺旋式导流片的螺距为导流筒内径的1/3~1。
本发明所取得的有益效果为：
1、该反应器是通过在导流筒内壁上设置螺旋式导流片，使导流筒内的流体流动伴随着强烈的旋转、湍流和螺旋流的相互作用，使湍动强度大大增加，紧接着在撞击区域上相互撞击，从而进一步强化撞击过程，获得更高的强化混合效果，并且旋转的流体能带动导流筒进、出口周围的流体相互混合，其卷吸能力、掺混作用比无旋流大，使混合流场范围扩大，同时导流筒内部由于螺旋式导流片的设置出现了流线弯曲及流动斜交，提高了流场的各向异性，使流场中速度分层明显，增大速度梯度，从而强化了撞击区之外的流场混合；
2、本发明既保留了强烈的微观混合和液体连续循环流动，又强化了撞击过程和撞击区域之外的混合，使反应器内的流体达到均匀混合的时间缩短，大幅度提高生产效率，能获得良好的经济性能。
附图说明
图1是立式结构的撞击流反应器的结构示意图。
图2是图1的A-A向剖视图。
图3是图1的B局部放大图。
图4是螺旋桨桨叶的倾角示意图。
图5是导流筒的结构示意图。
图6是螺旋式导流片的结构示意图。
图7是螺旋式导流片的出口位置错位示意图。
图8是立式结构的撞击流反应器的立体结构示意图。
图9是卧式结构的撞击流反应器的结构示意图。
图10是卧式结构的撞击流反应器的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图8所示，一种撞击流反应器，它为立式结构，它包括反应器支座1、圆筒形反应器3、进料管2、排气管5、卸料管8、导流筒4、螺旋式导流片7以及螺旋桨6，反应器3固定在反应器支座1上，反应器1的上下端均设有进料口，通过进料管2连接，所述的卸料管8安设在反应器1的下端，所述的排气管5设置在反应器3的上端，在反应器3的内部的上、下端同轴安装有两个导流筒4，在导流筒的出口之间形成流体撞击区域IZ，在导流筒4内同轴设置有两个旋向相反的螺旋桨6，分别用于推动流体从上端和下端经导流筒4向流体撞击区域IZ流动，为了强化撞击过程，在各导流筒的内壁上设有螺旋式导流片7。
本发明的工作过程为：两个螺旋桨6的旋转，带动反应器3内流体分别从上、下端的进料口旋动进入导流筒4，由于导流筒4内壁附近的流体受到螺旋式导流片7作用，阻碍流体纵向流动，使流体流线弯曲及流动斜交，并引导其旋转流出导流筒4，在撞击区域IZ相向撞击，然后从撞击区域IZ中流出的流体通过导流筒4外壁与反应器3内壁之间返回到螺旋桨6与反应器3端部之间的区域，同时，在导流筒4的进、出口区域，由于旋动流体的进出伴随着强烈的卷吸和掺混，流体的流向为：从导流筒的进口到导流筒内螺旋再到撞击区域IZ，经过撞击区域IZ撞击后的流体再到导流筒外壁与反应器内部之间，再到导流筒的进口，如此循环流动。
经试验，当两螺旋桨的桨叶倾角α为15°~60°时，可以进一步增强流体的混合性能和循环能力。为了进一步增大本发明的撞击力，可使各螺旋式导流片的螺旋方向与其对应的螺旋桨的螺旋方向相同。
如图7所示，由于流体沿着螺旋式导流片7出射时，存在一定的出射角，因此可调整螺旋式导流片在两个导流筒之间的出口位置，可使其出口位置呈0°~360°错位分布，当流体沿着螺旋式导流片从导流筒出口位置流出时，不同的错位流出角能增强流体卷吸、掺混能力和剪切流场，从而强化了撞击过程的流场混合。当两螺旋式导流片的出口位置呈β角，当β角为135°~225°时，流体出口旋度得到叠加增大，增强流体卷吸、掺混，撞击效果比较好。
本发明可调整螺旋式导流片7的厚度，当厚度增大时，流体纵向流动受阻增大，能耗增加，但流团受到扰动增大，流线改变，并且速度也发生变化，导致导流筒4内流体速度分层明显，速度梯度增大，从而使导流筒4内的流体混合范围增大和湍动强度增加，从而强化了撞击前的流场混合。当螺旋式导流片7的厚度L为导流筒4内径的1/12~1/10，在该范围内，流体纵向流动受阻较小，但速度梯度较大，撞击混合效果比较好。
本发明可调整螺旋式导流片7的圈数，由于导流筒4高度一定，螺旋式导流片7的圈数变化时，其螺距也发生变化，当圈数增加时，导流筒4内流体出口旋度增加，减小了撞击速度，但其对导流筒4进、出口的流体的卷吸、掺混作用加强，使反应器内的流体混合范围增大和湍动强度增加，从而强化了撞击过程。由于导流筒4高度一定时，因为导流筒内径的变化（如减小）会影响反应器撞击区的流体流量（减小），进而影响撞击区中的单位体积能量耗散率变化（增大），而单位体积能量耗散率（增大）对微观混合有重要（增强）的影响，当螺旋式导流片7的螺距H为导流筒4内径的1/3~1时，流体出射角较小，使其旋度增大，增强了流体出口处的卷吸、掺混，撞击混合效果比较好。
实施例2：
如图9、10所示，实施例2中所述的撞击流反应器与实施例1中的撞击流反应器的结构基本相同，不同之处在于，它为卧式结构，所述的进料管2设置在反应器3的左、右两端，所述的导流筒4设置在反应器3的左、右两端。
综上所述，本发明的撞击流反应器既保留了强烈的微观混合和液体连续循环流动，又强化了撞击过程和撞击区域之外的混合，使反应器内的流体达到均匀混合的时间缩短，大幅度提高生产效率，能获得良好的经济性能。
Claims (5)
1.一种撞击流反应器，在所述反应器上设有进料口和卸料口，在反应器内设置有两个导流筒，在导流筒的出口之间形成流体撞击区域，在各导流筒中对应设有螺旋桨，所述螺旋桨的螺旋方向相反，分别用于推动流体从进料口经导流筒向流体撞击区域流动，各螺旋式导流片的螺旋方向与其对应的螺旋桨的螺旋方向相同，其特征在于在各导流筒内壁上设有螺旋式导流片，两导流筒内的螺旋式导流片的出口呈错位分布；两螺旋式导流片的出口位置为135°~225°，所述螺旋式导流片的厚度为导流筒内径的1/12~1/10，所述螺旋式导流片的螺距为导流筒内径的1/3~1。
2.根据权利要求1所述的一种撞击流反应器，其特征在于：所述反应器为立式反应器，两导流筒垂直同轴的安设在反应器内，所述两螺旋桨同轴的安设在对应的导流筒内。
3.根据权利要求1所述的一种撞击流反应器，其特征在于：所述反应器为卧式反应器，两导流筒左、右对称同轴的安设在反应器内，所述两螺旋桨安设在对应的导流筒内。
4.根据权利要求2所述的一种撞击流反应器，其特征在于：所述螺旋桨的桨叶倾角15°~60°。
5.根据权利要求3所述的一种撞击流反应器，其特征在于：所述螺旋桨的桨叶倾角15°~60°。
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