一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板的制作方法

1.本发明属于化工机械反应器设计领域，涉及一种适用于釜式反应器多层搅拌桨导流式新型挡板的设计方法。


背景技术：

2.反应器是实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、制药等诸多行业，在反应器搅拌的过程中，为了提高其使用效率，通常会添加一些辅助装置，而挡板装置就是其中较为重要的一种辅助装置。在液体粘度较低时，通过在搅拌内部设置挡板装置可有效地解决搅拌器在搅拌过程中被搅拌物体出现的打漩情况。其基本作用是将液体的旋转运动改为垂直翻转运动，消除旋涡，同时改善所施加功率的有效利用率。挡板通过限制液体的切向速度增加了轴向和径向速度分量，使搅拌器排出流具有更宽的流动半径，流动更“规则”，搅拌功率可以较好的预测。
3.但是，在液体粘度较高时，普通挡板对流体轴向和径向速度的影响效果不显著，导致搅拌反应器内部流体混合不均匀，造成反应器局部吸放热过大，导致事故的发生。所以，作为搅拌器的挡板装置，急需一种可以适用于高粘流体的挡板结构。
4.1221211e09040.5专利，公开了一种提高搅拌剪切率的挡板，通过挡板本体与叶轮之间的相对转动以及让位槽的作用下，增加搅拌动区和静区的结合面，实现对搅拌剪切率的提升，进而获得在高粘层流的工况下也能改变流型的能力，也使物料粒径更小更均匀。但是，此挡板所占面积较大，严重影响了流体的正常流动，在低粘度流体工况下不适用。
5.1211b1011b8501.x专利，公开了一种随动挡板式高效搅拌装置，其顶板上沿其周向方向上均匀设有一组随动挡板，搅拌釜主体上设有用于随动挡板随动的随动旋转结构，随动挡板与外圈连接所在位置处设有一组用于调节随动挡板位置的滑动机构，滑动机构内设有一组用于固定随动挡板调节好位置的固定机构，实现搅拌釜在低粘度液体的高速搅拌过程中的均匀混合，增强搅拌效果的同时达到减少电机功率损耗的目的。但是，随动式挡板另需配套滑动机构、调节机构等装置，结构复杂，设备成本较为昂贵。
6.1221111b07688.1专利，公开了一种可控转动调温挡板双层桨叶布置搅拌系统，一方面双层桨叶布置可以使搅拌槽内温度快速分布均匀，调温操作方便，且能源利用率高；另外在搅拌槽内多组换热管组且换热管组之间相互连通，换热管组与搅拌槽之间可以发生相对转动，消除搅拌产生的漩涡。但是，此设计需要另加辅助调温装置，换热管组数量众多且组装拆卸较为复杂，使得搅拌系统的结构复杂，成本高昂，应用场合较少。


