[发明专利]一种用于研究连续搅拌釜放大效应的系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于研究连续搅拌釜放大效应的系统及方法；本系统涉及的装置主要包括：储液槽、送气装置、示踪剂装置、搅拌釜、高温恒温循环装置、冷却水循环装置、电导仪、温度采集系统和数据采集系统等设备；所述搅拌釜内设有气体分布器、搅拌桨和盘管；本系统通过改变进料流量、表观气速、搅拌桨的桨型、搅拌转速、搅拌釜的尺寸等参数，研究对连续搅拌釜停留时间分布和盘管外侧的对流传热系数的影响，进而为连续搅拌釜的放大及优化设计提供参考。

技术领域

本发明属于化工设备领域，特别涉及一种用于研究连续搅拌釜放大效应的系统及方法。

背景技术

在化学品的产业化过程中，从实验室规模到工业规模，通常会经历一个逐级放大的阶段，在这一阶段反应本身不会改变，但是随着反应器的体积变化，在热量传递、质量传递、动量传递等过程，由于小型设备中的温度、浓度、停留时间分布、对流传热系数等与大型设备中的不同，反应结果发生了显著的变化，操作条件、产品收率跟实验室小试结果比较差异较大，形成“放大效应”。含能化合物的生产过程中，由于反应剧烈、热效应显著，对搅拌操作和温度控制的要求较高，因此研究此类反应装置在放大过程中停留时间分布和盘管外侧对流传热系数的影响因素对工业应用十分重要。

由于含能化合物的制备过程通常涉及强放热反应，主反应和部分副反应的放热量较大，容易导致飞温，而且部分产物分解产生大量气体，对传热、传质等带来不利影响，恶化反应过程，因此用于含能化合物制备的反应釜常需采用盘管以强化传热，同时还需通过优化搅拌桨的选型设计以加强搅拌效果。一般的气液反应器为了加强气体的分散，常采用径向搅拌器，而用于含能化合物制备的反应釜为了强化混合及传热，须采用轴向流搅拌器。对于有气体产生的反应过程，搅拌桨的桨型、搅拌转速、表观气速会影响气含率的大小，进而影响停留时间分布。已有的对于轴向流搅拌器的研究较少，因此研究不同的进料流量、表观气速(表观气速＝通气量/搅拌釜的筒体横截面积)、搅拌桨型、搅拌转速及搅拌釜尺寸等对强放热反应过程的影响在反应釜的放大过程中有重要意义。同时，在放大过程中，盘管外侧对流传热系数也将随着表观气速、搅拌桨的桨型、搅拌转速和搅拌釜尺寸变化而改变，进而对传热速率和反应温度的控制产生影响。

综合以上考虑，本发明为强放热反应的放大效应研究提供了一种装置，在该装置上可研究进料流量、表观气速、搅拌桨的桨型、搅拌转速、搅拌釜的尺寸等对停留时间分布和盘管外侧对流传热系数的影响，为适用于强放热反应的连续搅拌釜的放大设计提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于研究连续搅拌釜放大效应的系统及方法，搅拌釜内含有盘管、气体分布器和搅拌桨，通过控制变量法考察不同因素对连续搅拌釜停留时间分布和盘管外侧对流传热系数的影响，再通过改变搅拌釜的尺寸来考察随着搅拌釜尺寸的增加，连续搅拌釜停留时间分布和盘管外侧对流传热系数的变化情况，从而研究连续搅拌釜的放大效应。

为达上述目的，本发明的主要技术解决手段是提供一种用于研究连续搅拌釜放大效应的系统，主要包括储液槽、送气装置、示踪剂装置、搅拌釜、高温恒温循环装置、冷却水循环装置、电导仪、温度采集系统和数据采集系统；所述搅拌釜设有进液口、进气口和多个位于不同高度的出液口，所述搅拌釜的底部还设有排污口；所述储液槽通过管道①与搅拌釜的进液口连通，所述管道①上设有离心泵、第一流量控制阀和第一流量计；所述送气装置通过管道②与进气口连通，所述管道②上设有第二流量控制阀和气体流量计和止回阀；所述示踪剂高位槽通过管道③与搅拌釜的进液口连通，所述管道③上设有第三流量控制阀和第三流量计；所述高温恒温循环槽与搅拌釜外的夹套连通；所述冷却水循环槽与盘管连通；搅拌釜排污口和搅拌釜出液口分别通过排污管路和出液管路与废液槽相连；所述电导仪与搅拌釜出液管路相连，用于测搅拌釜的不同出液口的液体的电导率；温度采集系统分别采集盘管出口温度、釜内温度和盘管进口的温度，所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀、电导仪、高温恒温循环装置和冷却水循环装置均与数据采集系统电连接，数据采集系统与上位机相连。