一种反应器及其使用方法与流程

本发明涉及机械搅拌反应装置技术领域，特别涉及一种反应器及其使用方法。

背景技术：

机械搅拌反应器是化工生产中常用的设备，主要包括容器、电机驱动装置和搅拌转子，常用的搅拌转子是各种形状的叶轮。当搅拌转子旋转时，容器中的物料在搅拌转子驱动下运动，形成各种尺寸的涡旋，实现物质的传递、混合与反应。反应器容器与搅拌转子的结构是控制容器中的物料的流型、速度大小与方向、多尺度涡旋动力学行为的关键因素，直接影响混合、化学反应速率和转化率，乃至分子结构等。叶轮式搅拌反应器具有结构简单，使用范围广，造价低，混合速度快等优点，但是叶轮式搅拌反应器内流场结构复杂、局部混合、能耗分布和剪切速率的空间分布严重不均匀，如叶轮附近的剪切速率极高，而其它主体区域的剪切速率低。针对叶轮搅拌反应器的缺点，开发出泰勒反应器，泰勒反应器由柱状转子与圆柱形容器构成，当柱状转子低速转动时，流动为层流，当柱状转子增加转速并超过一定值，环隙内流体在离心力的作用下能形成一个个沿容器轴向方向有序排列的涡旋，继续增加转速，流动将过渡到全湍流。该类反应器具有流形可控、返混小、流场剪切均匀等优势，泰勒反应器在低速时能保持较稳定可控的流型，且返混小。但是为了提高局部微观混合，需要增加转速，而高转速会破坏规整的流型，使返混增大，可能损害反应的选择性以及生产效率。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种反应器及其使用方法，通过高速流体剪切实现反应液的快速均匀混合，同时保证流体剪切温和、流型规整、返混小的流动特征，以实现反应液的完全反应。

在一方面，本发明提供一种反应器，包括：反应容器以及设置在所述反应容器内部的搅拌部和转轴，所述搅拌部与所述反应容器同轴连接，所述转轴设置于所述搅拌部的底部，并与所述搅拌部固定连接；

所述反应容器包括第一圆柱形容器和第二圆柱形容器，所述第一圆柱形容器直径小于所述第二圆柱形容器直径，所述第一圆柱形容器与所述第二圆形柱容器连接且相互连通；所述搅拌部包括柱形搅拌体和搅拌圆盘，所述搅拌圆盘与所述圆柱形搅拌体固定连接。

根据本发明的一个具体实施例，所述搅拌部的柱形搅拌体位于所述第一圆柱形容器内，所述柱形搅拌体的外表面与所述第一圆柱形容器的内表面构成第一流体反应空间；所述搅拌圆盘位于所述第二圆柱形容器内，所述搅拌圆盘的外表面与所述第二圆柱形容器的内表面构成第二流体反应空间。