技术实现要素：

7.针对现有工业生产中高粘流体搅拌混合不均匀、温度梯度大等问题，本发明提供一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，通过安装至反应器釜体内侧，对搅拌桨搅拌产生的流体漩涡进行引导、破碎，将流体的水平运动改为复杂的三维流动，增加流体的轴向、径向速度，有效改善挡板的利用率，提升混合均匀性改善温度梯度过大的问题。
8.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
9.一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，包括反应器釜体14、导流板12、伴热旁管系统、搅拌系统。
10.所述的搅拌系统包括齿轮减速箱1、电机16、搅拌轴3、多层搅拌桨。所述搅拌轴3的上端与设置于反应器釜体14上方的齿轮减速箱1、电机16连接，通过电机16正反转和齿轮减速箱1的调速可实现搅拌轴3转速变化和正反转功能：所述搅拌轴3的下端深入反应器釜体14的腔体内腔，固定于底层桨11a上。所述搅拌轴3从下至上依次安装多层搅拌桨，通过电机16带动搅拌轴3发生转动，即可驱动各层搅拌桨同步发生转动，从而可以实现导流板12与各个叶轮之间的相对转动。
11.所述的反应器釜体14底部设有底进料口10、底部设有催化剂进料口9，侧面设有侧进料口5、侧进料口13，顶部设有出料口15、导热气出口2，中部设有备用进料口4、导热气上进口6，下部设有导热气下进口8，其中导热气下进口8位于底进料口10上方。侧进料口物料由底进料口10、侧进料口5进入反应器，催化剂由催化剂进料口9进入反应器，经过搅拌系统的搅拌、混合充分反应，由出料口15排出。所述的导流板12设置于反应器釜体14的内侧壁上，导流板12的层数与搅拌桨的层数相同。
12.所述的伴热旁管系统包括伴热旁管，设于伴热旁管上的导热气上、下进口6、8，导热气出口2，设于反应器釜体14外壁面的反应器测温点7a、7b、7c、7d和7e，其中，导热气出口2位于导热气上进口6上方，导热气下进口8位于催化剂进料口9上方。所述的反应器测温点7a、7e、7b、7d、7c从上至下间隔交错布置在反应器釜体14外壁面，其中，7a、7b、7c位于同一垂直面上，7e、7d位于同一垂直面上。所述伴热旁管螺旋缠绕在反应器釜体14外侧，导热气由导热气上、下进口6、8进入伴热旁管内，经过热传导，伴热旁管内导热气体液化，由其顶部的导热气出口2排出，为反应器起到保温作用。所述7a、7b、7c、7d和7e测温点上布置插入式热电偶或热电阻，深入反应器釜体14内部，并与外部工作站连接，通过随时监控反应器内温度梯度分布，间接判断反应器内部反应进程。
13.进一步的，所述的导流板12可拆卸地设置于反应器釜体14的内侧壁上，优点是：通过可拆卸的安装方式，既可以根据实际需求对导流板12的数量进行增加或者减少，又可以通过拆下导流板12，以便单独对导流板12进行更换，并有利于实现对导流板12以及反应器釜体14的内壁进行清洗。需要说明的是，本技术对导流板12与反应器釜体14之间的可拆卸安装不进行限定，例如导流板12可以采用螺钉连接、卡扣连接等可拆卸的方式安装于反应器釜体14的内侧壁上。
14.进一步的，所述的导流板12可根据工况调整其与水平面所成角度，优点是：当反应器内部流体牌号发生变化，相对应的流体粘度也发生改变，此时适当调整导流板与水平面所成角度，使得高低粘度流体都可以获得更好的流形能力，充分参与混合。当流体粘度较大时，导流板可适当向釜体内部倾斜，与水平面成负角度，这样可以提升流体的流动能力，使其更快的参与进混合过程中；当流体粘度较小时，导流板可适当向釜体外部倾斜，与水平面成正角度，这样可以避免流体没有充分被搅拌已经流出导流板，提升搅拌装置的剪切效率。本发明流体在搅拌器的带动下旋转，利用搅拌叶片搅拌时的下压力，物料沿着釜体内壁向上流动，倾斜一定角度的导流板将流体的切向流动转变为一部分的径向流动，产生的径向流动在上方流体重力的作用下有部分转化为轴向流动增加搅拌效率，导流板的存在减小“涡流”现象的形成，提升搅拌效率。
15.进一步的，所述导流板12分布于反应器釜体14的内壁，在水平方向以搅拌轴3为阵列中心呈环形阵列交错分布，在竖直方向呈阶梯式等差分布。搅拌桨切割流体，使流体沿着导流板12向斜上方运动，在搅拌桨的持续作用下，流体运动至当前导流板的最高处随即滑落至下一层导流板，继续重复上述行为。其优点是，通过设置挡板交错排布，可以使流体滑落当前挡板后继续被搅拌桨切割，在高粘流体的工况下提升搅拌剪切效率，从而使搅拌桨各层之间相互混合均匀。能在更短的时间内达到更好的搅拌效果，使物料混合更均匀，产品更稳定。
