应用于固液两相反应的双螺杆反应器的制作方法

593 编辑：中冶有色技术网来源：浙江华洋药业有限公司

2023-10-09 15:12:23

1.本实用新型属于双螺杆反应器设备技术领域，具体涉及一种应用于固液两相反应的双螺杆反应器。

背景技术：

2.固液两相反应是精细化工中的一种常规两相反应，这一类反应包括：

①

反应物存在于液相中，固相仅作为催化剂的固液相催化反应，如美罗培南(map)四氢呋喃水溶液在pa/c作用下与氢气发生氢化反应；

②

固、液相均参与反应的固液相非催化反应，如2,3,4—三甲氧基苯甲醛与甲醇固液混合物在硫酸作用下与双氧水发生氧化反应；

③

液、液相反应过程中产生了非催化反应的固体副产物，如哌嗪与二氯甲烷溶液在三乙胺催化下与苯甲酰氯发生酰化反应过程中产生的三乙胺盐酸盐固体。

3.现有技术中应用于固液两相反应的设备一般是采用反应器和固液分离装置相结合的方式。

4.目前在精细化工中主要采用离心机(如专利cn205217156u)、压滤机(如专利cn206688311u)等装置实现固液分离，但此类设备的使用对环境污染大，会对人体造成较大伤害，且难以实现连续化生产，设备投资及运行成本大，同时也增加了生产风险和生产周期。

5.而反应器一般只能进行非连续性反应，工序复杂，生产周期长，难以满足正常的生产需求。螺杆反应器为带有螺杆装置的反应装置，其同时具有混合和输送功能，能够实现连续化反应，解决了现有反应器不能实现连续生产的问题。

6.如专利cn208512555u公开了一种单螺杆式接枝反应器，其中设计包括反应室、检修门、电机和电机支架，电机支架固定连接在反应室的上端，电机支架内固定连接一个电机，电机下端的传动输出端固定连接一根搅拌轴，搅拌轴伸入反应室内，搅拌轴上一体成型的设有搅拌叶，搅拌叶上涂有防粘涂层，反应室的上端还设有入料口，反应室的内壁上设有内壁搅拌块，反应室的底部设有底部搅拌块，反应室外一侧边设有一个检修门，检修门上设有视窗，视窗右侧活动连接一个检修门卡，反应室底部设有一个出料口。

7.专利cn208512567u公开了一种双螺杆聚合式反应器，其中设计包括筒体以及设置在筒体上端的上封头和设置在筒体下端的下封头，上封头、筒体以及下封头构成聚合反应器罐体结构，在上封头的上端中心通过机械密封设置有主搅拌机，主搅拌机的搅拌轴穿过上封头延伸进入筒体内腔，双辅助电机驱动对应的转轴，带动不同位置的螺旋叶片转动，与搅拌轴上的螺旋叶片形成间隙配合旋转，增加与树脂原料接触面，可以有效的增加搅拌混匀度，加快反应速度；三组螺旋叶片之间相互接触设置，成不同高度，不同旋转方向设置，不同叶片之间贴合设置，当转轴进行旋转时可以保证几组螺旋叶片之间旋转将叶片表面滞留的树脂聚合物铲去，防止聚留在聚合反应器内部。

8.但上述两种螺杆反应器均不具备固液分离的功能，若应用于固液两相反应，则需要配备额外的固液分离装置对反应产物进行后处理，增加设备的投资和运行成本，加大了

操作工序的复杂性，增加了人工投入和生产风险。且若不能进行及时的固液分离处理，固液相接触长时间接触可能会发生副反应，影响产品质量和收率。且二者的反应均不能将固液两相混合均匀，进而影响反应进程，可能导致物料未反应完全就从出口流出，致使反应不彻底。

技术实现要素：

9.由于固液两相反应在化工生产中普遍存在且不可避免，为解决上述现有技术中存在的问题，改善现有技术的生产设备和工序，本实用新型提供一种应用于固液两相反应的双螺杆反应器，该反应器兼具反应和固液分离后处理的功能，在增强物料混合效果和反应效果的同时，有效将反应产物中的固液进行分离，同时能够实现连续化生产，并不会对环境造成污染。

