低轉速多功能攪拌裝置及其一體式多級加壓器的制造方法
【專利摘要】一種帶有攪拌驅動機構的低轉速多功能攪拌裝置及其一體式多級加壓器，它具有組合式空心攪拌軸、反應液輸出夾套、液位穩定器浮體、一體式多級加壓器、攪拌槳。一體式多級加壓器連接在攪拌裝置的中心軸上，對反應液進行多級疊加加壓。它的功能有：1、在較低低轉速下其自吸氣量足夠大且從反應器底部吹出；2、在攪拌的同時，強制抽取反應液進行上下部介質交換，應用于氣—液—固相催化劑之間的反應時，能高速沖刷催化劑而不是撞擊，同時對反應液體有強制的乳化混合作用。3、能將反應液加壓外送且自動調節外送量,以滿足反應進料量任意變化時，反應器液位保持穩定。
【專利說明】
低轉速多功能攪拌裝置及其一體式多級加壓器
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于化工原料混合和反應的低轉速多功能攪拌裝置及其一體式多級加壓器，尤其適用于石油化工、精細化工、醫藥及其生物工程行業中的氣一液、液一液、液一固、氣一液一固相反應過程，例如，液相催化加氫、胺化、氧化、烷基化羰基化、不飽和鍵加氫等。
【背景技術】
[0002]氣一液、液一液、液一固、氣一液一固相反應廣泛存在于化工生廣中。在合適的反應溫度及反應壓力下，參與反應的各相物質的充分混合或在反應界面的充分接觸和擴散是提高反應速度，縮短反應時間的最重要因素。對于有機化學反應，反應速度的快慢不僅影響著生產的產能和能耗，更重要的是它直接關乎著副反應的程度，從而影響著產品的質量。某些液一液相反應，存在著原料液體之間由于互溶性差的原因，在原料加入反應器后出現分層或者不能均勻的有效混合，而影響化學反應速度。氣一液一固體催化劑不均相反應的動力學特點是:首先經溶解或混合的氣一液相反應物混合液擴散到固相催化劑表面;繼而擴散到具有大比表面積微孔結構的固相催化劑內部并被吸附后反應;繼而反應產物被解吸并從固相催化劑的微孔結構內部擴散到固相催化劑表面;繼而從固相催化劑表面擴散到混合液中。氣一液一固相催化劑不均相反應的這些動力學特點說明:提高這類化學反應的速度不僅要求提高整個反應介質的均勻混合，而且氣一液相與固相催化劑之間要有大的相對運動速度。為延長活化后具有大比表面積微孔結構的固相催化劑的壽命，應盡量降低攪拌槳或攪拌渦輪的轉速，以便減少其對固相催化劑的撞擊，因為活化后的固相催化劑強度較低易碎，易失去微孔結構而失活，而它們又是貴重的稀有金屬組分(主要是鈀、鉑、鎳等)。綜上所述:達到理想的化學反應動力學條件的攪拌裝置，一是有利于整個反應介質的混合均勻，二是對有難于混合的特例化學反應也適應，它包括:難溶物質間的液一液相化學反應，固相為催化劑的氣一液一固相反應。
[0003]目前用于氣一液一固相反應的攪拌裝置為:自吸式氣液攪拌裝置。它由安裝在攪拌裝置的中心軸上的渦輪或葉輪在料液中高速轉動產生離心力，自吸反應器內頂部的氣體。因此不用額外的氣體輸送機械而能自行吸入反應器上部空間氣體，而進行氣液接觸的反應裝置，它簡化了傳統工藝的流程。這類裝置包括:中國專利(ZL87211458U)提供了一種自吸循環深層分散式加氫反應器，由葉輪和負壓管構成。中國專利(ZL92231345.8)提供了一種用于大噸位的空氣氧化反應過程的自吸氣攪拌裝置，由在槽體上裝有由帶有導流葉片和循環孔的穩流器、帶有大小葉片的葉輪和進氣吊管構成。中國專利(ZL97226395.0)提供了一種渦輪槳自吸式攪拌器，包括帶吸氣孔的接頭、與接頭連結的空心轉軸、垂直固定在空心轉軸下端并與其連通的返回管、返回管外壁上固定有與空心轉軸平行的左右葉片。中國專利(ZL99232050.X)提供了一種氣液反應加速增效裝置，其特征在于裝置包括氣液反應釜、裝于反應釜內的與電動機連結且其中有葉輪的空心攪拌軸、空心攪拌軸周壁上有若干小孔，可提高有機合成氣液兩相物資在反應釜中進行化學反應的效率。中國專利ZL200320109378.2公開了一種高效自吸式氣液攪拌裝置，它依次具有攪拌驅動裝置、聯軸器、空心攪拌軸、自吸式攪拌器、輔助攪拌器，自吸式攪拌器為空心渦輪型或空心風車型，自吸式攪拌器的下側開有下進液孔，或者空心渦輪型自吸式攪拌器上側開有上進液孔。