16.进一步的，所述导流板分布数量为4-6个。其优点是，当所述挡板本体的数量为一个时，对搅拌剪切率的提升以及在高粘层流的工况下所获得的流型能力的提升相对有限；当所述挡板本体的数量大于6个后，使得所述挡板本体的设置比较密集，对搅拌剪切率的提升以及在高粘层流的工况下所获得的流型能力的提升不高；因此，当所述挡板本体的数量为4～6个时，对搅拌剪切率的提升以及在高粘层流的工况下所获得的流型能力的提升比较明显，性价比更高。
17.进一步的，所述的导流板12与釜体内腔侧壁之间的水平夹角优选呈20，即沿搅拌轴旋转方向向上倾斜20
°
。
18.进一步的，所述导流板在沿搅拌轴轴向排列优选为5层。其优点是，导流板层数与搅拌桨层数相同，有利于每层桨叶对其本层流体进行充分切割，进过本层导流板导流，提升流体的混合效果。
19.进一步的，本技术对导流板12的具体大小、厚度和宽度不进行限定，可以随着工艺需求以及桨叶结构的形状发生变化，但是导流板12径向方向上尽量的贴合桨叶，这样流体一经桨叶旋转搅拌便能很快的沿反应器釜体14内侧斜向上流动，达到良好的混合效果。
20.与现有技术相比，本技术的有益效果在于:
21.(1)通过所述搅拌轴驱动所述叶轮发生转动，即可实现所述导流板与所述叶轮之间的相对转动，从而可以通过所述导流板或者所述叶轮带动所述搅拌罐体内部的物料发生运动，进而可以实现对物料的剪切。
22.(2)通过设置与搅拌桨层数相同的交错型导流板，实现了流体在轴向方向的不间断运动，相比于传统的挡板，改善了高粘流体在大长径比反应器中混合不均的情况，实现了对搅拌剪切率的提升，改善了在高粘层流的工况下流型单一、剪切效率不高的情况。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图2为本发明搅拌系统结构示意图；
25.图3为本发明导流板布置示意图。
26.图中：1齿轮减速箱；2导热气出口；3搅拌轴；4备用进料口；5侧进料口；6导热气上进口；7a、7b、7c、7d、7e反应器测温点；8导热气下进口；9催化剂进料口；10底进料口；11a底层搅拌桨；11b二层搅拌桨；11c三层搅拌奖；11d四层搅拌桨；11e顶层搅拌桨；12导流板；13侧进料口；14反应器釜体；15出料口；16电机。
具体实施方式
27.为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明进行详细阐述。
28.如图1所示，一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板主要由反应器釜体14、导流板12、伴热旁管系统、搅拌系统组成。
29.参照图1或者图2，所述搅拌系统由齿轮减速箱1、电机16、搅拌轴3、底层桨11a、二层桨11b、三层桨11c、四层桨11d、顶层搅拌桨11e组成。其中，搅拌轴3的上端与设置于釜体14上方的齿轮减速箱1、电机16连接，通过电机正反转和齿轮减速箱的调速可实现搅拌轴转速变化和正反转功能。所述的搅拌轴3从下至上依次设有底层搅拌桨11a、二层搅拌桨11b、三层搅拌奖11c、四层搅拌桨11d、顶层搅拌桨11e五层叶轮结构。搅拌轴3的下端固定于底层桨11a上，通过电机带动搅拌轴3发生转动，即可驱动搅拌桨11a、11b、11c、11d和11e同步发生转动，从而可以实现导流板12与叶轮之间的相对转动。
30.所述的反应器釜体14底部设有底进料口10、底部设有催化剂进料口9，侧面设有侧进料口5、侧进料口13，顶部设有出料口15、导热气出口2，中部设有备用进料口4、导热气上进口6，下部设有导热气下进口8，其中导热气下进口8位于底进料口10上方。侧进料5、侧进料口13与反应器釜体顶部垂直距离分别为1392mm、1697mm，与下方测温点7a、7e分别距离为534mm、635mm。侧进料口物料由底进料口12、侧进料口4进入反应器，催化剂由催化剂进料口9进入反应器，经过搅拌系统的搅拌、混合充分反应，由出出料口15排出。所述的导流板12设置于反应器釜体14的内侧壁上，导流板12的层数与叶轮的层数相同。所述的伴热旁管系统包括伴热旁管，设于伴热旁管上的导热气上、下进口6、8，导热气出口2，设于反应器釜体14外壁面的反应器测温点7a、7b、7c、7d和7e，其中，导热气出口2位于导热气上进口6上方，导热气下进口8位于催化剂进料口9上方。所述的反应器测温点7a、7e、7b、7d、7c从上至下间隔交错布置在反应器釜体14外壁面，其中，7a、7b、7c位于同一垂直面上，7e、7d位于同一垂直面上。其中，测温点7c、测温点7d分别与底进料口10垂直距离为268mm、497mm，测温点7a与7b之间、7b与7c之间、测温点7e与测温点7d和侧进料口13与测温点7e支架之间的轴向距离为635mm。具体的，伴热旁管螺旋缠绕在反应器釜体14外侧，导热气由导热气上、下进口6、8进入伴热旁管内，经过热传导，伴热旁管内导热气体液化，由其顶部的导热气出口2排出，为反应器起到保温作用。所述7a、7b、7c、7d和7e测温点上布置插入式热电偶或热电阻，深入反应器釜体14内部25mm，并与外部工作站连接，通过随时监控反应器内温度梯度分布，间接判断反应器内部反应进程。
