CN207478546U - 一种撞击流反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种撞击流反应器，包括腔体、进料管及出料管，所述腔体的腔体壁沿水平方向设置有进料口；所述进料管与所述进料口相连；所述腔体底部开设有出料口；所述出料口与所述出料管通过连接管连接；所述连接管垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减。本实用新型所述的撞击流反应器能够防止反应产物在腔室内团聚。撞击流反应器的尺寸较大，适用于大规模生产。

Description

一种撞击流反应器

技术领域

本发明涉及一种撞击流反应器。

背景技术

撞击流是实现快速混合的一种重要方法，在化工领域中应用广泛，撞击流比传统的方法效率更高、能耗更低。撞击流反应器就是用于实现撞击流过程的装置。撞击射流使两股流体高速相向流动撞击，在撞击瞬间达到极高的相对速度，轴向速度趋于零，并转化为径向流动，在高湍动撞击区内，能够有效降低传递过程中的外部阻力，强化热质传递，促进混合。

近年来，撞击流反应器在化学反应、结晶和制备超细粉体等方面均有应用，但是涉及到的反应器主要是用于制备小粒径化学物质，反应器的尺寸较小，难以进行规模化生产。专利申请CN103011119A中提供了一种撞击流反应器用于制备纳米磷酸铁，该反应器包含两根相同管径通道，两股相向流动的溶液在交叉点处以15～180°的角度完成撞击，这种反应器适合制备纳米粒子，但是由于没有反应腔体，所以不适合两种溶液的混合。专利申请CN103611487A中提供了另一种撞击流反应器的设计，该反应器包括混合腔室，并设计一个控制单元和两个比例阀调节进料的流量，通过调节流量按照预设的波形波动，从而使撞击流的撞击面周期振荡。但是不足之处是反应器如果发生堵塞，那么将导致回流，另外该反应器尺寸较小不适合规模化应用。

发明内容

本发明提供了一种撞击流反应器，包括腔体、进料管及出料管，所述腔体的腔体壁沿水平方向设置有进料口；所述进料管与所述进料口相连；所述腔体底部开设有出料口；所述出料口与所述出料管通过连接管连接；所述连接管垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减。本发明中，所述连接管垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减，能够使反应产物通过连接件到达出料管，防止反应产物在腔体内团聚。此外，本发明的撞击流反应器特别适用于包覆反应，被包覆原料和包覆原料通过进料口进入腔体后撞击形成包覆，此过程会涉及化学反应，少数未反应的原料会从出料口方向流出，当连接管垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减时，少数未反应的原料会继续在连接管壁撞击后形成多次包覆，由于出料口流出的原料已经不多，当连接管的直径逐渐减少时，可以逐渐减少反应的空间，这样随着原料流出路径延长，可以反应的原料会越来越少，随之，反应空间也可以越来越小，因此，撞击后反弹的原料之间接触的频率也会增加，原料发生化学反应的几率也会增加。这样不仅实现了原料的有效包覆，而且还防止反应产物在腔体内团聚，大大节省了反应原料。