[0004]上述已有技術的自吸式氣液反應攪拌裝置的相同或相似結構特征和和工作原理，使得它們共有以下的弊端:1、安裝在攪拌裝置中心軸上的渦輪或葉輪在料液中高速轉動產生離心力自吸反應器內氣體，為增加氣體的吸入量要求攪拌轉速很高，而反應器液相攪拌因功率大又要求攪拌轉速不能很高。因此，已有的技術很難兼顧吸氣量與攪拌轉速的協調問題。這一問題在較大容積的反應器應用時更加突出。商品化的中國專利ZL200320109378.2制造的產品，為保證吸氣量只能將吸氣渦輪安裝在攪拌裝置中心軸的上半部分，降低了它浸在反應液中的深度(它使用在公稱體積16立方的反應釜時，攪拌速度大于500r.p.m，浸在反應液中的深度只占1/3)，以便降低反應液高度壓差對增加吸氣量的阻止。而渦輪以下的反應液中懸浮的固相催化劑濃度是反應器中最高的，它不能接受渦輪所吸氣體的沖擊和混合，大大增加了無效攪拌，既浪費能源又降低產品質量。2、安裝在攪拌裝置中心軸上的攪拌葉輪的高速轉動加快了貴金屬催化劑的破碎失活。3、為保障安裝在攪拌裝置中心軸上的攪拌渦輪的高速轉動它底部的攪拌槳幾何尺寸被限制的很小，導致反應器內反應液上下部分傳質交換能力嚴重不足。

【發明內容】

[0005]為了克服現有的氣體自吸式氣液反應攪拌裝置存在的上述缺陷。本發明的目的是提供一種低轉速多功能攪拌裝置及其一體式多級加壓器。它具有功能有:1、在較低低轉速下仍然提供滿足化學反應動力學要求的吸氣量，其自吸氣從反應器底部吹出。2、在攪拌的同時強制抽取反應液進行上下部介質交換，應用于氣一液相與固相催化劑之間的反應時，通過高速沖刷催化劑產生大的相對運動速度而不是撞擊;應用于原料液體之間互溶性差的液一液相反應時，對液體有較強的乳化混合作用。3、能將反應液加壓外送并且自動調節外送量以滿足反應進料量不管怎樣變化，反應器液位穩定在設定高度。
[0006]本發明的原理、結構與現有的氣體自吸式氣液反應攪拌裝置不同。它解決問題所采用的技術方案是:低轉速多功能反應器攪拌裝置依次具有減速驅動機構、組合式空心攪拌軸、液位穩定器浮體、一體式多級加壓器、攪拌槳、攪拌軸進氣夾套管;組合式空心攪拌軸的液位穩定器軸段部分與液位穩定器浮體組成液位穩定器，變形文丘里吸收器是組合式空心攪拌軸的尾部的分段;一體式多級加壓器的每一級都由葉輪層和通道層構成，各級結構相同并依次疊加連接成一體，其中葉輪層內有多個徑向均布的葉輪片，葉輪片將葉輪層分成若干個入口相通又各自獨立的小腔室，各級葉輪層與其通道層隔板面的外周上均布著多個液體出口。
[0007]組合式空心攪拌軸與一體式多級加壓器通過氣體夾套管連接;液位穩定器浮體與通道調節滑塊連接成一體結構，通道調節滑塊嵌入液位穩定器軸段部分的通道槽中，兩者間的間隙，在保障它能上下移動自如的前提下盡量小；組合式空心攪拌軸由構造不同且功能不同的各分段組合而成為整體，它包含液位穩定器軸段部分，也包含變形文丘里吸收器。當低轉速多功能攪拌裝置在減速驅動機構帶動下旋轉時，浸入反應液中的一體式多級加壓器與組合式空心攪拌軸以相同的角速度旋轉，在離心力的作用下，一體式多級加壓器里面的液體在其葉輪作用下被加壓甩出進入其通道層，繼而逐級疊加加壓，與此同時反應液體從一體式多級加壓器液體入口進入，加壓甩出的反應液體進入攪拌軸中部內心，其下行部分進入變形文丘里吸收器，與經過氣體夾套管通道進入的液面以上氣體進行噴射混合，其上行部分經過轉動著的空心軸內心送到固定著的反應液輸出夾套中，然后送到反應器外部，增加一體式多級加壓器的加壓級數可以增加加壓后液體的壓力，因而降低組合式空心攪拌軸轉速也能得到加壓液體所需的壓力，從而實現低轉速攪拌(一體式多級加壓器的原理及計算參照關醒凡編著的《現代栗技術手冊》，ISBN 7-80034-797-4)，受反應器液位的影響液位穩定器浮體上的通道調節滑塊上下浮動，這一過程改變著空心軸的外送液體量大小，從而穩定反應器的液位。
[0008]本發明的有益效果是
