一種分段控溫反應(yīng)器及其攪拌軸的制作方法

本實(shí)用新型涉及反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分段控溫反應(yīng)器及其攪拌軸。

背景技術(shù)：

化學(xué)反應(yīng)通常會(huì)產(chǎn)生大量熱量，故反應(yīng)器上往往會(huì)設(shè)置有換熱裝置，對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的溫度進(jìn)行控制，很多企業(yè)現(xiàn)在依然采用手工控制。在正常開車和停車時(shí)，為了保證反應(yīng)溫度，采用熱媒介質(zhì)，如水或?qū)嵊蛯?duì)物料進(jìn)行加熱，反應(yīng)發(fā)生后放出大量的熱，如果不能及時(shí)將生成物排出，過加熱會(huì)導(dǎo)致生成的物料活性失效，所以傳統(tǒng)的工作方式是安排工人在操作室，觀察操作面板上的反應(yīng)溫度做出適時(shí)調(diào)整。

如果溫度過高，就打開一個(gè)冷源閥門使溫度下降。如果溫度偏低，就關(guān)閉冷源的閥門使反應(yīng)釜溫度升高。通過控制閥門的開度和對(duì)溫度的檢測(cè)反饋來實(shí)現(xiàn)溫度的恒定。這些反應(yīng)器應(yīng)用在快速反應(yīng)過程中，不僅響應(yīng)不及時(shí)，而且難以保證充分混合。

對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械攪拌器的換熱裝置進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，目前換熱裝置結(jié)構(gòu)能耗高，換熱效果差，雖然機(jī)械攪拌器結(jié)構(gòu)的換熱裝置可以提高反應(yīng)器的換熱和攪拌能力，但是該結(jié)構(gòu)使反應(yīng)器和攪拌器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且在一定的攪拌轉(zhuǎn)速下，攪拌器的刮刀所增加的攪拌功率會(huì)轉(zhuǎn)變成攪拌熱，增加換熱的負(fù)荷。

同時(shí)現(xiàn)有的機(jī)械攪拌器僅僅能起到攪拌和換熱的作用，當(dāng)在管式反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)物原料需要從管式反應(yīng)器一端進(jìn)入，在管內(nèi)化學(xué)反應(yīng)后，從管式反應(yīng)器的另一端產(chǎn)出，這就要求該管式反應(yīng)器內(nèi)的機(jī)械攪拌器不僅僅需要具有攪拌和換熱的功能，還需要具有將反應(yīng)物原料從管式反應(yīng)器的一端向另一端輸送的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本實(shí)用新型提供的一種分段控溫反應(yīng)器及其攪拌軸，首先反應(yīng)器內(nèi)不同位置可以實(shí)現(xiàn)溫度的不同控制，其次反應(yīng)器內(nèi)物料能夠通過攪拌軸得到輸送。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種分段控溫反應(yīng)器，包括腔體和攪拌軸，所述攪拌軸與腔體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述攪拌軸兩端均分別設(shè)有一個(gè)相互隔離的腔室，兩個(gè)所述腔室內(nèi)流動(dòng)有溫度不同的換熱介質(zhì)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述腔體外側(cè)至少包裹有一個(gè)夾套，所述夾套內(nèi)流動(dòng)有換熱介質(zhì)，所述夾套兩端側(cè)面均分別設(shè)有一個(gè)夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口和夾套換熱介質(zhì)出口。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口設(shè)置在夾套下方，所述夾套換熱介質(zhì)出口設(shè)置在夾套上方。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述夾套包括第一夾套和第二夾套，所述第一夾套和第二夾套設(shè)置在腔體的兩端并分別與兩個(gè)所述腔室對(duì)應(yīng)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一夾套和第二夾套之間設(shè)有第三夾套。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述腔體的兩端側(cè)面分別設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述腔體側(cè)壁上與進(jìn)料口對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有進(jìn)料腔，所述進(jìn)料腔將所述進(jìn)料口與腔體內(nèi)部連通，所述進(jìn)料口和進(jìn)料腔均至少設(shè)有一個(gè)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述進(jìn)料腔設(shè)為圍繞所述腔體的空腔，所述空腔對(duì)應(yīng)的所述腔體上設(shè)有若干進(jìn)料孔。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述空腔設(shè)為繞所述腔體周圈焊接的半管或者是方管。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述腔體內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，所述攪拌軸一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置，所述腔體與攪拌軸之間設(shè)有密封裝置。