10.一种应用于固液两相反应的双螺杆反应器，包括：

11.内部限定出相互导通的混合腔和反应腔的内壳，所述反应腔的第一端高于第二端；所述反应腔的第一端底部设置固体出口，第二端底部设置液体出口；

12.上下设置于反应腔内且螺叶相互接触的上螺杆和下螺杆，上螺杆的长度小于下螺杆的长度；且上螺杆转动将物料向其第二端输送，下螺杆转动将物料向固体出口输送；

13.所述混合腔位于上螺杆第二端的上方，顶部设有进料口；

14.所述反应腔内液体出口远离反应腔第二端的一侧设有用于固液分离的过滤筛板。

15.上述双螺杆反应器中，进入混合腔内的待反应物料在搅拌装置的搅拌下混合均匀，并发生主体反应(即发生大部分的反应)；随后进入反应腔内继续反应至反应完全。同时，上螺杆和下螺杆的螺叶相互接触，使二者的螺叶接触部分具有一定的挤压功能，在反向转动的上螺杆和下螺杆的挤压下固体物料与液体物料被分离开来；由于反应腔倾斜设置，被分离后的液体物料自动流向液体出口，而液体物料中夹杂的稍许固体物料在到达过滤筛板时被阻挡下来，被双螺杆分离的固体物料以及被过滤筛板阻挡下来的固体物料均在下螺杆的转动下移动至固体出口，实现固液及时分离，减少副反应。其中，上螺杆和下螺杆分别具有独立的螺杆轴、螺叶和电机。混合腔和反应腔均由密封法兰进行密封。

16.本实用新型的双螺杆反应器将混合腔与反应腔集成于一体，兼具了反应和固液分离后处理的功能，节省了设备体积和成本投入，缩短了生产周期；且物料先在混合腔内发生主体反应，进入反应腔后继续进行反应，能够保证反应的最优化。反应腔倾斜设置和过滤筛板的设置有效提高了分离效果和产品收率，固液的高效、高质量分离同样减少了固液的接触时间，进一步减少了副反应的发生。

17.作为优选，所述固体出口靠近过滤筛板的一侧设有阻止液体从固体出口流出的下挡板。由于下螺杆的转动方向是将物料向固体出口移动，在将固体物料输送至固体出口处时，难免有液体会随下螺杆的转动移动至固体出口处，设置下挡板能够有效将液体物料阻挡在固体出口的一侧，进一步提高固液分离效率。

18.作为优选，所述双螺杆反应器还包括阻止物料向反应腔第一端移动的上挡板，所述上挡板设于下螺杆第一端的上方，且所述上挡板与过滤筛板之间的垂直距离小于固体出口与过滤筛板之间的垂直距离，上挡板的下侧位于下螺杆的螺槽内。由于上螺杆与下螺杆之间相互锲合，因此在下螺杆带动液体物料向其第一端移动的过程中，上螺杆的螺叶上很

容易沾附有液体物料，设置上挡板能够将上螺杆上的液体阻挡在下挡板远离固体出口的一侧，防止液体物料由固体出口流出。

19.作为优选，所述双螺杆反应器还包括套设于内壳的外部的外壳，所述外壳与内壳之间共同限定出用于控温的介质流道；外壳的下侧设有介质流道的入口，上侧设有介质流道的出口。工作时，通过向介质流道中注入相应温度的介质流体，利用热传递的作用达到对反应腔和混合腔控制温度的目的。由于该反应器能够实现连续化生产，在连续性进料的情况下，上述温控的方式能够实现在进行热传递是热量传递速率加快，且热量的分布十分均匀，从而使介质流道对反应腔和混合腔具有较好的温控效果，进一步降低副反应的发生。

20.作为进一步优选，所述进料口、液体出口、固体出口分别通过连接管道延伸至外壳的外部，所述外壳上对应位置处设有使连接管道通过的避让孔。连接管道与外壳的连接处密封处理，防止介质流体渗出。

21.作为进一步优选，混合腔的一侧、液体出口的连接管道上、固体出口的连接管道上分别设有监控温度和压力的监控口。

22.作为更进一步优选，所述混合腔、液体出口的连接管道和固体出口的连接管道均设置有监控温度和压力的监控管道；

23.其中，一个监控管道螺旋缠绕在反应腔的外部，且监控管道的两端延伸至外壳的边沿，分别形成液体出口的连接管道上、固体出口的连接管道上的监控口，用于监控反应腔内的温度和压力；另一个监控管道的一端从混合腔的一侧进入混合腔，其另一端位于外壳的外部，并形成混合腔的监控口，用于监控混合腔内的温度和压力。

