连续流反应器和反应系统的制作方法

1.本发明涉及连续流反应器技术领域，特别涉及一种连续流反应器和应用该连续流反应器的反应系统。


背景技术：

2.连续流反应技术能够提高设备效率、简化工艺流程、降低物耗能耗，实现安全清洁生产。通常，连续流反应中，气液固多相反应物在反应腔内反应，其中，固体颗粒在较低的流速下容易发生沉降，混合效果差，长时间运行更会堵塞管路；虽然在高流速下颗粒混合效果好，但是其在管道内停留时间较短，难以满足反应时长的要求，因此，多相反应连续工艺一直是连续生产的难点和热点。相关技术中，虽然有在反应腔内设置搅拌轴以对气液固三相进行强制混合，以强化多相反应的传质传热效率。但是，现有的搅拌轴的结构单一，搅拌混合的效果仍不够理想，仍无法满足多相反应的需求。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种连续流反应器，旨在提升连续流反应器内多相反应物的混合效率，提升多相反应物的传质传热效果。
4.为实现上述目的，本发明提出的连续流反应器，包括：
5.驱动装置；
6.反应管，所述反应管内形成用于容置反应物的反应腔，所述反应管有轴向方向和径向方向；
7.搅拌轴，所述搅拌轴设于所述反应腔内，并沿所述反应管的轴向方向沿延伸设置，所述搅拌轴的一端贯穿所述反应管伸出所述反应腔的外侧，并与所述驱动装置连接；以及
8.分散结构，所述分散结构设于所述反应腔内，并与所述搅拌轴连接，所述驱动装置驱动所述搅拌轴转动，同时带动所述分散结构转动，以强化反应物的混合。
9.在本发明的一实施例中，所述分散结构包括：
10.轴向分散板，所述轴向分散板与所述搅拌轴连接，并沿所述反应管的轴向方向设置；和/或，多个径向分散板，各所述径向分散板与所述搅拌轴连接，多个所述径向分散板并沿所述反应管的径向方向设置，多个所述径向分散板沿所述反应管的轴向方向间隔分布，并将所述反应腔分隔为多个相连通的反应区。
11.在本发明的一实施例中，所述轴向分散板与所述搅拌轴为一体结构；和/或，所述径向分散板与所述搅拌轴为一体结构。
12.在本发明的一实施例中，所述分散结构包括所述轴向分散板时，所述轴向分散板包括：搅拌区，所述搅拌区为无孔板；和/或，剪切区，所述剪切区开设有多个间隔设置的剪切孔。
13.在本发明的一实施例中，各所述反应区内，所述搅拌区和所述剪切区分别位于所述搅拌轴的两侧；相邻的两所述反应区内，所述搅拌区位于所述搅拌轴的同一侧；或相邻的
两所述反应区内，所述搅拌区和所述剪切区交替位于所述搅拌轴的同一侧。
14.在本发明的一实施例中，所述径向分散板上设有过孔；或所述径向分散板与所述反应腔的内壁面形成有通道。
15.在本发明的一实施例中，相邻的两所述径向分散板上的过孔分别位于轴向分散板的两侧。
16.在本发明的一实施例中，所述反应管的侧壁面设有连通所述反应腔的进料口和出料口，所述进料口和所述出料口分别设于所述反应管轴向方向的两端。
17.在本发明的一实施例中，所述连续流反应器还包括所述换热管，所述换热管套设在所述反应管的外壁面，并与所述反应管的外壁面围合形成换热腔，所述换热管还设有连通所述换热腔的换热进口和换热出口，所述换热进口和换热出口分别位于所述换热管轴向方向的两端。
18.本发明还提出一种反应系统，包括如前述的连续流反应器，多个所述连续流反应器串联或者并联设置。
19.本发明技术方案提供的连续流反应器包括驱动装置、反应管、搅拌轴、以及分散结构，其中，反应管内的反应腔用于容置反应物，搅拌轴设于反应腔内，并伸出反应腔外与驱动装置连接，反应腔内还设有分散结构，分散结构与搅拌轴连接。在使用时，驱动装置驱动搅拌轴于反应腔内转动，搅拌轴转动的同时还带动了与搅拌轴连接的分散结构转动，分散结构转动的过程中，能够对液相物质、固相物质进行分散，从而实现增大多相物质之间的接触面积，强化了多相物质之间的混合，提升传质传热效果，进而实现提升反应效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