一種攪拌軸，應(yīng)用于上述的一種分段控溫反應(yīng)器，所述攪拌軸包括芯軸，攪拌軸上設(shè)有的兩個(gè)所述腔室分別設(shè)置在所述芯軸的兩端，兩個(gè)所述腔室均分別在所述芯軸的兩端上設(shè)有開口，兩個(gè)所述腔室還均分別連通有繞管，所述腔室和繞管內(nèi)部流動(dòng)有換熱介質(zhì)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述芯軸兩端的兩個(gè)所述腔室內(nèi)部均設(shè)有相互隔離的腔室Ⅰ和腔室Ⅱ，所述腔室Ⅰ和腔室Ⅱ之間通過繞管連通。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述繞管設(shè)為螺旋管，所述螺旋管的管壁具有螺紋線，或者所述螺旋管上設(shè)有換熱翅。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述芯軸兩端分別設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)接頭，每個(gè)所述回轉(zhuǎn)接頭上均設(shè)有兩個(gè)介質(zhì)口，兩個(gè)所述介質(zhì)口分別與腔室Ⅰ和腔室Ⅱ連通。

本實(shí)用新型的有益效果表現(xiàn)在：

1.本實(shí)用新型反應(yīng)物料生產(chǎn)過程中在腔體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行加熱和冷卻反應(yīng)，比傳統(tǒng)生產(chǎn)中物料反應(yīng)生產(chǎn)完后再冷卻效率更高，同時(shí)避免了因過加熱導(dǎo)致生成的物料活性失效問題。

2.若干夾套腔室的分段設(shè)計(jì)以及芯軸隔板的設(shè)計(jì)，使各段夾套內(nèi)流動(dòng)不同的換熱介質(zhì)，芯軸兩端腔室內(nèi)流動(dòng)有不同的換熱介質(zhì)，這樣不僅使腔體內(nèi)的物料上下階段溫度可控，而且實(shí)現(xiàn)了腔體內(nèi)外同時(shí)控溫的功能，最大程度的提高了功能的多樣化和實(shí)用性。

3.攪拌軸上纏繞的螺旋管不僅起到了良好的換熱效果，而且對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)的物料也起到了攪拌作用，用于支撐的攪拌柱同時(shí)增加了物料側(cè)的擾動(dòng)效果，可以促進(jìn)流體的二次流動(dòng)，強(qiáng)化徑向的速度分量，加之這種螺旋推進(jìn)的結(jié)構(gòu)，使物料趨近于平推流狀態(tài)，有效防止了返混現(xiàn)象的發(fā)生，有助于將物料在反應(yīng)條件下得到充分的混合的同時(shí)快速發(fā)生反應(yīng)，提高物料的產(chǎn)率和純度。

4.物料進(jìn)口采用空腔施焊徑向開孔的結(jié)構(gòu)型式，空腔內(nèi)再分配使物料在到達(dá)設(shè)備反應(yīng)腔體時(shí)即可預(yù)混合，可適用于化學(xué)中的快速反應(yīng)。

5.夾套內(nèi)換熱介質(zhì)的流動(dòng)方向與反應(yīng)物料的輸送方向相反，夾套出口端的換熱介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物料預(yù)換熱，間接提高換熱效率。

6.設(shè)置的溫度傳感裝置，使工人能夠及時(shí)掌握物料真實(shí)的操作溫度，并根據(jù)反應(yīng)工藝參數(shù)調(diào)整進(jìn)入夾套或攪拌軸的換熱媒介的溫度、流量。

7.本實(shí)用新型的主軸結(jié)構(gòu)占用空間較小，結(jié)構(gòu)緊湊，有效地節(jié)省了反應(yīng)器的內(nèi)部空間，尤其適用于內(nèi)部空間有限的管式反應(yīng)器。