根据本发明的一个具体实施例，所述搅拌部与所述转轴的连接方式可以是焊接或者螺纹连接。

根据本发明的一个具体实施例，所述柱形搅拌体的截面可以是圆形或多边形。

根据本发明的一个具体实施例，所述第一圆柱形容器顶部设置有进料口，所述第二圆柱形容器底部设置有出料口。

根据本发明的一个具体实施例，所述搅拌部的表面可以是光滑面，或者带有凹槽、或凸起或径向条的粗糙面。

根据本发明的一个具体实施例，所述搅拌部的柱形搅拌体和搅拌圆盘为一体化结构，或通过焊接或螺纹进行连接。

根据本发明的一个具体实施例，所述柱形搅拌体的表面可以安装环形，或条状，或棒状的内构件。

根据本发明的一个具体实施例，所述转轴与驱动电机电性连接。

根据本发明的一个具体实施例，所述搅拌部的材料可以是金属、或陶瓷或高分子材料。

本发明提供的一种反应器，结构简单，制作安装方便，有效使用体积大，该反应器包括两个流体流动行为完全不同但相互连通的反应区域，分别为第一流体反应空间和第二流体反应空间，其中第二流体反应空间能够提供高强度剪切和快速微观混合，与第一流体反应空间能够产生规则涡旋结构和流场，返混小、剪切均匀温和。其搅拌部的柱形搅拌体与搅拌圆盘可以提供不同强度的流体剪切与微观混合，其中搅拌圆盘能够更大剪切与更快速微观混合，而柱形搅拌体的返混小、流体剪切强度温和，可以满足化学反应在不同阶段对流动、剪切与混合的特别需求，同时能够提供足够长的停留时间。该反应器适用中等速率及以上的反应过程或结晶过程等。

附图说明

图1示出根据本发明一实施例的一种反应器剖视图。

图2示出根据本发明一实施例的搅拌部结构示意图。

图3示出根据本发明一实施例的搅拌圆盘表面安装的环形内构件的结构示意图。

图4示出根据本发明一实施例的搅拌圆盘表面安装的径向条状内构件的结构示意图。

图5示出根据本发明一实施例的柱形搅拌体表面安装的环形内构件的结构示意图。

图6示出根据本发明一实施例的柱形搅拌体表面安装的径向棒状内构件的结构示意图。

图7示出根据本发明一实施例的柱形搅拌体表面安装的径向条状内构件的结构示意图。

附图标记：

1-反应容器；2-搅拌部；3-转轴；4-第一圆柱形容器；5-第二圆柱形容器；6-柱形搅拌体；7-搅拌圆盘；8-驱动电机；9-第一流体反应空间；10-第二流体反应空间；11-进料口；12-出料口；

具体实施方式

为了使本领域技术人员更加清楚地理解本发明的概念和思想，以下结合具体实施例详细描述本发明。应理解，本文给出的实施例都只是本发明可能具有的所有实施例的一部分。本领域技术人员在阅读本申请的说明书以后，有能力对下述实施例的部分或整体作出改进、改造、或替换，这些改进、改造、或替换也都包含在本发明要求保护的范围内。

在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“a包括b”意在表示在逻辑上b属于a，而不表示在空间上b位于a的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“a包括b”意在表示b属于a，但是b不一定构成a的全部，a还可能包括c、d、e等其它元素。

在本文中，术语“实施例”、“本实施例”、“一实施例”、“一个实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，所述替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本发明的保护范围。

实施例1

请参阅图1，图1示出根据本发明一实施例的一种反应器剖视图，所述反应器包括反应容器1以及设置在所述反应容器1内部的搅拌部2和转轴3，所述搅拌部2与所述反应容器1同轴连接，所述转轴3设置于所述搅拌部2的底部，并与所述搅拌部2固定连接。

所述反应容器1包括第一圆柱形容器4和第二圆柱形容器5，其中第一圆柱形容器4顶部设置有进料口12，第二圆柱形容器5底部设置有出料口11，所述进料口12设置在第一圆柱形容器4位于搅拌轴一侧的端面上，优选地，本发明实施例将进料口12设置在大于搅拌圆盘7半径1/2以外的区域，所述出料口11设置在第二圆柱形容器5一侧的端面，或距离底部距离小于第一圆柱形容器5高度1/3的侧面。所述第一圆柱形容器4的直径小于所述第二圆柱形容器5的直径，所述第一圆柱形容器4与所述第二圆柱形容器5连接且相互连通；所述搅拌部2包括柱形搅拌体6和搅拌圆盘7，所述搅拌圆盘7与所述圆柱形搅拌体6固定连接。所述转轴2与驱动电机8电性连接，通过驱动电机8带动转轴2转动，进而使搅拌部2进行旋转搅拌。所述搅拌部2的柱形搅拌体6位于所述第一圆柱形容器4内，所述柱形搅拌体6的外表面与所述第一圆柱形容器4的内表面构成第一流体反应空间9；所述搅拌圆盘7位于所述第二圆柱形容器5内，所述搅拌圆盘7的外表面与所述第二圆柱形容器5的内表面构成第二流体反应空间10。

