专利名称：钠粒制备装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种可以实现对物料高度分散和剪切的装置，尤其 是关于一种钠粒制备装置。
背景技术：
机械搅拌反应釜是实施物料混合促进传热、传质的重要形式之一。机 械搅拌釜的结构包括搅拌器结构和挡板结构。为了提高对物料的搅拌混合 性能，针对不同的工艺，需要对内构件(挡板)和搅拌器的结构进行有针 对性优化，即，标准挡板和标准叶轮结构未必能满足特定的工艺要求。
很多采用金属钠作为原料的合成工艺中，确保金属钠与其它反应原料 的充分接触往往是实现反应完全和提高反应收率的关键， 一般都需要先将 金属钠粒分散成为粉钠，例如，在采用钠法制备三苯基膦的生产工艺中， 是采用金属钠、氯苯和三氯化磷为原料合成三苯基膦，金属钠一般为钠粒， 在反应中与氯苯的充分和有效接触是反应完全的关键之一 ，所以需要先对
金属钠进行分散制成粒径小于70微米的高比表面积微粒，如果反应中金属 钠的颗粒偏大，随着反应的进行，颗粒表面会逐渐被形成的苯基钠和氯化 钠覆盖，降低了金属钠和氯苯的接触面积，导致反应不完全，而且，由于 未反应的金属钠的存在也增加了后处理工序的不安全因素。在这类合成工 艺中，为提供高比表面的钠粒，利用目前的反应釜，即使在搅拌器和内构 件的作用下，也需要对物料实施高速搅拌，搅拌转速需要提高到350~2000 转/分钟。对于工业化生产中使用的大体积反应釜，如此高的搅拌速度对于 反应釜的结构具有很高的要求，而在生产中维持高转速操作对安全性也提 出更高的要求。
用于反应釜的搅拌装置通常有翼型浆式搅拌或涡轮式搅拌，也可以是 它们的组合(二层组合)，而内构件通常为垂直安置于釜内壁面，即壁挡 板，常见的是釜内壁对称安装四块挡板。但是搅拌器结构与挡板结构的不 同组合方式会对于物料的搅拌效果产生很大差异。对于非标准状态下的叶 轮、挡板机器相互作用的研究也是工艺研究的重要组成部分。对金属钠的 高度分散实现粉钠(钠粒)的制备，具有其特殊性，针对该工艺的反应釜 结构目前也没有专门的研究和报道。实用新型内容本实用新型所解决的技术问题是提供一种适用于钠粒制备的反应装 置，即钠粒制备装置，通过对搅拌器和内构件的结构改良，实现物料在较 低转速下的高效混合和剪切效果，同时提高生产过程的安全性。本实用新型通过以下技术手段来解决上述技术问题一种钠粒制备装置，其为设置有搅拌器机构和挡板内构件的反应奮， 所述搅拌器的搅拌轴纵向设置有三层开启式涡轮搅拌器，其中的上层和下 层搅拌器的叶片为折叶式，叶片的倾斜方向设置为使上层搅拌器和下层搅 拌器实现搅拌中分別对物料实施下压和上翻而沿轴向运动的效果，中层搅拌器的叶片为直叶式；所述挡板内构件包括以错列式设置于反应釜内壁的 2 ~ 4层折流挡板，每层包括间隔设置的3 ~ 5块挡板，组成挡板内构件的挡 板与釜体内壁之间有 一 间距。作为工业化生产装置，本实用新型提供的钠粒制备装置所述反应釜优 选容积100 ~ 3000升的不锈钢反应釜，反应釜高径比1:1-1:1.6，且反应爸 内径与搅拌器直径的比2.5:1-4.5:1;挡板内构件的设置在水平方向基本处 于搅拌区域，挡板内构件在釜内围成的空间内径与蒼体内径比为0.8-0.9: 1,组成挡板内构件的挡板与釜体内壁之间的间距与蒼内径比为0.01-0.02: 1，且所述挡板为与釜内体径向呈10° ~30°设置，设置朝向与搅拌器的运