附圖說明

圖1為一種分段控溫反應(yīng)器的剖視圖；

圖2為一種分段控溫反應(yīng)器的放大圖；

圖3為一種攪拌軸的剖視圖；

圖4為一種攪拌軸的放大圖；

圖5為一種攪拌軸的局部立體圖；

圖6為一種分段控溫反應(yīng)器進(jìn)料口處的剖視圖；

圖7為一種分段控溫反應(yīng)器設(shè)有三個(gè)夾套的剖視圖。

圖中：1-攪拌軸、2-腔體、3-夾套、11-回轉(zhuǎn)接頭、12-芯軸、13-繞管、14-攪拌柱、21-進(jìn)料口、22-進(jìn)料腔、23-出料口、24密封裝置、31-第一夾套、32-第二夾套、33-第三夾套、34-夾套換熱介質(zhì)出口、35-夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口、111-介質(zhì)口、120-隔板、121-第一腔室、122-第二腔室、123-腔室Ⅰ、124-腔室Ⅱ。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，一種分段控溫反應(yīng)器，包括腔體2和攪拌軸1，腔體2內(nèi)裝有反應(yīng)的物料，攪拌軸1能夠在腔體2內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)以攪動(dòng)物料，如圖3所示，攪拌軸1兩端設(shè)有第一腔室121和第二腔室122，第一腔室121和第二腔室122之間設(shè)有隔板120隔離且兩個(gè)腔室內(nèi)流動(dòng)有溫度不同的換熱介質(zhì)，腔體2內(nèi)的反應(yīng)物料會(huì)同第一腔室121和第二腔室122換熱，從而實(shí)現(xiàn)分段控溫，使反應(yīng)物料在一個(gè)腔體2內(nèi)同時(shí)進(jìn)行加熱反應(yīng)和冷卻處理。

為了提高腔體2內(nèi)反應(yīng)物料的換熱、攪動(dòng)以及輸送的效果，第一腔室121和第二腔室122還均分別連通有繞管13，而且與每個(gè)腔室連通的繞管13至少設(shè)有一根，若繞管13數(shù)量為二根或二根以上時(shí)，繞管13會(huì)并排設(shè)置并相互貼合，其排列方向盡可能同轉(zhuǎn)動(dòng)方向垂直。此時(shí)繞管13和腔室內(nèi)都流動(dòng)有換熱介質(zhì)，通過繞管13加快其攪動(dòng)提高其換熱效果。

為了提高繞管13的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，攪拌軸1外壁表面沿徑向和軸向方向會(huì)錯(cuò)落放置若干攪拌柱14支撐繞管13，用于支撐的攪拌柱14可以增加物料側(cè)的擾動(dòng)效果，促進(jìn)物料的二次擾動(dòng)，強(qiáng)化徑向的速度分量，進(jìn)一步提升攪拌軸1的攪拌效率。并且繞管13要優(yōu)選采用螺旋管，螺旋推進(jìn)的結(jié)構(gòu)，使物料趨近于平推流狀態(tài)，有效防止了返混現(xiàn)象的發(fā)生，有助于將物料在反應(yīng)條件下得到充分的混合的同時(shí)快速發(fā)生反應(yīng)，提高物料的產(chǎn)率和純度。螺旋管的管壁還可以具有螺紋線，或者螺旋管上設(shè)有換熱翅，同樣會(huì)提高其換熱效率。

為了保證腔室和繞管13內(nèi)換熱介質(zhì)的流動(dòng)，本實(shí)用新型兩個(gè)腔室內(nèi)部均設(shè)有相互隔離的腔室Ⅰ123和腔室Ⅱ124，腔室Ⅰ123和腔室Ⅱ124之間通過繞管13連通，攪拌軸1上的芯軸12的兩端還螺紋連接有回轉(zhuǎn)接頭11，回轉(zhuǎn)接頭11上均設(shè)有兩個(gè)介質(zhì)口111，兩個(gè)介質(zhì)口111分別與腔室Ⅰ123和腔室Ⅱ124連通，通過兩個(gè)介質(zhì)口111流入、流出實(shí)現(xiàn)腔室和繞管13內(nèi)換熱介質(zhì)的流動(dòng)。具體的關(guān)于回轉(zhuǎn)接頭11與兩個(gè)腔室的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系已有相關(guān)專利公布，在此不再做描述。