作为一种实施方式，所述腔体的材质选自不锈钢、合金、塑料、钛、铝及铜中至少一种。

作为一种实施方式，本发明腔体具有中心对称的结构。作为一种实施方式，本发明腔体为轴对称结构。作为一种实施方式，本发明腔体为圆柱形。

作为一种实施方式，所述连接管为锥形管。作为一种实施方式，所述连接管与所述腔体一体成型；或所述连接管与所述出料管一体成型。

作为一种实施方式，所述撞击流反应器还包括顶盖；所述顶盖与所述腔体的顶部连接。

作为一种实施方式，所述顶盖为圆锥形。

作为一种实施方式，所述顶盖的顶角角度为90°～150°。作为一种实施方式，所述顶盖的顶角角度为120°～150°。

本发明中，所述顶盖为圆锥形，当腔体中的原料发生碰撞后形成的溶液向四周溅射，能够保证所述顶盖的顶部无死角，不会积存物料。

作为一种实施方式，所述腔体为圆柱形；所述腔体的直径与所述进料管直径之比为3:1～6:1。

作为一种实施方式，所述腔体为圆柱形；所述腔体的直径与所述进料管直径之比为4:1～5:1。本发明所述的腔体的尺寸较大，适合大规模生产。

作为一种实施方式，所述进料口的个数至少为两个。作为一种实施方式，所述进料口的个数为偶数个。本发明中，当所述进料口的个数为偶数个时，优选腔体壁水平方向分别设置有两两正对的进料口，以形成撞击。当所述进料口的个数为奇数个时，需保证原料从出料***出方向在腔体内同一点交汇，当腔体优选为圆柱形时，原料从出料***出方向在腔体轴线上的同一点交汇，每两个相邻的进料口与该点的连线角度相等且该度数按圆周角度等分，可以进一步保证撞击效果。

作为一种实施方式，所述进料管的轴线平行于水平方向；所述进料管的轴线与顶盖顶点在竖直方向的距离为18～155mm。作为一种实施方式，所述进料管的轴线与顶盖顶点在竖直方向的距离为30～120mm。作为一种实施方式，所述进料管为圆柱形。

作为一种实施方式，所述出料管的轴线垂直于水平方向；所述进料管的轴线平行于水平方向；所述进料管的轴线与出料管的底端在竖直方向的距离为64～460mm。作为一种实施方式，所述进料管的轴线与出料管的底端在竖直方向的距离为100～200mm。

作为一种实施方式，所述出料管为圆柱形；所述进料管为圆柱形；

作为一种实施方式，所述进料管的直径为6～30mm。作为一种实施方式，所述进料管的直径为10～25mm。作为一种实施方式，所述进料管为圆柱形。

作为一种实施方式，所述进料管的长度为50～300mm。作为一种实施方式，所述进料管的长度为100～200mm。作为一种实施方式，所述进料管为圆柱形。

作为一种实施方式，所述出料管的轴线垂直于水平方向；所述进料管的轴线平行于水平方向；所述进料管的轴线与所述出料口在竖直方向的距离与所述进料管的直径之比为3:1～6:1。作为一种实施方式，所述出料管为圆柱形；所述进料管为圆柱形。

作为一种实施方式，所述出料管的轴线垂直于水平方向；所述进料管的轴线平行于水平方向；所述进料管的轴线与所述出料口在竖直方向的距离与所述进料管的直径之比为5:1～6:1。

作为一种实施方式，所述出料管的直径与所述进料管直径之比为3:2～3:1。作为一种实施方式，所述出料管为圆柱形。

作为一种实施方式，所述出料管的直径与所述进料管直径之比为2:1～2.5:1。

作为一种实施方式，所述出料管的长度与所述进料管长度之比为1:1～1:4。

作为一种实施方式，所述出料管的长度与所述进料管长度之比为1:3～2:5。

作为一种实施方式，所述连接管的长度为4～60mm。作为一种实施方式，所述连接管的长度为15～50mm。

本发明提供的所述进料管的轴线与顶盖顶点在竖直方向的距离，所述进料管的轴线与所述出料口在竖直方向的距离及连接管的距离这三者的距离相互配合能保证原料的反应效率。

当所述进料管的轴线与顶盖顶点在竖直方向的距离和所述出料口在竖直方向的距离及连接管的距离过小时，原料在腔室内相互撞击的时间较短，反应物撞击不充分，反应效率低。反应物进入连接管，若连接管的距离过短，直径过大，原料会直接通过连接管流出。若连接管的距离较短且在垂直于轴向的截面积沿出料方向不均匀递减，原料会在连接管处发生团聚，降低原料的反应效率。若连接管的距离在本发明所述的范围内，原料通过连接管的过程中能够发生一定的反应，提高反应效率。

当所述进料管的轴线与顶盖顶点在竖直方向的距离和所述出料口在竖直方向的距离及连接管的距离过大时，原料在腔室内相互撞击的时间较长，不利于大规模的工业化生产。当反应物进入连接管，若连接管的距离过短，直径过大，反应物会直接通过连接管流出。若连接管的距离过短，原料会在连接管处发生团聚，降低原料的反应效率。