转方向相逆。
利用该合成反应釜，通过搅拌叶片的设置和组合，搅拌中上层折叶使 物料沿轴向下运动，下层折叶则使物料沿轴向上运动，轴向混合的作用被 显著加强，而中层搅拌直叶(也称平叶)同时对物料产生剪切作用，配合 挡板的离壁斜向设置，物料在搅拌叶片驱动下流动，同时也受挡板的剪切， 从而使物料能被充分混合和高效剪切，尤其利于得到具有高比表面积的钠粒。
根据本实用新型的钠粒制备装置，所述三层开启式涡轮搅拌器的轮毂
上分别设有3个叶片，上层和下层涡轮搅拌器的折叶式叶片在垂直面的投 影高度与搅拌器直径的比值分别为0.2 ~ 0.3。
优选地，设置于反应釜内壁的2~4层折流挡板内构件总高度为釜内体 高度的0.35 ~ 0.65。
为利于对物料的轴向混合，上层搅拌器叶片的上表面和下层搅拌器叶 片的下表面沿叶片纵向形成有一斜面，该斜面靠近叶片向下倾斜侧边，斜 面宽度不超过叶片宽度的1/3。
在本实用新型的一个具体实施例中，所述三层开启式涡轮搅拌器的轮 毂上分别设有3个叶片，叶片厚度5.0 10.0mm,叶片宽度80 ~ 100mm, 搅拌轴的直径60 120mm;
所述折流挡板内构件由3层挡板组成，每层具有4块挡板且等间距固 定在釜体内壁；
更优选地，所述钠粒制备装置的反应釜为容积100-2000升的不锈钢 反应釜，反应爸高径比1:1.2~ 1:1.4;反应釜内壁设置的挡板纵向高度与釜 体高度之比为1:6~ 1:8,挡板厚度5.0 ~ 10.0mm，每块挡板沿釜内体的径向 宽度为釜体内径的0.05 ~ 0.1。
本实用新型的装置可广泛用于以钠作原料用于合成精细化学品的许多 产品的生产工艺中，并且对于提高生产效率都是有利的。具体操作为采用
沸点高于钠熔点的溶剂(例如烷基苯和烷烃)作为M介质将钠分散成高 比表面积的钠砂，然后根据不同合成工艺的需要将分散介质置换的过程。 以钠法合成三苯基膦的生产工艺为例，采用本实用新型的装置，金属钠加 入曱苯中，在该反应釜经过所述三层搅拌器和折流挡板内构件的作用下，控制比较低的转速即可实现有效剪切和分散,成为粒径小于70微米的钠粒， 由于钠粒的高比表面积，金属钠与氯苯的接触面积可以显著增加，利于金 属钠的完全反应，无论是从生产成本和后处理的安全性方面，都具有积极 的意义。
图1为本实用新型钠粒制备装置(粉钠合成釜) 一个实例的整体内部 结构示意图。图2为图1中反应釜的内部结构的截面示意图。图3A、图3B、图3C分别为图l提供反应釜中上、中、下层搅拌叶片 在垂直面上的投影的结构示意图，图3A，、图3B，、图3C'分别为图3A、 图3B、图3C中的搅拌叶片的俯视示意图。图4为图1提供的反应釜体的展开示意图，其中显示了内构件挡板在 釜内壁的设置方式。图5A、图5B、图5C分別为本实用新型搅拌反应釜中设置搅拌器的上、 中、下层叶片的断面示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施方式，以使阅读者能更准 确地理解本实用新型的设计思想和实质内容，但不对本实用新型的实施范 围构成限定。参阅图1所示，反应釜1为500-2000升不锈钢反应釜，釜内设置一