如圖6所示，本實(shí)用新型腔體2的兩端側(cè)面分別設(shè)有進(jìn)料口21和出料口23，在腔體2側(cè)壁上與進(jìn)料口21對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有進(jìn)料腔22，進(jìn)料腔22將進(jìn)料口21與腔體2內(nèi)部連通，進(jìn)料腔22設(shè)為圍繞腔體2的空腔，空腔可以采用繞腔體2周圈焊接的半管或者是方管，空腔對(duì)應(yīng)的腔體2圓周上設(shè)有若干進(jìn)料孔，反應(yīng)物料通過進(jìn)料口并經(jīng)過進(jìn)料腔22，由進(jìn)料孔通過不同位置進(jìn)入腔體2內(nèi)部，進(jìn)料口21和進(jìn)料腔22均至少設(shè)有一個(gè)，這樣不同的物料通過不同的進(jìn)料口21和進(jìn)料腔22進(jìn)入腔體2內(nèi)，各物料可以充分混合。

為了保證控溫效果，本實(shí)用新型腔體2外側(cè)至少包裹有一個(gè)夾套3，夾套3內(nèi)流動(dòng)有換熱介質(zhì)，可以對(duì)腔體2內(nèi)反應(yīng)物料起到輔助換熱的作用，夾套3兩端側(cè)面均分別設(shè)有一個(gè)夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口35和夾套換熱介質(zhì)出口34，換熱介質(zhì)通過夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口35和夾套換熱介質(zhì)出口34進(jìn)入、流出夾套3。

下面通過幾個(gè)具體實(shí)施例來分別介紹該實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、原理和功能。

實(shí)施例一：

如圖2、圖4所示，一種分段控溫反應(yīng)器，第一腔室121靠近進(jìn)料口21，第二腔室122靠近出料口23，腔體2外側(cè)的夾套3設(shè)有兩個(gè)，與第一腔室121對(duì)應(yīng)的設(shè)為第一夾套31，與第二腔室122對(duì)應(yīng)的設(shè)為第二夾套32，兩個(gè)夾套3相互獨(dú)立，分別作用在腔體2的上下兩段。

第一腔室121和第一夾套31內(nèi)分別流動(dòng)有熱媒介質(zhì)，第二腔室122和第二夾套32內(nèi)流動(dòng)有冷媒介質(zhì)，同時(shí)作用在腔體2的兩端對(duì)物料換熱。按照放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的不同要求進(jìn)行適時(shí)地改變和調(diào)整，保證連續(xù)生產(chǎn)過程中變溫的效果，解決傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中必須在一個(gè)反應(yīng)器中加熱冷卻造成的生產(chǎn)效率低，溫度不容易控制的難題。

為了保證夾套3的換熱效果，夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口35設(shè)置在夾套3下方，夾套換熱介質(zhì)出口34設(shè)置在夾套3上方，使換熱介質(zhì)的流動(dòng)方向與反應(yīng)物料的輸送方向相反。由于換熱介質(zhì)在夾套3內(nèi)流動(dòng)換熱后，夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口35和夾套換熱介質(zhì)出口34的換熱介質(zhì)溫度會(huì)不同，夾套換熱介質(zhì)出口34端的換熱介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物料預(yù)換熱，間接提高換熱效率。

實(shí)施例一的換熱流動(dòng)過程：

熱媒介質(zhì)通過第一腔室121端的回轉(zhuǎn)接頭11的介質(zhì)口111在腔室Ⅰ123、腔室Ⅱ124以及繞管13之間流動(dòng)，作用在反應(yīng)物料內(nèi)側(cè)，同時(shí)熱媒介質(zhì)通過夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口35和夾套換熱介質(zhì)出口34在第一夾套31內(nèi)流動(dòng)，作用在反應(yīng)物料外側(cè)。

冷媒介質(zhì)通過第二腔室122端的回轉(zhuǎn)接頭11的介質(zhì)口111在腔室Ⅰ123、腔室Ⅱ124以及繞管13之間流動(dòng)，作用在反應(yīng)物料內(nèi)側(cè)，同時(shí)冷媒介質(zhì)通過夾套換熱介質(zhì)進(jìn)口35和夾套換熱介質(zhì)出口34在第二夾套32內(nèi)流動(dòng)，作用在反應(yīng)物料外側(cè)。