21.图1为本发明连续流反应器的结构示意图；
22.图2为本发明连续流反应器的截面结构示意图；
23.图3为本发明连续流反应器一实施例的结构示意图；
24.图4为本发明连续流反应器另一实施例的结构示意图；
25.图5为本发明连续流反应器又一实施例的结构示意图。
26.附图标号说明：
27.标号名称标号名称1000连续流反应器311a剪切孔100反应管312搅拌区110反应腔320径向分散板120进料口321过孔130出料口400联轴器140密封盖500驱动装置200搅拌轴600换热管
300分散结构610换热进口310轴向分散板620换热出口311剪切区630换热腔
28.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.本发明提出一种连续流反应器1000。
34.参照图1和图2，图1为本发明连续流反应器1000的结构示意图，图2为本发明连续流反应器1000的截面结构示意图；
35.在本发明的一实施例中，该连续流反应器1000包括驱动装置500、反应管100、搅拌轴200、以及分散结构300，所述反应管100内形成用于容置反应物的反应腔110，所述反应管100有轴向方向和径向方向，所述搅拌轴200设于所述反应腔110内，并沿所述反应管100的轴向方向沿延伸设置，所述搅拌轴200的一端贯穿所述反应管100伸出所述反应腔110的外侧，并与所述驱动装置500连接；所述分散结构300设于所述反应腔110内，并与所述搅拌轴200连接，所述驱动装置500驱动所述搅拌轴200转动，同时带动所述分散结构300转动，以强化反应物的混合。
36.本发明技术方案提供的连续流反应器1000包括驱动装置500、反应管100、搅拌轴200、以及分散结构300，其中，反应管100内的反应腔110用于容置反应物，搅拌轴200设于反应腔110内，并伸出反应腔110外与驱动装置500通过联轴器400连接，反应腔110内还设有分散结构300，分散结构300与搅拌轴200连接。如此，驱动装置500驱动搅拌轴200于反应腔110
内转动的同时，并带动了与搅拌轴200连接的分散结构300转动。分散结构300转动的过程中，能够对液相物质、固相物质进行分散，从而实现增大多相物质之间的接触面积，强化了多相物质之间的混合，提升传质传热效果，进而实现提升反应效率。
37.反应管100包括一管体和连接于管体两端的密封盖140，其中，搅拌轴200的两端均与密封盖140转动连接，且，两个密封盖140中的其中的一个密封盖140为通孔，其中的另一个密封盖140为盲孔。密封盖140与管体可以通过机械密封、磁力密封、填料密封或范密封等方式密封，只要能实现对反应腔110的密封即可。同理，密封盖140与搅拌轴200也是密封连接，避免反应腔110内的液体经由密封盖140与搅拌轴200之间的装配间隙流出。
38.驱动装置500可以是电机，例如，伺服电机、步进电机等，介绍电机的轴通过联轴器400与搅拌轴200的端部连接；也可快速改变电机的正反转，搅拌速度为50～3000转，正反频率可以达10hz以上，驱动装置500通过驱动搅拌轴200快速正反转，能够改变多相流体的运动方向，结合所述搅拌轴200和分散结构300的搅拌、剪切功能将多相流体分散，极大增强多相流体接触面积，更多的破碎微小气泡增溶到浆体，极大的提升了传质传热效率和反应效率。
39.搅拌轴200为长轴，其材质应具有高强度，而搅拌轴200和分散结构300由于会与反应物充分接触，所以在材质选择上选用不会与反应物产生反应高强度塑料或性质稳定的金属合金。
40.可以理解的是，分散结构300的叶宽越大越具有宽适应性，宽大分散结构300能够更好的对反应物进行分区搅拌，将反应适用范围扩大到粘度较大的流体，极大增强粘度较大多相流体的传质传热性能。