[0009]1、與現有的氣體自吸式氣液攪拌器相比本發明的低轉速多功能攪拌器轉速可降低轉速一半以上。
[0010]2、應用本發明的低轉速多功能攪拌裝置進行的某些氣一液一固相催化劑化學反應，與應用自吸式氣液攪拌裝置進行同樣的化學反應相比，化學反應速度提高一倍以上。例如4-亞硝基對苯二胺或4-硝基對苯二胺在活性鎳催化劑的作用下與氫氣生成RT培司的反應。
[0011]3、應用本發明的低轉速多功能攪拌裝置進行的氣一液一固相催化劑化學反應與應用自吸式氣液攪拌裝置進行同樣的化學反應相比，催化劑活性壽命提高一倍以上。例如4-亞硝基對苯二胺或4-硝基對苯二胺在活性鎳催化劑的作用下與氫氣生成RT培司的反應。
[0012]4、應用本發明的低轉速多功能攪拌裝置進行的氣一液一固相催化劑化學反應與現有技術相比，可以簡化反應的工藝流程，去掉傳統流程中的反應液輸送栗和輸送栗入口的反應液緩沖沉降槽，并且自動控制反應器內液位穩定，(由于反應液中夾帶有貴金屬催化劑需回收重復利用，需要將其加壓送到位能更高的設備中沉降，沉降后的催化劑靠重力重新流回反應器，因此這部分流程是必有的。)
[0013]5、應用本發明的低轉速多功能攪拌裝置應用于難溶物質間的液一液相化學反應時比應用其他傳統攪拌提高反應速度2倍以上。因為本發明裝置具有抽取反應器上部液體進行多級加壓后在文丘里吸收器與氣體進行混合沖擊的過程。
[0014]6、自動控制反應器內液位穩定。
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖進一步說明。
[0016]圖1是釆用本發明的反應器結構示意圖。
[0017]圖2是本發明的的縱剖面構造圖。
[0018]圖3是圖2的A—A剖視圖。
[0019]圖4是圖2的B—B剖視圖。
[0020]圖5是圖2的C一C剖視圖。
[0021]圖6是圖2的D—D剖視圖。
[0022]圖7是圖2的E—E剖視圖。
[0023]圖中:1.組合式空心攪拌軸，1.1攪拌軸上段部分，1.1.1反應液輸出出口，1.2液位穩定器軸段部分，1.2.1液位穩定器軸段部分進液口，1.2.2液位穩定器軸段部分出液口，1.2.3液位穩定器軸段部分進氣通道，1.3—體式多級加壓器軸段部分，1.3.1攪拌軸進氣夾套管，1.3.2攪拌軸進氣通道，1.3.3—體式多級加壓器軸段部分內心，1.4變形文丘里吸收器，1.4.1變形文丘里吸收器進液口，1.4.2變形文丘里吸收器進氣通道，1.4.3變形文丘里吸收器吸收室，1.4.4變形文丘里吸收器尾管，1.4.5變形文丘里吸收器尾管空心，2.反應液輸出夾套，2.1夾套軸密封，2.2反應液輸出夾套出口，3.液位穩定器浮體，3.1通道調節滑塊
4.一體式多級加壓器，4.1一級葉輪層，4.2—級通道層，4.3二級葉輪層，4.4二級通道層，4.5—體式多級加壓器液體入口，4.6—級葉輪層液體出口，4.7二級葉輪層液體入口，4.8葉輪片，5.攪拌槳，6.減速驅動機構，7.反應器外殼。
【具體實施方式】
[0024]參照附圖1，低轉速多功能攪拌裝置及其一體式多級加壓器與減速驅動機構6和反應器外殼7結合，可以構成低轉速多功能反應器。其中:根據不同的具體應用，反應器外殼與夾套和/或內換熱盤管、進出料口、安全閥、人孔等部件結合，反應器外殼是受壓容器，對于特定反應及其使用場合，也可為敞口的矩形槽。
[0025]參照附圖2，組合式空心攪拌軸由構造不同且功能不同的各分段組合構成，經過制造手段連接成為整體。各分段依次是:攪拌軸上段部分1.1，液位穩定器軸段部分1.2，一體式多級加壓器軸段部分1.3，變形文丘里吸收器1.4。
[0026]攪拌軸上段部分1.1伸出反應器殼體封頭外，它上面的反應液輸出出口 1.1.1被環形的反應液輸出夾套2所包裹，反應液輸出夾套2與組合式空心攪拌軸I間設有夾套軸密封2.1，它的作用是防止輸出的反應液泄露。它上面的反應液輸出夾套出口 2.2連接外部輸出管。
