CN103230749B - 平行双螺旋板式静态混合器 - Google Patents
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Abstract
平行双螺旋板式静态混合器，涉及一种流体混合器，包括左旋螺旋板（1）、右旋螺旋板（2）、连接杆（3）和管体（4），其中一对平行的左（右）旋螺旋板和一对连接杆构成了一个左（右）旋螺旋元件。左旋与右旋螺旋元件在管体（4）内连续交替排放，螺旋叶片（1）或（2）的宽度与管体（4）内壁紧密贴合，管体（4）内包含多个混合元件。本发明能有效提高流体的混合效果特别是对于低雷诺数流体混合强化效果非常显著，流动阻力小且可实现平推流。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体混合器，特别是涉及一种新型的旋流式静态混合器。
背景技术
静态混合器是20世纪70年代初开始发展的一种先进混合单元设备，由于该设备具有耗能低、投资省、效果好、见效快等优点，其应用的领域及范围不断扩大，随之而来的是对其提出了更多新的要求。为了满足各种应用场合的需要多种新型静态混合器相继问世，如单管多旋静态混合器和多流道螺旋静态混合器，这两种混合器均是在Kenics型静态混合器的基础上发展演化而来的，均属于旋流式静态混合器。旋流式静态混合器是应用最为广泛的一种管式混合器，其最大的特点是流体在混合管内流动过程中会形成螺旋流，流体在螺旋离心力的作用下会由旋转中心流向外侧，而外侧的流体流向旋转中心填补其留下的空间空缺，这样就形成了径向对流混合；同时流体在流经相邻混合元件时会被剪切、旋转、重新混合，从而形成了径向分布混合。正是由于旋流式静态混合器具有对流混合和分布混合两种混合机理，决定了该类混合器即适用于湍流混合也适用于层流。但在层流状态下传统的Kenics型混合器混合效果相对较差，因此，发明一种新型旋流式静态混合器显著提高其在低雷诺数下的混合效果将具有很大工程实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供的一种平行双螺旋板式静态混合器，该混合器能够提高传统旋流式混合器在层流状态下的混合效果，流动阻力小、无死角或短路，在湍流状态下也具有明显的混合强化效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
平行双螺旋板式静态混合器，包括左旋螺旋板、右旋螺旋板、连接杆和管体，其中一对平行的左旋或右旋螺旋板和一对连接杆构成了一个螺旋元件；螺旋元件在管体内连续交替排放，螺旋叶片或右旋螺旋板的宽度与管体内壁紧密贴合，管体内包含多个混合元件。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，左旋螺旋板或右旋螺旋板在管体内偏移轴线，其同一混合元件的双螺旋板偏移距离相同，螺旋叶片或右旋螺旋板的扭转中心为管体轴线。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，同一混合元件内的螺旋叶片或右旋螺旋板处于平行状态，其宽度与管体内壁密切接触，螺旋扭转角度、长径比即螺旋叶片轴向长度与管体内直径之比及厚度，根据流动特性或制造要求确定。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，左旋螺旋元件或右旋螺旋元件内的螺旋叶片或右旋螺旋板的间距要保证其形成的三个流道内的流体流量相等，为管体内直径的1/4。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，相邻螺旋元件的螺旋叶片或右旋螺旋板旋向相反，且在交界面处呈垂直正交状态，在相交处采用焊接方式进行连接和定位。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，连接杆位于螺旋元件的螺旋叶片或右旋螺旋板两端的中心位置并与双螺旋板垂直，焊接固定平行双螺旋叶片或右旋螺旋板的间距，并使其成为一个整体。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，管体内包含多个左旋或右旋的螺旋元件，其数量依据混合效果及流动阻力要求确定，不少于6个。
进一步说明如下：
平行双螺旋板式静态混合器，包括左旋螺旋板、右旋螺旋板、连接杆和管体，其中管体的任一横截面上具有一对平行的结构参数相同的螺旋板（左旋或右旋），平行的左旋（右旋）双螺旋板与其端部的一对连接杆构成了一个左旋（右旋）螺旋元件。左旋与右旋螺旋元件在管体内连续交替排放，螺旋叶片的宽度与管体内壁紧密贴合，管体内包含多个混合元件。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，平行的双螺旋板的扭转中心均为管体轴线；螺旋板的扭转角度根据流体特性确定，可通过实验确定最佳角度；螺旋板的长径比（螺旋叶片轴向长度与管体内直径之比）根据流体混合效果及流动阻力要求确定，长径比减小混合效果提高但流动阻力也会相应增大，应根据实际生产要求确定具体数值；螺旋板厚度在满足制造要求的前提下尽可能小，否则会减小有效流动空间，增加流动阻力及制造成本。