个纵向有三层结构的开启式涡轮式搅拌器2，釜体内壁以错列方式设置三层
折流挡板内构件3，挡板内构件3在高度上的设置基本上位于搅拌器2的撹 拌区域。
折流挡板内构件3的设置方式可同时参看图2和图4,由12块挡板31 分三层等间距分布，各层的4块挡板之间在垂直方向为错列排布。挡板31 通过事先焊接在后部的不锈钢凸块32固定在釜内壁，挡板31与蒼体内壁 之间有一间距bo,利于物料在搅拌中的流动。挡板31与釜内体径向呈一角 度e设置，且挡板31的倾斜设置朝向与搅拌器2的旋转方向(图2中箭头 所示)相逆，利于使物料搅拌混合的同时被剪切。
涡轮式搅拌器2的纵向基本等距设置了三层开启式涡轮搅拌，每层搅 拌的轮毂均有3个搅拌叶片21,其中上层和下层搅拌的叶片为折叶式，均 与水平面呈一夹角设置，中层搅拌的叶片为直叶，请结合参见图3A、图3A，、 图3B、图3B，、图3C、图3C，所示的搅拌叶片的示意结构，以及图5A、 图5B、图5C显示内容，上层搅拌的叶片的设置角度为沿旋转方向(搅拌 转动方向)的侧边向上，下层叶片的设置角度为沿旋转方向的侧边向下， 中层搅拌的叶片则为水平设置。这样，当搅拌器2转动对物料实施撹拌时， 如图5A、图5B、图5C中示意(实线箭头表示搅拌转动方向，虛线箭头表 示对物料的作用方向)上层叶片会将物料下压，下层叶片会将物料上翻， 物料可同时实现轴向混合，中层叶片则对物料剪切。为提高搅拌效果和加 强轴向混合，上层叶片的下表面和下层叶片的上表面沿叶片纵向分别形成 有一斜面22,该斜面22靠近叶片向下倾斜侧边，利于在搅拌过程中将物料 向搅拌区域的中心传送，配合挡板内构件的设置，更提高剪切效果，斜面 22宽度大约为叶片宽度的1/3。
该反应釜的结构参数如下
反应釜内体的高径比H:D二1:1 ~ 1:1.6，优选1:1.2 ~ 1:1.4; 挡板围成的空间内径Do与釜体内径D的比为D0: D=0.8: 1-0.9: 1;
反应釜内径与搅拌器2直径(即，搅拌器转动在水平面形成圆形区域
的直径)比D:dM-2.5:1 4.5:1;搅拌轴的直径dN=60 ~ 120mm,每层中搅拌 叶片21的宽度Bx-80 100mm，搅拌叶片21厚度b2=5.0 ~ 10.0mm，上层 和下层折叶21倾斜设置后在垂直面的投影高度b！与搅拌器2直径dM的比 值WdM-0.20 ~ 0.30;
反应釜内壁设置的挡板31垂直高度h与釜体高度H的比h/H-l:6 1:8， 每块挡板31的水平宽度ho-0.05D 0.1D，挡板厚度bh=5.0 ~ 10.0mm，挡板 31与釜内体径向间的角度e-10。 -30° ，挡板与蒼体内壁间的距离与爸体 内径D的比为b0:D =0.01 ~ 0.02:1,每块挡板通过两个不锈钢凸块32固定 在蒼体内壁(该凸块的数量可以根据挡板高度确定)，两个凸块间距x的 确定为x:h=l:3 ~ 1:5。
采用上述搅拌反应釜，在金属钠的分散制备粉钠及相应的合成反应过 程中，搅拌速度可以控制在低于220转/分钟，不必在高转速下操作，在得 到符合要求的粉钠同时也利于工业化生产中的安全性保证。