图2示出根据本发明一实施例的搅拌部结构示意图，如图2所示，所述搅拌部2由柱形搅拌体6和搅拌圆盘7两部分构成，所述搅拌部2的柱形搅拌体6与第一圆柱形容器4内直径比在0.8-0.95之间，其最大距离小于50mm，优选地，本发明实施例的最大距离在5mm-20mm之间。所述搅拌部2的柱形搅拌体6的长度与其表面至第一圆柱形容器4内表面的距离之比大于5，优选地，本发明实施例选择距离之比大于10。所述搅拌部2的搅拌圆盘7的表面与所述第二圆柱形容器5的上下端面之间的最大距离小于10mm，优选地，本发明实施例选择最大距离小于1-5mm。所述搅拌部2的搅拌圆盘7的直径与所述搅拌部2的柱形搅拌体6的直径之比大于2，优选地，本发明实施例选择直径之比大于3。

所述搅拌部2的柱形搅拌体6和搅拌圆盘7可以是一体化结构，或通过焊接或螺纹进行连接，优选地，本发明实施例选择螺纹方式进行连接。所述柱形搅拌体6的截面可以是圆形或多边形，优选地，本发明实施例选择柱形搅拌体6的截面为圆形。所述搅拌部2的搅拌圆盘7和柱形搅拌体6的表面可以是光滑面，也可以是带有特殊设计的粗糙面，例如圆形凹槽、圆形凸起或径向条。所述搅拌部2与所述转轴3的连接方式可以是焊接或者螺纹连接，优选地，本发明实施例选择螺纹连接。所述搅拌部2的材料可以是金属、陶瓷或高分子材料。所述搅拌部2的转速在10-2000rpm，优选地，本发明实施例选择转速在50rpm-200rpm。

实施例2

为了使本领域技术人员更容易理解和实施本发明，以下通过一个实例详述本发明技术方案的一个使用方法。

搅拌部的柱形搅拌体和搅拌圆盘的表面可以安装各种内构件，如环形圈、条或棒，但不仅限于此。为了强化混合与控制返混，本发明实施例分别在搅拌部2的搅拌圆盘7和柱形搅拌体6的外表面安装不同结构的内构件，如图3和图4所示的搅拌部的搅拌圆盘表面安装的不同内构件的结构示意图，其中图3所示的内构件为环形内构件，图4所示的内构件为径向条状内构件，图5-图7示出了搅拌部的柱形搅拌体表面安装的不同内构件的结构示意图，其中图5所示的内构件为环形内构件，图6所示的内构件为径向棒状内构件，图7所示的内构件为径向条状内构件，当反应液经过进料口12进入反应容器1的第二流体反应空间10时，通过搅拌圆盘7转动产生的高速剪切实现快速均匀混合，并启动反应，此处停留时间较短，实现初步混合后的反应物及部分产物进入反应容器1的第一流体反应空间9，此空间流型规则、流体剪切较为温和、返混较小，此处停留时间较长，以实现完全反应，最后从出料口11流出。

本发明提供的一种反应器，结构简单，制作安装方便，其搅拌部的柱形搅拌体与搅拌圆盘可以提供不同强度的流体剪切与微观混合，其中搅拌圆盘能够更大剪切与更快速微观混合，而柱形搅拌体的返混小、流体剪切强度温和，可以满足化学反应在不同阶段对流动、剪切与混合的特别需求，同时能够提供足够长的停留时间。

以上结合具体实施方式(包括实施例和实例)详细描述了本发明的概念、原理和思想。本领域技术人员应理解，本发明的实施方式不止上文给出的这几种形式，本领域技术人员在阅读本申请文件以后，可以对上述实施方式中的步骤、方法、装置、部件做出任何可能的改进、替换和等同形式，这些改进、替换和等同形式应视为落入在本发明的范围内。本发明的保护范围仅以权利要求书为准。