41.在一实施例中，如图2、图3、图4所示，所述分散结构300包括轴向分散板310，所述轴向分散板310与所述搅拌轴200连接，并沿所述反应管100的轴向方向设置；和/或，多个径向分散板320，各所述径向分散板320与所述搅拌轴200连接，多个所述径向分散板320并沿所述反应管100的径向方向设置，多个所述径向分散板320沿所述反应管100的轴向方向间隔分布，并将所述反应腔110分隔为多个相连通的反应区。所述轴向分散板310与所述搅拌轴200为一体结构；和/或，所述径向分散板320与所述搅拌轴200为一体结构。
42.可以理解地，分散结构300可以是只设有轴向分散板310，或者分散结构300可以是只设有径向分散板320，或者是分散结构300同时设有轴向分散板310和径向分散板320。
43.轴向分散板310的数量可以是两块，两块轴向分散板310可以连接在搅拌轴200的相对两侧，多个轴向分散板310可以均匀环绕设置在搅拌轴200上，或者相邻两个轴向分散板310之间按一定夹角环绕设置在搅拌轴200上。
44.径向分散板320可以是圆形板，还可以是其他形状的板体。径向分散板320沿反应管100轴向方向间隔分布，相邻两个径向分散板320的间隔距离不易过小或过长；间隔距离过小，间隔区内的反应物过少，反应物不能得到充分的搅拌，间隔距离过长，间隔区内的反应物过多，由于反应物自身重力的原因，在搅拌过程中会增大轴向分散板310的压力。
45.本发明中，通过将搅拌轴200和轴向分散板310以及径向分散板320相结合，使连续流反应器1000具有高效的活塞流特性和卓越的搅拌混合功能，延长了多相反应停留时间，极其适合多相反应连续工艺。
46.进一步地，轴向分散板310与轴向平行，也可有其他角度来增强浆料前行的推动
力，如图4所示。轴向分散板310的数量可以是1个；也可以是2个成180度分布；3个，成120度角分布，或者是4个，呈十字形状分布。可以理解的是，当反应管100横截面积较大，搅拌轴200的轴线穿过该横截面设置时，在搅拌轴200的轴向上同一位置需要搅拌的反应物更多，多个轴向分散板310绕搅拌轴200的周向间隔排布，搅拌效果更好，效率更高。
47.在一实施例中，如图3、图4、图5所示，所述分散结构300包括所述轴向分散板310时，所述轴向分散板310包括：搅拌区312、和/或剪切区311，所述搅拌区312为无孔板；所述剪切区311开设有多个间隔设置的剪切孔311a。
48.在本发明一实施例的技术方案中，轴向分散板310可以由轴延伸到反应管100的两端，轴向分散板310分为搅拌区312和剪切区311，其中剪切区311上设置多个剪切孔311a，剪切孔311a的孔径和分布可以变化，如靠近管壁的部分为小孔，靠近轴的部分为大孔，这样可以将离心到反应腔110内管壁的液体更好的返回中心与气体混合。
49.如图3、图4、图5所示，两个轴向分散板310均为多孔板，对反应物料进行快速剪切，将气液分散，增大气液接触面积，增强反应效率。
50.如图5所示，轴向分散板310设有搅拌区312和剪切区311，搅拌区312和剪切区311类似螺旋结构缠绕在搅拌轴200上。此方案结合驱动装置500的正反转驱动有利于多相物料的脉动式混合，增强气液固多相反应效率。同时，由于轴向分散板310具有倾斜度增强了对反应物料的推动力，此驱动装置500沿着一个方向旋转或者同一方向周期性快慢变化，特别适合粘度较高或者反应物中固体颗粒浓度较高的流体进行搅拌反应。
51.在一实施例中，各所述反应区内，如图3所示，所述搅拌区312和所述剪切区311分别位于所述搅拌轴200的两侧；相邻的两所述反应区内，所述搅拌区312位于所述搅拌轴200的同一侧。
52.如图4所示，相邻的两所述反应区内，所述搅拌区312和所述剪切区311交替位于所述搅拌轴200的同一侧。
53.进一步地，其中搅拌区312上不设置剪切孔311a，用于带动反应腔内气体和浆体转动；剪切区311上设置多个剪切孔311a，用于对反应物料进行剪切，将浆体分散成多股细流，充分与气体接触发生化学反应，特别适合气液固多相反应。
