一种分段控温反应器及其搅拌轴的制作方法

本实用新型涉及反应器技术领域，具体涉及一种分段控温反应器及其搅拌轴。

背景技术：

化学反应通常会产生大量热量，故反应器上往往会设置有换热装置，对化学反应器的温度进行控制，很多企业现在依然采用手工控制。在正常开车和停车时，为了保证反应温度，采用热媒介质，如水或导热油对物料进行加热，反应发生后放出大量的热，如果不能及时将生成物排出，过加热会导致生成的物料活性失效，所以传统的工作方式是安排工人在操作室，观察操作面板上的反应温度做出适时调整。

如果温度过高，就打开一个冷源阀门使温度下降。如果温度偏低，就关闭冷源的阀门使反应釜温度升高。通过控制阀门的开度和对温度的检测反馈来实现温度的恒定。这些反应器应用在快速反应过程中，不仅响应不及时，而且难以保证充分混合。

对现有的机械搅拌器的换热装置进行研究发现，目前换热装置结构能耗高，换热效果差，虽然机械搅拌器结构的换热装置可以提高反应器的换热和搅拌能力，但是该结构使反应器和搅拌器的结构复杂，并且在一定的搅拌转速下，搅拌器的刮刀所增加的搅拌功率会转变成搅拌热，增加换热的负荷。

同时现有的机械搅拌器仅仅能起到搅拌和换热的作用，当在管式反应器中进行化学反应时，反应物原料需要从管式反应器一端进入，在管内化学反应后，从管式反应器的另一端产出，这就要求该管式反应器内的机械搅拌器不仅仅需要具有搅拌和换热的功能，还需要具有将反应物原料从管式反应器的一端向另一端输送的功能。

技术实现要素：

对于现有技术中所存在的问题，本实用新型提供的一种分段控温反应器及其搅拌轴，首先反应器内不同位置可以实现温度的不同控制，其次反应器内物料能够通过搅拌轴得到输送。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种分段控温反应器，包括腔体和搅拌轴，所述搅拌轴与腔体转动连接，所述搅拌轴两端均分别设有一个相互隔离的腔室，两个所述腔室内流动有温度不同的换热介质。

作为优选的技术方案，所述腔体外侧至少包裹有一个夹套，所述夹套内流动有换热介质，所述夹套两端侧面均分别设有一个夹套换热介质进口和夹套换热介质出口。

作为优选的技术方案，所述夹套换热介质进口设置在夹套下方，所述夹套换热介质出口设置在夹套上方。

作为优选的技术方案，所述夹套包括第一夹套和第二夹套，所述第一夹套和第二夹套设置在腔体的两端并分别与两个所述腔室对应。

作为优选的技术方案，所述第一夹套和第二夹套之间设有第三夹套。

作为优选的技术方案，所述腔体的两端侧面分别设有进料口和出料口，所述腔体侧壁上与进料口对应的位置设有进料腔，所述进料腔将所述进料口与腔体内部连通，所述进料口和进料腔均至少设有一个。

作为优选的技术方案，所述进料腔设为围绕所述腔体的空腔，所述空腔对应的所述腔体上设有若干进料孔。

作为优选的技术方案，所述空腔设为绕所述腔体周圈焊接的半管或者是方管。

作为优选的技术方案，所述腔体内设有温度传感器，所述搅拌轴一端设有驱动装置，所述腔体与搅拌轴之间设有密封装置。

一种搅拌轴，应用于上述的一种分段控温反应器，所述搅拌轴包括芯轴，搅拌轴上设有的两个所述腔室分别设置在所述芯轴的两端，两个所述腔室均分别在所述芯轴的两端上设有开口，两个所述腔室还均分别连通有绕管，所述腔室和绕管内部流动有换热介质。

作为优选的技术方案，所述芯轴两端的两个所述腔室内部均设有相互隔离的腔室Ⅰ和腔室Ⅱ，所述腔室Ⅰ和腔室Ⅱ之间通过绕管连通。

作为优选的技术方案，所述绕管设为螺旋管，所述螺旋管的管壁具有螺纹线，或者所述螺旋管上设有换热翅。

作为优选的技术方案，所述芯轴两端分别设有一个回转接头，每个所述回转接头上均设有两个介质口，两个所述介质口分别与腔室Ⅰ和腔室Ⅱ连通。

本实用新型的有益效果表现在：

1.本实用新型反应物料生产过程中在腔体内同时进行加热和冷却反应，比传统生产中物料反应生产完后再冷却效率更高，同时避免了因过加热导致生成的物料活性失效问题。

2.若干夹套腔室的分段设计以及芯轴隔板的设计，使各段夹套内流动不同的换热介质，芯轴两端腔室内流动有不同的换热介质，这样不仅使腔体内的物料上下阶段温度可控，而且实现了腔体内外同时控温的功能，最大程度的提高了功能的多样化和实用性。