因此，本发明设计的具有合适尺寸的反应器不仅能够保证反应的大规模生产，也能保证反应的反应效率。

作为一种实施方式，所述撞击流反应器还包括单向阀；所述单向阀与所述进料管连接。

作为一种实施方式，所述撞击流反应器还包括进样泵；所述进样泵通过单向阀与进料管连接。本发明中，所述单向阀与进样泵连接能够防止反应室中的原料在反应过程中发生堵塞造成回流。

作为一种实施方式，所述进样泵选自蠕动泵、隔膜泵、螺杆泵或柱塞泵。

作为一种实施方式，所述撞击流反应器还包括存液罐；所述存液罐与所述进样泵连接。

作为一种实施方式，所述撞击流反应器的材质选自不锈钢、合金、塑料、钛、铝及铜中至少一种。

根据本发明的设计，反应时，所述进料管中的原料通过进料口进入腔体反应，反应结束之后，反应产物流出出料口，再通过连接管进入出料管。所述进料管中原料的进料流量为10～5000L/h；所述进料管中原料的进料线速度为0.05～10m/s。作为一种实施方式，所述进料管中原料的进料流量为200～2000L/h；所述进料管中原料的进料线速度为2～8m/s。

本发明的撞击流反应器结构和尺寸的设计，不仅可以实现大工业化生产需求，而且还可以保证原料在腔体内充分撞击并有效参与反应。本发明撞击流反应器不仅可以实现原料从进料口进入时的有效撞击，而且保证通过进料口撞击后的未反应原料在腔体内壁及连接管内壁多次反弹后形成多次有效撞击，以使通入腔体的原料反应充分，大大提高了原料的利用率。

附图说明

图1：本发明所述的撞击流反应器。

其中，1-腔体，2-进料管，3-连接管，4-出料管，5-进料口，6-出料口，7-顶盖，8-单向阀，9-进样泵，10-存液罐。

具体实施方式

以下的具体实施例对本发明进行了详细的描述，然而本发明并不限制于以下实施例。

实施例1：

一种撞击流反应器，包括腔体1(材质为不锈钢)，进料管2及出料管4，所述腔体1的腔体壁沿水平方向设置正对的两个进料口5，所述进料管2与所述进料口5相连，所述腔体1底部开设有出料口6，所述出料口6与所述出料管4通过连接管3连接，所述连接管3垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减，所述连接管3为锥形管。反应时，所述进料管2(材质为不锈钢)中的原料通过进料口5进入腔体1形成撞击流，反应结束之后，反应产物流出出料口6，再通过连接管3进入出料管4。

实施例2：

一种撞击流反应器，包括腔体1(材质为不锈钢)，进料管2及出料管4，所述腔体1的腔体壁沿水平方向设置正对的两个进料口5，所述进料管2与所述进料口5相连，所述腔体1底部开设有出料口6，所述出料口6与所述出料管4通过连接管3连接，所述连接管3垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减，所述连接管3为锥形管；所述连接管3与所述腔体1一体成型；所述撞击流反应器还包括顶盖7，所述顶盖7与所述腔体1的顶部连接；所述进料管2(材质为不锈钢)中的原料通过进料口5进入腔体1形成撞击流，反应结束之后，反应产物流出出料口6，再通过连接管3进入出料管4。

实施例3：

一种撞击流反应器，包括腔体1(材质为不锈钢)，进料管2及出料管4，所述腔体1的腔体壁沿水平方向设置正对的两个进料口5，所述进料管2与所述进料口5相连，所述腔体1底部开设有出料口6，所述出料口6与所述出料管4通过连接管3连接，所述连接管3垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减，所述连接管3为锥形管；所述连接管3与所述腔体1一体成型；所述撞击流反应器还包括顶盖7，所述顶盖7与所述腔体1的顶部连接，顶盖7为圆锥形，圆锥形顶盖7的顶角角度为120°，所述进料管2的轴线与顶盖7顶点在竖直方向的距离为50mm，所述进料管2的轴线与出料管4的底端在竖直方向的距离为144mm，所述进料管2的直径为12mm，长度为100mm，所述进料管2的轴线与所述出料口6在竖直方向的距离为70mm；所述出料管4的直径为24mm，长度为50mm，所述连接管3的长度为24mm，所述腔体1的直径为60mm，存液罐10中的原料通过进样泵9(本实施例中为螺杆泵)和单向阀8分别进入正对的两个进料管2，进料管2(材质为不锈钢)中的原料通过进料口5进入腔体1形成撞击流，反应结束之后，反应产物流出出料口6，再通过连接管3进入出料管4。