24.作为优选，所述固体出口处设有防止固体物料堵塞的刮刀。固体物料在随下螺杆移动至固体出口时，可能出现成团的情况，造成固体出口甚至反应腔堵塞，在固体出口处设置刮刀能够有效将成团的固体物料打散，进而顺利由固体出口落下，确保连续生产顺利进行。

25.作为进一步优选，所述刮刀呈锲型固定在固体出口处，提高刮刀结构的稳定性。

26.作为优选，所述混合腔内设有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴、设于搅拌轴上的搅拌叶以及驱动搅拌轴转动的搅拌电机。

27.作为优选，所述上螺杆、下螺杆、搅拌装置均与内壳密封连接，以防止混合腔和反应腔内的物料外漏。对上述结构进行密封时可采用任何能够实现密封的结构，如机械密封。

28.作为优选，所述内壳的两端底部分别设有底座支架，通过调整两个底座支架的高度使反应腔的第一端高于第二端。

29.作为优选，所述过滤筛板的孔径为0.05～0.15mm，厚度为2～4mm，层数为3～5层。

30.本实用新型的双螺杆反应器中安装有搅拌装置的物料混合腔具有将物料充分混合并进行主体反应的功能，在液体出口一侧设计过滤筛板，有效提高了固液分离效果；固体出口处设置有物料挡板(上挡板和下挡板)，阻断了液体流向于固体出口的可能，提高了产品收率；同时在固体出口端设计有刮刀，降低了由于固体物料在螺杆腔体中的停留以及滞留原因造成管道堵塞，提高了双螺杆反应器的连续性和实用性，通过上述的设置，降低物料滞留在反应腔内的时间，减少了副反应的发生。

31.本实用新型的双螺杆反应器对温度控制、固液反应、固液分离实现了连续性一体化设计，避免了现有技术或者能够多套设备控制带来的设备成本高及控制操作复杂等弊

端，降低了设备成本和运行成本，且能够精简现有固液反应生产的结构、操作工序和体积，增强双螺杆反应器的实用性。

32.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

33.本实用新型的双螺杆反应器设置独立的物料混合反应腔，提高了物料碰撞效率，进而提高了物料转化率，同时设置包覆混合腔和反应腔的介质流道，能够均匀、快速地与反应物料实现热交换，提高反应效率，降低副反应的发生，并能够实现连续化生产；具有双螺杆的反应腔即能够为物料进一步反应提供场所，使反应更加彻底，又能够实现产物固液物料高效连续分离。本实用新型的双螺杆反应器将混合腔与反应腔集成于一体，不仅缩小了设备体积，降低了设备成本和生产成本，还能够实现连续化生产，提高生产效率，且产品收率高。

附图说明

34.图1为本实用新型实施例的双螺杆反应器的整体结构示意图；

35.图2为本实用新型实施例中双螺杆的螺叶接触点挤压状态局部结构示意图。

36.其中，1-搅拌电机；2-进料口；3-搅拌轴；4-搅拌叶；5-混合腔；6-机械密封；7-介质流道；8-过滤筛板；9-密封法兰；10-液体出口监控口；11-底座支架；12-液体出口；13-介质流道的入口；14-反应腔；15-下螺杆叶；16-下螺杆轴；17-下挡板；18-固体出口监控口；19-固体出口；20-刮刀；21-下螺杆电机；22-上螺杆电机；23-上螺杆轴；24介质流道的出口；25-上挡板；26-上螺杆叶；27-混合腔监控口；28-外壳；29-内壳。

具体实施方式

37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。

38.如图1～2所示，一种应用于固液两相反应的双螺杆反应器，包括中空的内壳29，内壳29的中空部分构成了相互导通的混合腔5和反应腔14，混合腔5和反应腔14均采用密封法兰9进行密封。

39.内壳29的外部套设有外壳28，内壳29与外壳28之间共同限定出介质流道7，外壳28的下侧设有介质流道的入口13、上侧设有介质流道的出口24。介质流道7用于循环通入设定温度的介质流体，以利用热传递作用快速、均匀地控制反应腔14和混合腔5内物料的温度，降低副反应的发生。