31.本实施例中，所述的导流板12可拆卸地设置于反应器釜体14的内侧壁上。所述的导流板与釜体内腔侧壁连接与水平夹角呈20
°
，在水平方向以搅拌轴3为阵列中心呈环形阵列分布，在竖直方向呈阶梯式等差分布，达到导流板配合搅拌桨的作用。
32.需要说明的是，本技术对导流板12的具体大小、厚度和宽度不进行限定，可以随着工艺需求以及桨叶结构的形状发生变化，但是导流板12径向方向上尽量的贴合桨叶，这样流体一经桨叶旋转搅拌便能很快的沿反应器釜体14内侧斜向上流动，达到良好的混合效果。
33.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，其特征在于，所述的导流式挡板包括反应器釜体(14)、导流板(12)、伴热旁管系统、搅拌系统；所述的搅拌系统包括齿轮减速箱(1)、电机(16)、搅拌轴(3)、多层搅拌桨；所述搅拌轴(3)的上端与设置于反应器釜体(14)上方的齿轮减速箱(1)、电机(16)连接，通过电机(16)正反转和齿轮减速箱(1)的调速可实现搅拌轴(3)转速变化和正反转功能：所述搅拌轴(3)的下端深入反应器釜体(14)的腔体内腔，固定于底层桨上；所述搅拌轴(3)从下至上依次安装多层搅拌桨，通过电机(16)带动搅拌轴(3)发生转动，即可驱动各层搅拌桨同步发生转动，从而可以实现导流板(12)与各个叶轮之间的相对转动；所述的反应器釜体(14)底部设有底进料口(10)、底部设有催化剂进料口(9)，侧面设有侧进料口(5)、侧进料口(13)，顶部设有出料口(15)、导热气出口(2)，中部设有备用进料口(4)、导热气上进口(6)，下部设有导热气下进口(8)；侧进料口物料由底进料口(10)、侧进料口(5)进入反应器，催化剂由催化剂进料口(9)进入反应器，经过搅拌系统的搅拌、混合充分反应，由出料口(15)排出；所述的导流板(12)设置于反应器釜体(14)的内侧壁上，导流板(12)的层数与搅拌桨的层数相同；所述的伴热旁管系统包括伴热旁管，设于伴热旁管上的导热气上、下进口(6)、(8)，导热气出口(2)，设于反应器釜体(14)外壁面的多个反应器测温点，其中，导热气出口(2)位于导热气上进口(6)上方；所述的反应器测温点从上至下间隔交错布置在反应器釜体(14)外壁面；所述伴热旁管螺旋缠绕在反应器釜体(14)外侧，经过热传导，伴热旁管内导热气体液化，由其顶部的导热气出口(2)排出，为反应器起到保温作用；所述测温点上布置插入式热电偶或热电阻，深入反应器釜体(14)内部，并与外部工作站连接，通过随时监控反应器内温度梯度分布，间接判断反应器内部反应进程。2.根据权利要求1所述的一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，其特征在于，所述的导流板(12)可拆卸地设置于反应器釜体(14)的内侧壁上，导流板(12)径向方向上尽量贴合搅拌桨，流体一经桨叶旋转搅拌能够快速沿反应器釜体(14)内侧斜向上流动，达到良好的混合效果。3.根据权利要求1所述的一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，其特征在于，所述的导流板(12)可根据工况调整其与水平面所成角度，角度指沿搅拌轴旋转方向向上倾斜；所述的导流板(12)在水平方向以搅拌轴(3)为阵列中心呈环形阵列交错分布，在竖直方向呈阶梯式等差分布。4.根据权利要求3所述的一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，其特征在于，所述的导流板(12)与釜体内腔侧壁之间的水平夹角优选20
°
。5.根据权利要求1所述的一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，其特征在于，所述导流板(12)分布数量为4-6个。

技术总结
一种适用于多层搅拌桨的导流式挡板，属于反应器设计领域，包括反应器釜体、导流板、伴热旁管系统、搅拌系统。搅拌系统中的搅拌轴顶端与电机连接，通过电机带动搅拌轴转动，驱动各层搅拌桨同步发生转动，实现导流板与各个搅拌桨之间的相对转动，导流板设置于反应器釜体内壁，其层数与搅拌桨相同。物料、催化剂进入反应器，经搅拌系统的搅拌、混合充分反应后排出。伴热旁管系统包括伴热旁管、多个反应器测温点：伴热旁管缠绕在反应器釜体外侧，测温设备深入釜体内部并与外部工作站连接，用于间接判断反应器内部反应进程。本发明能够实现流体在轴向方向的不间断运动，提高搅拌剪切率，改善在高粘层流的工况下流型单一、剪切效率不高的情况。况。况。


技术研发人员：李巍 张宏 侯集 王野
受保护的技术使用者：大连万慷工业科技有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/11