实施例4：

同实施例3，不同的是连接管3的长度为60mm，圆锥形顶盖7的顶角角度为150°,所述进料管2的轴线与顶盖7顶点在竖直方向的距离为120mm，所述进料管2的轴线与出料管4的底端在竖直方向的距离为180mm，所述进料管2的直径为30mm，长度为50mm，所述进料管2的轴线与所述出料口6在竖直方向的距离为120mm；所述出料管4的直径为50mm，长度为150mm，所述连接管3的长度为30mm，所述腔体1的直径为180mm。存液罐10中的原料通过进样泵9(本实施例中为螺杆泵)和单向阀8分别进入正对的两个进料管2，进料管2(材质为塑料)中的原料通过进料口5进入腔体1形成撞击流，反应结束之后，反应产物流出出料口，再通过连接管3进入出料管4。

实施例5：

同实施例3，不同的是进料口5为3个，每两个相邻的进料管2的轴线经过所述腔体1的轴线，且每两个进料管2的轴线的夹角为120°，所述腔体为圆柱形，每个进料管2的直径相同。圆锥形顶盖7的顶角角度为90°；所述进料管2的轴线与顶盖7顶点在竖直方向的距离为18mm，所述进料管2的轴线与出料管4的底端在竖直方向的距离为460mm，所述进料管2的直径为30mm，长度为240mm，所述进料管2的轴线与所述出料口6在竖直方向的距离为120mm；所述出料管4的直径为45mm，长度为280mm，所述连接管3的长度为60mm；所述腔体1的直径为9mm。存液罐10中的原料通过进样泵9(本实施例中为柱塞泵)和单向阀8进入正对的两个进料管2，进料管2(材质为钛)中的原料通过进料口5进入腔体1形成撞击流，反应结束之后，反应产物流出出料口6，再通过连接管3进入出料管4。

Claims (14)

1.一种撞击流反应器，包括腔体(1)、进料管(2)及出料管(4)，其特征在于：所述腔体(1)的腔体壁沿水平方向设置有进料口(5)；所述进料管(2)与所述进料口(5)相连；所述腔体(1)底部开设有出料口(6)；所述出料口(6)与所述出料管(4)通过连接管(3)连接；所述连接管(3)垂直于轴向的截面积沿出料方向均匀递减。

2.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述连接管(3)为锥形管。

3.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述撞击流反应器还包括顶盖(7)；所述顶盖(7)与所述腔体(1)的顶部连接。

4.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述腔体(1)为圆柱形；所述腔体(1)的直径与所述进料管(2)直径之比为3:1～6:1。

5.如权利要求3所述的撞击流反应器，其特征在于：所述顶盖(7)为圆锥形。

6.如权利要求3所述的撞击流反应器，其特征在于：所述顶盖(7)的顶角角度为90°～150°。

7.如权利要求3所述的撞击流反应器，其特征在于：所述进料管(2)的轴线平行于水平方向；所述进料管(2)的轴线与顶盖(7)顶点在竖直方向的距离为18～155mm。

8.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述出料管(4)的轴线垂直于水平方向；所述进料管(2)的轴线平行于水平方向；所述进料管(2)的轴线与出料管(4)的底端在竖直方向的距离为64～460mm。

9.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述进料管(2)的直径为6～30mm。

10.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述进料管(2)的长度为50～300mm。

11.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述进料管(2)的轴线平行于水平方向；所述进料管(2)的轴线与所述出料口(6)在竖直方向的距离与所述进料管(2)的直径之比为3:1～6:1。

12.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述出料管(4)的直径与所述进料管(2)直径之比为3:2～3:1。

13.如权利要求1所述的撞击流反应器，其特征在于：所述出料管(4)的长度与所述进料管(2)长度之比为1:1～1:4。

14.如权利要求1至13任一项所述的撞击流反应器，其特征在于：所述连接管的长度为4～60mm。