54.在一实施例中，所述径向分散板320上设有过孔321；或所述径向分散板320与所述反应腔110的内壁面形成有通道。相邻的两所述径向分散板320上的过孔321分别位于轴向分散板310的两侧。
55.进一步地，如图2、图3所示，径向分散板320的形状呈圆形设置，且径向分散板320与反应管100的横截面的形状大致相同。如此，多个径向分散板320可以将反应腔110分隔为多个不连通的反应区。进一步，通过在径向分散板320上设置过孔321，过孔321可以将相邻的两个反应区连通，以实现反应腔110内的反应物得以在相邻的反应区中流动。其中，过孔321的形状可以孔、方孔或者是异形孔等。
56.进一步，径向分散板320上的过孔321可以是一个，当只设置一个过孔321时，相邻的两个径向分散板320的过孔321分别设置于轴向分散板310的两侧。可以理解得，当径向分散板320上只设置有一个过孔321时，过孔321的孔径稍大，使得固体反应物在通过径向分散板320时候不会发生堵塞。当然，径向分散板320上的过孔321的数量也可以是间隔设置的多个，同样，过孔321的孔径也可以根据反应物中的固体颗粒进行合理设置。当然，过孔321孔
径的大小不仅要考虑反应物中的固体颗粒的大小，还应当考虑反应腔110内液体流动速的，以实现对反应物反应时间的控制。
57.进一步地，径向分散板320可以固定在搅拌轴200上面，跟随搅拌轴200转动。也可以在反应腔110内壁上布置固定径向分散板320，使径向分散板320不跟随连续流反应器1000转动。
58.在一实施例中，所述反应管100的侧壁面设有连通所述反应腔110的进料口120和出料口130，所述进料口120和所述出料口130分别设于所述反应管100轴向方向的两端。
59.进料口120供反应物进入反应腔110，出料口130供反应物离开反应腔110。通过设置进料口120和出料口130，便于反应腔110与其他的物料存储装置或者产物出料装置连接。其中，进料口120设置一个或者多个，当进料口120设置一个时，不同的物料均通过这一个进料口120进入反应腔110，例如，固体物料和液体物料混合形成悬浮液从同一个进料口120进入反应腔110；当进料口120设置多个时，不同的物料可以从不同的进料口120进入反应腔110。
60.进料口120和出料口130分设于反应腔110长度方向上的两端。从而使得进料和出料过程不容易混淆接口，且物料自进料口120进入反应腔110后需要经过较长的距离才能从出料口130离开反应腔110，有利于反应物混合。
61.在一实施例中，所述连续流反应器1000还包括所述换热管600，所述换热管600套设于所述反应管100的表面，并与所述反应管100的外壁面围合形成换热腔630，所述换热管600还设有连通所述换热腔630的换热进口610和换热出口620，所述换热进口610和换热出口620分别位于所述换热管600轴向方向的两端。
62.换热腔630用于容置换热介质，换热介质可以是换热流体，例如水、油等。通过换热介质从换热进口610的注入和从换热出口620的流出，从而有利于补充或者更换换热介质，可以使得换热介质与反应管100内的反应物进行均匀地换热，从而使得该连续流反应器1000适用于慢反应中反应物平缓放热或吸热。
63.本发明还提出一种反应系统，该反应系统包括连续流反应器1000，该连续流反应器1000的具体结构参照上述实施例，由于本反应系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
64.其中，连续流反应器1000设置有多个，多个连续流反应器1000串联或者并联设置，提升反应产量或者延长停留时间。例如，多个连续流反应器1000串联设置可以实现多级连续化生产，实现多步反应或利用多个连续流反应器1000上的多个换热管600实现多温区反应。多个连续流反应器1000并联设置使反应管100内压强降低，通量大，实现反应在几分钟甚至几十分钟的工艺的放大生产。
65.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。