3.搅拌轴上缠绕的螺旋管不仅起到了良好的换热效果，而且对反应腔内的物料也起到了搅拌作用，用于支撑的搅拌柱同时增加了物料侧的扰动效果，可以促进流体的二次流动，强化径向的速度分量，加之这种螺旋推进的结构，使物料趋近于平推流状态，有效防止了返混现象的发生，有助于将物料在反应条件下得到充分的混合的同时快速发生反应，提高物料的产率和纯度。

4.物料进口采用空腔施焊径向开孔的结构型式，空腔内再分配使物料在到达设备反应腔体时即可预混合，可适用于化学中的快速反应。

5.夹套内换热介质的流动方向与反应物料的输送方向相反，夹套出口端的换热介质对反应物料预换热，间接提高换热效率。

6.设置的温度传感装置，使工人能够及时掌握物料真实的操作温度，并根据反应工艺参数调整进入夹套或搅拌轴的换热媒介的温度、流量。

7.本实用新型的主轴结构占用空间较小，结构紧凑，有效地节省了反应器的内部空间，尤其适用于内部空间有限的管式反应器。

附图说明

图1为一种分段控温反应器的剖视图；

图2为一种分段控温反应器的放大图；

图3为一种搅拌轴的剖视图；

图4为一种搅拌轴的放大图；

图5为一种搅拌轴的局部立体图；

图6为一种分段控温反应器进料口处的剖视图；

图7为一种分段控温反应器设有三个夹套的剖视图。

图中：1-搅拌轴、2-腔体、3-夹套、11-回转接头、12-芯轴、13-绕管、14-搅拌柱、21-进料口、22-进料腔、23-出料口、24密封装置、31-第一夹套、32-第二夹套、33-第三夹套、34-夹套换热介质出口、35-夹套换热介质进口、111-介质口、120-隔板、121-第一腔室、122-第二腔室、123-腔室Ⅰ、124-腔室Ⅱ。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种分段控温反应器，包括腔体2和搅拌轴1，腔体2内装有反应的物料，搅拌轴1能够在腔体2内转动以搅动物料，如图3所示，搅拌轴1两端设有第一腔室121和第二腔室122，第一腔室121和第二腔室122之间设有隔板120隔离且两个腔室内流动有温度不同的换热介质，腔体2内的反应物料会同第一腔室121和第二腔室122换热，从而实现分段控温，使反应物料在一个腔体2内同时进行加热反应和冷却处理。

为了提高腔体2内反应物料的换热、搅动以及输送的效果，第一腔室121和第二腔室122还均分别连通有绕管13，而且与每个腔室连通的绕管13至少设有一根，若绕管13数量为二根或二根以上时，绕管13会并排设置并相互贴合，其排列方向尽可能同转动方向垂直。此时绕管13和腔室内都流动有换热介质，通过绕管13加快其搅动提高其换热效果。

为了提高绕管13的结构强度，搅拌轴1外壁表面沿径向和轴向方向会错落放置若干搅拌柱14支撑绕管13，用于支撑的搅拌柱14可以增加物料侧的扰动效果，促进物料的二次扰动，强化径向的速度分量，进一步提升搅拌轴1的搅拌效率。并且绕管13要优选采用螺旋管，螺旋推进的结构，使物料趋近于平推流状态，有效防止了返混现象的发生，有助于将物料在反应条件下得到充分的混合的同时快速发生反应，提高物料的产率和纯度。螺旋管的管壁还可以具有螺纹线，或者螺旋管上设有换热翅，同样会提高其换热效率。

为了保证腔室和绕管13内换热介质的流动，本实用新型两个腔室内部均设有相互隔离的腔室Ⅰ123和腔室Ⅱ124，腔室Ⅰ123和腔室Ⅱ124之间通过绕管13连通，搅拌轴1上的芯轴12的两端还螺纹连接有回转接头11，回转接头11上均设有两个介质口111，两个介质口111分别与腔室Ⅰ123和腔室Ⅱ124连通，通过两个介质口111流入、流出实现腔室和绕管13内换热介质的流动。具体的关于回转接头11与两个腔室的详细结构及连接关系已有相关专利公布，在此不再做描述。

如图6所示，本实用新型腔体2的两端侧面分别设有进料口21和出料口23，在腔体2侧壁上与进料口21对应的位置设有进料腔22，进料腔22将进料口21与腔体2内部连通，进料腔22设为围绕腔体2的空腔，空腔可以采用绕腔体2周圈焊接的半管或者是方管，空腔对应的腔体2圆周上设有若干进料孔，反应物料通过进料口并经过进料腔22，由进料孔通过不同位置进入腔体2内部，进料口21和进料腔22均至少设有一个，这样不同的物料通过不同的进料口21和进料腔22进入腔体2内，各物料可以充分混合。

为了保证控温效果，本实用新型腔体2外侧至少包裹有一个夹套3，夹套3内流动有换热介质，可以对腔体2内反应物料起到辅助换热的作用，夹套3两端侧面均分别设有一个夹套换热介质进口35和夹套换热介质出口34，换热介质通过夹套换热介质进口35和夹套换热介质出口34进入、流出夹套3。