[0027]參照附圖2、附圖3，液位穩定器位于反應器內。它由環形的液位穩定器浮體3和液位穩定器軸段部分1.2組成，液位穩定器浮體3的內腔是環形且密閉的，液位穩定器浮體3與通道調節滑塊3.1連接成一體，，通道調節滑塊嵌入液位穩定器軸段部分的通道槽中，兩者間的間隙，在保障它能上下移動自如的前提下盡量小，通道調節滑塊數為2?4，優選3;液位穩定器軸段部分1.2的外形是圓柱體型其空心在中間隔斷，它上部的空心與攪拌軸上段部分1.1的空心貫通為一體，它下部的中間空心與一體式多級加壓器軸段部分內心1.3.3貫通為一體，其上部的中間空心沿徑向等角度均布著多個貫通到通道槽的液位穩定器軸段部分進液口 1.2.1，進液口數2?4，優選3，其下部分的中間空心沿徑向等角度均布著多個貫通到通道槽的液位穩定器軸段部分出液口 1.2.2，出液口數2?4，優選3，在其軸向方向有多路垂直且等徑均布的液位穩定器軸段部分進氣通道1.2.3，進氣通道數為3?9，優選6。液位穩定器的作用是穩定反應器內液體液位，它依據以下的動作過程來實現:當液位低時，液位穩定器浮體3的重力大于它的浮力，它的支撐點落至通道槽下部，此時通道調節滑塊3.1將液位穩定器軸段部分進液口 1.2.1全部蓋住，從而將攪拌軸上段部分1.1的內心與一體式多級加壓器軸段部分內心1.3.3隔斷。反之，液位高時，被蓋住的液位穩定器軸段部分進液口1.2.1漸漸敞開，向外輸出液體的能力逐漸增至最大。
[0028]參照附圖2、附圖4、附圖5、附圖6，一體式多級加壓器4位于液位穩定器浮體3的下面，它通過攪拌軸進氣夾套管1.3.1和組合式空心攪拌軸I連接，一體式多級加壓器4自上而下依次為:一級葉輪層4.1，一級通道層4.2，二級葉輪層4.3，二級通道層4.3,……各級結構相同并依次疊加連接成一體，加壓級數為2?10，優選3?8(附圖2中只畫出了 2級)，各級加壓器都由葉輪層和通道層構成，葉輪層內有多個徑向均布的葉輪片4.8，葉輪片數為為3?30，優選6?20，葉輪片4.8將葉輪層分成若干個入口相通又各自獨立的小腔室，在一級葉輪層和氣體夾套管連接處均布著多個一體式多級加壓器液體入口4.5(各級葉輪層等同)，液體入口數為2?4，優選3，在一級葉輪層與一級通道層隔板面的外周上均布著多個一級葉輪層液體出口 4.6，液體出口數為3?30優選6?20。
[0029]參照附圖2、附圖7，變形文丘里吸收器1.4的上端與一體式多級加壓器軸段部分
1.3連為一體，其上部的中間空心徑向水平均布著多個變形文丘里吸收器進液口 1.4.1，進液口數3至5，優選3，它下面是變形文丘里吸收器吸收室1.4.3，吸收室的周邊有與之貫通的變形文丘里吸收器進氣通道1.4.2，均布的多路變形文丘里吸收器進氣通道1.4.2上端垂直貫通至攪拌軸進氣通道1.3.2，進氣通道數為3?6，優選6，變形文丘里吸收器1.4的下部分為變形文丘里吸收器尾管1.4.4，在它的下部連接著攪拌槳5，攪拌槳構成的攪拌為多層徑流型或軸流型，攪拌層數I?2，優選I，其形式優選軸流型，每層攪拌槳葉片數為3?4，優選3。
[0030]經一體式多級加壓器4疊加加壓的液體，通過變形文丘里吸收器進液口 1.4.1進入變形文丘里吸收器1.4，與進入的氣體進行噴射混合。這部分氣體的流程為:從反應器液面以上經液位穩定器軸段部分進氣通道1.2.3流入一體式多級加壓器軸段部分夾套通道1.3.2，繼而流入變形文丘里吸收器進氣通道1.4.2，混合后的液體經變形文丘里吸收器尾管I，4.4垂直噴入反應器底部。這樣，反應器內的反應液上下不斷循環混合，各種反應原料在文丘里吸收器尾管里得以進一步的充分混合和沖刷。
【主權項】