40.反应腔14的第一端高于第二端，反应腔14的第一端底部设有固体出口19，第二端底部设有液体出口12；固体出口19和液体出口12分别用于将分离后的固体物料和液体物料分别移出反应腔14内。

41.反应腔14内设有上下设置的上螺杆和下螺杆，上螺杆和下螺杆的螺叶相互接触，使二者的螺叶(上螺杆叶26、下螺杆叶15)接触部分具有一定的挤压功能，上螺杆的长度小于下螺杆的长度。上螺杆和下螺杆分别独立的设置螺杆轴(上螺杆轴23、下螺杆轴16)、电机(上螺杆电机22、下螺杆电机21)和螺叶(上螺杆叶26、下螺杆叶15)；上螺杆转动使物料向上螺杆的第二端输送；下螺杆转动使物料向固体出口(下螺杆第一端)输送。

42.反应腔14内液体出口12远离反应腔14第二端的一侧设有固液分离的过滤筛板8，该过滤筛板8用于将随液体物料流向液体出口12的固体阻挡在液体出口12的一侧，防止其由液体出口12流出，保证固液分离。

43.混合腔5设于上螺杆第二端的上方，其下端与反应腔14导通，混合腔5内设有由搅拌电机1、搅拌轴3和搅拌叶4构成的搅拌装置，混合腔5的顶部设有进料口2，待反应物料由进料口2进入混合腔5在搅拌装置的搅拌下进行充分混合，并完成主体反应。

44.进料口2、固体出口19和液体出口12分别通过连接管道延伸至外壳28的外部，外壳28上设置有使连接管道通过的避让孔，连接管道与对应的避让孔之间密封处理。

45.混合腔5内的物料经混合和主体反应后落入反应腔14内继续反应至完全，随后反应后的液体物料在倾斜的反应腔14内向较低的第二端流动并由液体出口12流出。反应后的固体物料被过滤筛板8阻挡之后由转动的下螺杆输送至固体出口19并脱离反应腔14。

46.由于下螺杆转动过程中部分液体物料会随之移动至固体出口19处，容易出现液体物料由固体出口19流出的情况，影响固液分离效果。因此在固体出口19靠近过滤筛板8的一侧设置下挡板17，以阻断液体物料至固体出口19的可能，提高分离效果。

47.同时，在反应腔14的第一端另外设置上挡板25，上挡板25卡设于上螺杆轴23上，上挡板25的下端位于下螺杆的螺槽内，且上挡板25与过滤筛板8之间的垂直距离小于下挡板17与过滤筛板8之间的垂直距离，如此能够避免附着与上螺杆螺叶26上的液体物料滴落至固体出口19内，进一步提高固液分离效果。

48.固体出口19处设有使固体物料快速下料的刮刀20，该刮刀20呈锲型固定在固体出口19远离过滤挡板8的一侧，用于将移动至固体出口19的固体物料打散进而顺利由固体出口19流出，防止固体物料成团，造成固体出口19甚至反应腔14内堵塞，确保固液分离连续进行。

49.内壳29与外壳28共同构成了双螺杆反应器的壳体，上螺杆、下螺杆和搅拌装置与壳体之间均设有机械密封6，防止物料泄露。壳体的两端底部分别设有底座支架11，第一端的底座支架11的高度大于第二端的底座支架11的高度，以使反应腔14的第一端高于第二端，使液体物料在反应腔14内自然流向液体出口12。

50.混合腔5、液体出口12的连接管道和固体出口19的连接管道均设置有监控温度和压力的监控管道，用于对物料物料温度及混合腔5和反应腔14内部压力进行监控，以及时调整温度和压力，使反应条件达到最优；

51.其中，一个监控管道螺旋缠绕在反应腔14的外部，且监控管道的两端延伸至外壳28的边沿，分别形成液体出口12的连接管道上、固体出口19的连接管道上的监控口，分别为液体出口监控口10及固体出口监控口18，用于监控反应腔14内的温度和压力；另一个监控管道的一端从混合腔的一侧进入混合腔5，其另一端位于外壳28的外部，并形成混合腔监控口27，用于监控混合腔5内的温度和压力。