下面通过几个具体实施例来分别介绍该实用新型的结构、原理和功能。

实施例一：

如图2、图4所示，一种分段控温反应器，第一腔室121靠近进料口21，第二腔室122靠近出料口23，腔体2外侧的夹套3设有两个，与第一腔室121对应的设为第一夹套31，与第二腔室122对应的设为第二夹套32，两个夹套3相互独立，分别作用在腔体2的上下两段。

第一腔室121和第一夹套31内分别流动有热媒介质，第二腔室122和第二夹套32内流动有冷媒介质，同时作用在腔体2的两端对物料换热。按照放热反应和吸热反应的不同要求进行适时地改变和调整，保证连续生产过程中变温的效果，解决传统生产过程中必须在一个反应器中加热冷却造成的生产效率低，温度不容易控制的难题。

为了保证夹套3的换热效果，夹套换热介质进口35设置在夹套3下方，夹套换热介质出口34设置在夹套3上方，使换热介质的流动方向与反应物料的输送方向相反。由于换热介质在夹套3内流动换热后，夹套换热介质进口35和夹套换热介质出口34的换热介质温度会不同，夹套换热介质出口34端的换热介质对反应物料预换热，间接提高换热效率。

实施例一的换热流动过程：

热媒介质通过第一腔室121端的回转接头11的介质口111在腔室Ⅰ123、腔室Ⅱ124以及绕管13之间流动，作用在反应物料内侧，同时热媒介质通过夹套换热介质进口35和夹套换热介质出口34在第一夹套31内流动，作用在反应物料外侧。

冷媒介质通过第二腔室122端的回转接头11的介质口111在腔室Ⅰ123、腔室Ⅱ124以及绕管13之间流动，作用在反应物料内侧，同时冷媒介质通过夹套换热介质进口35和夹套换热介质出口34在第二夹套32内流动，作用在反应物料外侧。

反应物料分别由不同的进料口21和进料腔22进入腔体2内，同时搅拌轴1搅动，加速反应物料的混合，第一腔室121和绕管13与第一夹套31同时在物料内外两侧建立物料反应温度所需要的条件。并且反应物料会在绕管13的推动下，向腔体2的出料口23方向输送。逐渐输送到腔体2的下部，此时，第二腔室122和绕管13与第二夹套32同时在物料内外两侧对反应完成的物料进行冷却，避免过加热导致的新生成物料活性失效，最终生成的物料由出料口23排出，实现了反应物料的加热-反应-放热-冷却过程。

实施例二：

与实施例一相同的部分不再赘述，如图7所示，第一夹套31和第二夹套32之间设有第三夹套33，三个夹套3相互独立，分别作用在腔体2的上中下三段位置。

第一腔室121和第一夹套31内分别流动有热媒介质，第二腔室122和第三夹套33内分别流动有冷媒介质，第二夹套32内流动有热媒介质。

实施例二的换热流动过程：

反应物料分别由不同的进料口21和进料腔22进入腔体2内，同时搅拌轴1搅动，加速反应物料的混合，第一腔室121和绕管13与第一夹套31同时在物料内外两侧建立物料反应温度所需要的条件。并且反应物料会在绕管13的推动下，向腔体2的出料口23方向输送。物料输送到腔体2的中间部位时，第二腔室122和绕管13与第三夹套33同时在物料内外两侧对反应完成的物料进行冷却，避免过加热导致的新生成物料活性失效。物料输送到腔体2的下部时，第二腔室122和绕管13内的冷媒介质和第二夹套32内的热媒介质对反应物料起到类似中和的效果，对生成物料进行保温处理，以保证部分新生成物料的活性，整个过程实现了加热-反应-放热-冷却-保温过程。

上述两个实施例仅仅是对反应器腔体2内的不同位置实现不同控温效果的举例。当然，本实用新型所包含的实施例不仅仅是上述二个，当前领域技术人员所想到的，夹套3的数量及安装位置根据反应物料所需要的温度变化均可以合理布置。甚至根据反应物料换热的需要，腔室仅设置一个并布置在芯轴的一端也能够达到生产要求。上述结构均落入本实用新型所要保护的范围。另外本实用新型除了描述的结构外还同时具备下面的特征：

本实用新型腔体2内设有温度传感装置，这样可以及时掌握物料真实的操作温度，然后根据反应工艺参数调整进入夹套3或搅拌轴1的换热媒介的温度、流量，通过控制不同段内夹套3和搅拌轴1内腔室换热介质的温度，保证物料在反应的不同阶段热量的需求，达到分段控温的目的。

本实用新型搅拌轴1一端设有驱动装置，通过驱动装置实现搅拌轴1自由旋转，搅拌轴1与腔体2之间设有密封装置24，保证搅拌轴1在旋转的同时，物料能够完全限制在腔体2内不致外漏。

以上内容仅仅是对本实用新型的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，例如增加或者是减少进料口以及出料口的数量，以提高或者是减小物料反应生产时间；增加夹套换热介质进、出口数量，提高其换热速度等等，因此只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。