权利要求1、一种钠粒制备装置，其包括设置有搅拌器和挡板内构件的反应釜，其特征在于，所述搅拌器的搅拌轴纵向设置有三层开启式涡轮搅拌器，其中上层和下层搅拌器的叶片为折叶式，叶片的倾斜方向设置为使上层搅拌器和下层搅拌器实现搅拌中分别对物料实施下压和上翻而沿轴向运动的效果，中层搅拌器的叶片为直叶式；所述挡板内构件包括以错列式设置于反应釜内壁的2～4层折流挡板，每层包括间隔设置的3～5块挡板，组成挡板内构件的挡板与釜体内壁之间有一间距。
2、 根据权利要求1所述的钠粒制备装置，其特征在于，该反应釜为容 积100 ~ 3000升的不锈钢反应釜，反应釜高径比1:1 ~ 1:1.6，且反应釜内径 与搅拌器直径的比2.5:1-4.5:1;挡板内构件的设置在水平方向基本处于搅 拌区域，挡板内构件在釜内围成的空间内径与反应釜内径比为0.8:1-0.9:1， 组成挡板内构件的挡板与釜体内壁之间的间距与反应釜内径比为0.01:1 ~ 0.02:1，且所述挡板为与反应釜内体径向呈10° ~30°设置，设置朝向与搅 拌器的运转方向相逆。
3、 根据权利要求1或2所述的钠粒制备装置，其特征在于，所述三层 涡轮搅拌器的轮毂上分别设有3个叶片，上层和下层涡轮搅拌器的折叶式 叶片在垂直面的投影高度与搅拌器直径的比值分别为0.2 ~ 0.3。
4、 根摒权利要求1所述的钠粒制备装置，其特征在于，上层搅拌器折 叶的上表面和下层搅拌器折叶的下表面沿叶片纵向形成有一斜面，且该斜 面靠近叶片向下倾斜侧边，斜面宽度不超过叶片宽度的1/3。
5、 根据权利要求1或2所述的钠粒制备装置，其特征在于，所述三层 涡轮搅拌器的轮毂上分别设有3个叶片，叶片厚度5.0 10.0mm，叶片宽度 80~100mm,搅拌轴的直径60 ~ 120mm。
6、 根据权利要求1所述的钠粒制备装置，其特征在于，设置于反应釜 内壁的2~4层折流挡板内构件总高度为釜内体高度的0.35 -0.65。
7、 根据权利要求6所述的钠粒制备装置，其特征在于，所述折流挡板 内构件由3层挡板组成，每层具有4块挡板且等间距固定在釜体内壁。
8、 根据权利要求2或6所述的钠粒制备装置，其特征在于，该反应釜 为容积100 ~ 2000升的不锈钢反应蒼，反应爸高径比1:1.2 ~ 1:1.4;反应螢 内壁设置的挡板纵向高度与釜体高度之比为1:6~1:8,挡板厚度5.0 ~ lO.Omm,每块挡板沿釜内径向宽度为釜体内径的0.05 ~ 0.1。
专利摘要本实用新型提供了一种钠粒制备装置，其包括设置有搅拌器机构和挡板内构件的反应釜，其特征在于，所述搅拌机构的搅拌轴纵向设置有三层开启式涡轮搅拌器，其中上层和下层搅拌器的叶片为折叶式，叶片的倾斜方向设置为使上层搅拌器和下层搅拌器可实现搅拌中分别对物料实施下压和上翻而沿轴向运动的效果，中层搅拌器的叶片为直叶式；所述挡板内构件包括以错列式设置于反应釜内壁的2～4层折流挡板，每层包括间隔设置的3～5块挡板，组成挡板内构件的挡板与釜体内壁之间有一间距。本实用新型的装置尤其适用于钠法合成三苯基膦的生产工艺，利于在较低搅拌速度下确保金属钠的完全反应，同时保证工业化生产中的安全性。
文档编号B01F7/18GK201012323SQ20062017281
公开日2008年1月30日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者姬忠礼, 袁桂梅, 赵洪滨 申请人:中国石油大学(北京)