反應(yīng)物料分別由不同的進(jìn)料口21和進(jìn)料腔22進(jìn)入腔體2內(nèi)，同時(shí)攪拌軸1攪動(dòng)，加速反應(yīng)物料的混合，第一腔室121和繞管13與第一夾套31同時(shí)在物料內(nèi)外兩側(cè)建立物料反應(yīng)溫度所需要的條件。并且反應(yīng)物料會(huì)在繞管13的推動(dòng)下，向腔體2的出料口23方向輸送。逐漸輸送到腔體2的下部，此時(shí)，第二腔室122和繞管13與第二夾套32同時(shí)在物料內(nèi)外兩側(cè)對(duì)反應(yīng)完成的物料進(jìn)行冷卻，避免過加熱導(dǎo)致的新生成物料活性失效，最終生成的物料由出料口23排出，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)物料的加熱-反應(yīng)-放熱-冷卻過程。

實(shí)施例二：

與實(shí)施例一相同的部分不再贅述，如圖7所示，第一夾套31和第二夾套32之間設(shè)有第三夾套33，三個(gè)夾套3相互獨(dú)立，分別作用在腔體2的上中下三段位置。

第一腔室121和第一夾套31內(nèi)分別流動(dòng)有熱媒介質(zhì)，第二腔室122和第三夾套33內(nèi)分別流動(dòng)有冷媒介質(zhì)，第二夾套32內(nèi)流動(dòng)有熱媒介質(zhì)。

實(shí)施例二的換熱流動(dòng)過程：

反應(yīng)物料分別由不同的進(jìn)料口21和進(jìn)料腔22進(jìn)入腔體2內(nèi)，同時(shí)攪拌軸1攪動(dòng)，加速反應(yīng)物料的混合，第一腔室121和繞管13與第一夾套31同時(shí)在物料內(nèi)外兩側(cè)建立物料反應(yīng)溫度所需要的條件。并且反應(yīng)物料會(huì)在繞管13的推動(dòng)下，向腔體2的出料口23方向輸送。物料輸送到腔體2的中間部位時(shí)，第二腔室122和繞管13與第三夾套33同時(shí)在物料內(nèi)外兩側(cè)對(duì)反應(yīng)完成的物料進(jìn)行冷卻，避免過加熱導(dǎo)致的新生成物料活性失效。物料輸送到腔體2的下部時(shí)，第二腔室122和繞管13內(nèi)的冷媒介質(zhì)和第二夾套32內(nèi)的熱媒介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物料起到類似中和的效果，對(duì)生成物料進(jìn)行保溫處理，以保證部分新生成物料的活性，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了加熱-反應(yīng)-放熱-冷卻-保溫過程。

上述兩個(gè)實(shí)施例僅僅是對(duì)反應(yīng)器腔體2內(nèi)的不同位置實(shí)現(xiàn)不同控溫效果的舉例。當(dāng)然，本實(shí)用新型所包含的實(shí)施例不僅僅是上述二個(gè)，當(dāng)前領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的，夾套3的數(shù)量及安裝位置根據(jù)反應(yīng)物料所需要的溫度變化均可以合理布置。甚至根據(jù)反應(yīng)物料換熱的需要，腔室僅設(shè)置一個(gè)并布置在芯軸的一端也能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。上述結(jié)構(gòu)均落入本實(shí)用新型所要保護(hù)的范圍。另外本實(shí)用新型除了描述的結(jié)構(gòu)外還同時(shí)具備下面的特征：

本實(shí)用新型腔體2內(nèi)設(shè)有溫度傳感裝置，這樣可以及時(shí)掌握物料真實(shí)的操作溫度，然后根據(jù)反應(yīng)工藝參數(shù)調(diào)整進(jìn)入夾套3或攪拌軸1的換熱媒介的溫度、流量，通過控制不同段內(nèi)夾套3和攪拌軸1內(nèi)腔室換熱介質(zhì)的溫度，保證物料在反應(yīng)的不同階段熱量的需求，達(dá)到分段控溫的目的。

本實(shí)用新型攪拌軸1一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置，通過驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)攪拌軸1自由旋轉(zhuǎn)，攪拌軸1與腔體2之間設(shè)有密封裝置24，保證攪拌軸1在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，物料能夠完全限制在腔體2內(nèi)不致外漏。

以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，例如增加或者是減少進(jìn)料口以及出料口的數(shù)量，以提高或者是減小物料反應(yīng)生產(chǎn)時(shí)間；增加夾套換熱介質(zhì)進(jìn)、出口數(shù)量，提高其換熱速度等等，因此只要不偏離實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。