[發明專利]一種酸度可控液相撞擊流反應裝置

有效

• 申請號: 201210013284.9
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN103203213A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 蒲薇華;肖楊;武玉玲;鄧長生
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于化工反應技術裝備領域，涉及一種酸度可控液相撞擊流反應裝置。

背景技術

在化工、材料及制藥等工程領域中經常涉及液相反應制備超細粉體的過程，反應裝置中物料快速均勻混合問題是該過程制備產品質量的瓶頸，直接影響產品顆粒的粒度和粒徑分布。

工業上廣泛應用于液相反應過程的傳統裝置是釜式攪拌槽反應器，這種反應器往往是在高度比直徑略大的容器中，通過攪拌槳帶動流體旋轉運動，使流團之間產生相對運動而發生混合。由于這種方式產生的流團間的相對運動不夠劇烈，物料的混合狀況不夠理想，特別是微觀混合效果較差，過程效率較低，因流體旋轉引起的離心力使得大部分機械能消耗在流體與器壁的碰撞上，能量利用率不高。

撞擊流是一種新穎的強化混合反應技術?！蹲矒袅?原理·性質·應用》(伍沅著，化學工業出版社)指出，撞擊流最初構思是使兩股等量氣體充分加速固體顆粒后形成氣-固兩相流同軸高速相向流動并在兩加速管中間即撞擊面上相互撞擊，在撞擊瞬間達到極高的相間相對速度，從而極大地強化相間傳遞。液體連續相撞擊流基本上不具有強化傳遞的性質，但由于液體密度比氣體大3個數量級，兩流體間的動量傳遞比氣體連續相撞擊流強烈得多，高動量傳遞強度，以及液體處于分子緊密聚集的凝集狀態，兩股相向撞擊的流體間必然發生強烈地流團或分子間的相互碰撞、擠壓、剪切等作用，宏觀表現為撞擊區產生壓力波動和強烈的微觀混合。壓力波動意味著流團或分子發生振動，運動方式發生變化，這種方式影響與流團和分子運動密切相關的微觀混合，發生振動就必定發生了能量交換，部分流動能轉化為振動能，能量形式的轉換可隨機改變分子能量分布，部分分子可獲得較大能量，達到發生反應所需的能級，從而促進過程動力學。對于發生在分子尺度上的液相或以液體為連續相的多相過程，壓力波動和微觀混合有著重要正面影響。因此對于液相反應過程，采用撞擊流技術更具優勢。

伍沅專利浸沒循環撞擊流反應器(中國專利ZL00230326.4)，適用于液相或以液體為連續相的多相反應體系的新型反應器，主要為反應-沉淀法制備超細粉體而設計，其基本思想是：利用撞擊流促進微觀混合的特性，為沉淀創造很高且均勻的過飽和度環境；提供較長的平均停留時間，滿足大多數反應體系的要求。該反應器結構包含撞擊流和循環流動兩個基本要素；后者使得任意設置平均停留時間成為可能。工作原理是：同軸安裝的兩個螺旋槳從兩端推動流體沿導流筒流動，并在反應器中心相向撞擊，形成劇烈湍動的撞擊區；撞擊后流體徑向向外，隨后經器壁與導流筒間的環室回流到反應器兩端，再被抽取經導流筒向中心流動，如此反復循環。

浸沒循環撞擊流反應器存在的不足是，反應器上部留置了較大氣相空間，對于液相反應過程而言，使反應器容積利用率不高，設備制造成本費用提高，同時對于需要控制反應體系pH值的過程，不易實時檢測和控制體系的酸度。其次，流體經攪拌槳加速后導流筒直徑未變，出口處液體流速即撞擊速度偏低，而撞擊速度直接影響促進微觀混合的壓力波動，提高撞擊速度是強化波動的有效措施。再次，驅動螺旋槳的電機軸是懸臂結構，如果軸較長或轉速較快，容易引起螺旋槳及電機軸的振動，出現軸變形導致電機不工作，不適宜長期運轉。另外，在導流筒內流體存在旋流，在流動中產生旋渦，出現大量能量損失。最后，容器底部為水平設計，對有固體顆粒生成或產生結晶的體系，不利于反應結束后卸料和清洗干凈容器。

發明內容

本發明的目的是克服上述裝置的不足，提供一種適用于化工過程中要求控制反應體系pH值、液相連續流動、快速均勻混合的反應裝置。

一種酸度可控液相撞擊流反應裝置，該裝置包括反應器殼體，在反應器殼體內安裝有導流筒，導流筒根據反應器規?？梢詫ΨQ設置為1～6對，每對導流筒的兩個導流筒在反應器殼體內水平同軸對稱設置，每個導流筒進料端中設置有攪拌器，所述的導流筒是變徑的，出口處直徑小于進口處，導流筒進口處與反應殼殼體內壁面之間留有足夠空隙用作物料循環流動通道；每個導流筒配置有帶彎嘴的加料管，為使新鮮物料優先加速，將加料管通過彎嘴形式伸入導流筒的進口處；該裝置還包括pH計，pH計的探頭位于反應器殼體內導流筒上方，pH計探頭與pH計顯示器相連。反應器殼體外安裝有與攪拌器水平同軸的電機，電機連接有轉速控制器。

在電機和反應器外殼端面之間安裝三角支撐板，目的是防止設備運轉過程因振動引起的攪拌軸變形，實現裝置的穩定操作。

所述的導流筒內均勻分布有徑向折流擋板，優選在導流筒內側對稱安裝4片徑向折流擋板，可抑制液體流動過程中的旋流，起到徑向導流作用。

反應器殼體底端中部設置有卸料口。