1.一種具有攪拌驅動機構的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于它具有組合式空心攪拌軸(I )、反應液輸出夾套(2)、液位穩定器浮體(3)、一體式多級加壓器(4)、攪拌槳(5)。2.根據權利要求1所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說組合式空心攪拌軸(I)由攪拌軸上段部分(1.1)、液位穩定器軸段部分(1.2)、一體式多級加壓器軸段部分(1.3)、變形文丘里吸收器(1.4)構成，各部分經過制造手段連接成為一體。3.根據權利要求1所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說反應液輸出夾套(2)與攪拌軸上段部分(1.1)之間有夾套軸密封，且反應液輸出夾套將攪拌軸上段部分的反應液輸出出口(1.1.1)包裹。4.根據權利要求1所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說液位穩定器浮體(3)與通道調節滑塊(3.1)連接成一體，環形結構的液位穩定器浮體的環形內腔是密閉的，通道調節滑塊可移動的嵌入液位穩定器軸段部分的通道槽中，通道調節滑塊數為2?4，優選3。5.根據權利要求1所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說一體式多級加壓器(4)的每一級都由葉輪層和通道層構成，各級結構相同并依次疊加連接成一體，加壓級數為2?10，優選3?8;葉輪層內有多個徑向均布的葉輪片(4.8)，葉輪片數為為3?30，優選6?20，葉輪片將葉輪層分成若干個入口相通又各自獨立的小腔室，一級葉輪層與其通道層隔板面的外周上均布著多個液體出口(4.6)，液體出口數為3?30，優選6?20，每一級的加壓層液體入口數為2?4，優選3?4。6.根據權利要求1所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說攪拌槳(5)構成的攪拌為多層徑流型或軸流型，攪拌層數I?2，優選1，其形式優選軸流型，每層攪拌槳葉片數為3?4，優選3。7.根據權利要求2所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說液位穩定器軸段部分(1.2)的外形是圓柱體型且空心在它中間被隔斷，它上部的空心與攪拌軸上段部分(1.1)的空心貫通為一體，它下部的中間空心與一體式多級加壓器軸段部分內心(1.3.3)貫通為一體，其上部的中間空心沿徑向等角度均布著多個貫通到通道槽的液位穩定器軸段部分進液口(1.2.1)，進液口數2?4，優選3，其下部分的中間空心沿徑向等角度均布著多個貫通到通道槽的液位穩定器軸段部分出液口(1.2.2)，出液口數2?4，優選3，在其軸向方向有多路垂直且等徑均布的液位穩定器軸段部分進氣通道1.2.3，氣通道數為3?9，優選6。8.根據權利要求2或所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說一體式多級加壓器軸段部分(I.3)有攪拌軸進氣夾套管(1.3.1)，一體式多級加壓器(4)通過它和組合式空心攪拌軸(I)連接。9.根據權利要求2或所述的低轉速多功能攪拌裝置，其特征在于所說變形文丘里吸收器(1.4)其上部的中間空心徑向均布著多個變形文丘里吸收器進液口(1.4.1)，進液口數3至5，優選3，它下面是變形文丘里吸收器吸收室(1.4.3)，吸收室的周邊均布著與之貫通的變形文丘里吸收器進氣通道(1.4.2)，進氣通道數為3至6優選為6，變形文丘里吸收器尾管(1.4.4)連接著攪拌槳5。10.—種一體式多級加壓器(4)，連接在組合式空心攪拌軸(I)的攪拌軸進氣夾套管(1.3.1)上并與空心軸同心，其特征在于它的每一級都由葉輪層和通道層構成，各級結構相同并依次疊加連接成一體，加壓級數為2?10，優選的加壓級數3?8;葉輪層內有多個徑向均布的葉輪片(4.8)，葉輪片數為3?30，優選的葉輪片數6?20，葉輪片將葉輪層分成若干個入口相通又各自獨立的小腔室，一級葉輪層與其通道層隔板面的外周上均布著多個液體出口( 4.6)，液體出口數為3?30，優選6?20，每一級的加壓層液體入口數為2?4，優選3。
【文檔編號】B01J8/10GK106000243SQ201610411155
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】李良軍
【申請人】李良軍