52.本实施例的双螺杆反应器工作时，待反应物料由进料口2进入混合腔5，在搅拌装置的作用下混合均匀并发生主体反应，在物料自身重力的作用下物料落入下方的反应腔14内，首先落在上螺杆上，上螺杆转动防止物料向其第一端移动，进而使物料聚集在其第二端并继续反应至完全。反应后的固液混合物料在反向转动的上螺杆和下螺杆的挤压下实现固液分离；由于反应腔14第一端高于第二端，被分离的液体物料在自身重力的作用下向液体

出口12流动，并由液体出口12流出反应腔14；夹杂在液体物料中的稍许固体物料则被过滤筛板8阻挡，实现二次固液分离；被双螺杆分离的固体物料以及被过滤筛板阻挡下来的固体物料均在下螺杆的转动下带动至固体出口19处落下，与反应腔14分离。

53.在此期间，一定温度的介质流体不断由介质流道的入口13进入，经反应腔14、混合腔5为其均匀控温后由介质流道的出口24流出，如此循环，通过热传递作用为反应腔14和混合腔5提供持续的温度控制。本实施例的双螺杆反应器集反应和后处理于一体，通过进料口2不断进料，液体出口12和固体出口19不断出料，以及介质流道7中循环介质的持续温控，实现了连续反应以及固液分离，提高了产品收率和生产效率，降低了设备成本和生产成本。技术特征：

1.一种应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，包括：内部限定出相互导通的混合腔和反应腔的内壳，所述反应腔的第一端高于第二端；所述反应腔的第一端底部设置固体出口，第二端底部设置液体出口；设于反应腔内且螺叶相互接触的上螺杆和下螺杆，上螺杆的长度小于下螺杆的长度；上螺杆转动将物料向其第二端输送，下螺杆转动将物料向固体出口输送；所述混合腔位于上螺杆第二端的上方，顶部设有进料口；所述反应腔内液体出口远离反应腔第二端的一侧设有用于固液分离的过滤筛板。2.根据权利要求1所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，所述固体出口靠近过滤筛板的一侧设有阻止液体从固体出口流出的下挡板。3.根据权利要求1所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，还包括阻止物料向反应腔第一端移动的上挡板，所述上挡板设于下螺杆第一端的上方，且所述上挡板与过滤筛板之间的垂直距离小于固体出口与过滤筛板之间的垂直距离。4.根据权利要求1所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，还包括套设于内壳的外部的外壳，所述外壳与内壳之间共同限定出用于控温的介质流道；外壳的下侧设有介质流道的入口，上侧设有介质流道的出口。5.根据权利要求4所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，所述进料口、液体出口、固体出口分别通过连接管道延伸至外壳的外部，所述外壳上对应位置处设有使连接管道通过的避让孔。6.根据权利要求5所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，混合腔的一侧、液体出口的连接管道上、固体出口的连接管道上分别设有监控温度和压力的监控口。7.根据权利要求1所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，所述固体出口处设有防止固体物料堵塞的刮刀。8.根据权利要求1所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，所述混合腔内设有搅拌装置，所述上螺杆、下螺杆、搅拌装置均与内壳密封连接。9.根据权利要求1所述的应用于固液两相反应的双螺杆反应器，其特征在于，所述内壳的两端底部分别设有底座支架，通过调整两个底座支架的高度使反应腔的第一端高于第二端。

技术总结

本实用新型提供一种应用于固液两相反应的双螺杆反应器，该双螺杆反应器设置独立的物料混合反应腔，提高了物料碰撞效率，进而提高了物料转化率，同时设置包覆混合腔和反应腔的介质流道，能够均匀、快速地与反应物料实现热交换，提高反应效率，降低副反应的发生，并能够实现连续化生产；具有双螺杆的反应腔即能够为物料进一步反应提供场所，使反应更加彻底，又能够实现产物固液物料高效连续分离。本实用新型的双螺杆反应器将混合腔与反应腔集成于一体，不仅缩小了设备体积，降低了设备成本和生产成本，还能够实现连续化生产，提高生产效率，且产品收率高。且产品收率高。且产品收率高。

技术研发人员：蒲鹏杨栽根徐道红王翔

受保护的技术使用者：浙江华洋药业有限公司

技术研发日：2022.04.01

技术公布日：2022/8/2

声明：

“应用于固液两相反应的双螺杆反应器的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)