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，平行的双螺旋板的间距要保证其形成的三个螺旋流道内的流量相等，通常间距约为管体内直径的1/4。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，相邻螺旋元件的螺旋叶片旋向相反，且在交界面处呈垂直正交状态，保证前一混合单元的三个流道内的部分流体（约为各自流道的三分之一）在下一混合单元进入同一流道，并产生反向旋转形成混沌流。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，连接杆位于螺旋元件的双螺旋板两端的中心位置并与双螺旋板垂直，焊接固定平行螺旋叶片的间距，并使其成为一个整体部件。
所述的平行双螺旋板式静态混合器，在相邻混合元件的两对平行双螺旋板的四个相交点处采用焊接方式将所有混合元件连接在一起，整体装入管体内后在其端部与管体内壁进行焊接固定。
本发明的优点与效果是：
1.本发明平行双螺旋板式静态混合器混合效果好，流体在双螺旋板的作用下可使流道中心流体与边缘流体交替换位，同时可使流体在相邻混合元件内实现同一流道流体的三重分割、不同流道流体的三重汇合，混合效果显著提高；
2.本发明平行双螺旋板式静态混合器无流动死角，无短路，可实现平推流，不会发生个别流股返混或无法流出混合器的情况；
3.本发明平行双螺旋板式静态混合器承压能力强，混合管径较小，能够承受较高的介质压力，可以应用到高压工况；
4.本发明平行双螺旋板式静态混合器流动阻力小，可用于较高粘度体系；
5.本发明平行双螺旋板式静态混合器结构简单，加工制造成本低，便于维护。
6.本发明平行双螺旋板式静态混合器可替代机械搅拌釜式反应器，实现反应过程的连续化。
附图说明
图1为本发明的装配结构图；
图2为本发明中混合元件立体结构示意图；
图3为本发明的横截面剖视图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
如图1-3所示：本发明所提供的双螺旋板式静态混合器，包括左旋螺旋板1、右旋螺旋板2、连接杆3及管体4。
螺旋板采用不锈钢板，两端利用夹具直接扭转而成或采用专用模具冲压制成，其长径比（螺旋板轴向长度与管体内直径之比）在1.0~2.0之间，扭转角在90°~180°之间，宽径比（螺旋板宽度与管体内直径之比）在0.9左右，厚度在2~3mm左右。
混合元件中的平行双螺旋板的外轮廓应与管体内壁相贴合，最大间隙保证不大于2mm。平行双螺旋板的螺旋扭转中心为管体轴线，平行双螺旋板在任一轴向横截面均处于平行状态，平行度公差不大于2mm。平行双螺旋板将管体分割成三个螺旋流道，各流道流体流量近似相等，间距约为管体内直径的1/4。
相邻螺旋元件的螺旋叶片旋向相反，且在交界面处前后双螺旋板成90°夹角，相邻螺旋元件的间距控制在2mm之内。
连接杆采用直径为4mm左右钢筋制成，安放在平行双螺旋板宽度中心位置并与双螺旋板垂直，连接杆圆周轮廓不超过螺旋板长度范围，一般连接杆中心轴线距螺旋板长度方向边缘5mm左右。
相邻混合元件的平行双螺旋板（两对）的四个交点处采用焊接（点焊）方式进行连接，以此方式将所有混合元件连接在一起。各混合元件的同心度公差控制在1mm以内，整体装入管体内后在其端部与管体内壁进行焊接固定。混合元件在安装过程中若混合元件与筒体内壁发生干涉可通过对元件边缘打磨，使其能够顺利装入管体。
本发明的流体流道与Kenics型静态混合器的流体流道均为螺旋通道，所不同的是Kenics型混合器横截面上仅有一个螺旋板，形成了两个形状相同的半圆形流道，而本发明的横截面上具有两个平行的螺旋板，形成了三个圆缺形流道，此外本发明还具有连接平行双螺旋片的连接杆，除了起到连接作用之外，连接杆还起到了一定的扰流作用，进一步增加了流体混合效果。
本发明的静态混合器可垂直布置、水平布置、倾斜布置；或垂直、水平、倾斜组合布置；可单一使用也可串联或并联使用，串联或并联使用时可采用对接或采用连接管连接，连接方式可采用焊接或法兰连接。
实施例
本实施例为本发明在硝化反应方面的应用实例。
本发明的平行双螺旋板式静态混合器用作管式硝化反应器，反应器直径80mm，长度3600mm（三根混合管串联），螺旋片扭转角度为180°，螺旋片长径比为2。硝酸和硫酸所形成的混酸与甲苯分别在泵的驱动下进入管式反应器，通过平行双螺旋板的旋流、剪切、移位等混合作用完成硝化反应过程。在反应器夹套内通入冷却水控制反应温度，使整个反应管长度范围内的温度保持一致并恒定，从反应器流出的硝基苯与混酸的混合物经过冷凝器后进入分层器，分离出来的粗硝基苯经过碱液洗涤并分离后最终得到硝基苯成品。实验结果表明物料在管式硝化反应器内混合效果好，物料接触充分，反应速度快。参与反应的物料在反应器内只有径向混合，无轴向返混，停留时间均匀，实现了平推流反应。
Claims (1)
1.平行双螺旋板式静态混合器，其特征在于：包括左旋螺旋板（1）、右旋螺旋板（2）、连接杆（3）和管体（4），其中一对平行的左旋或右旋螺旋板和一对连接杆构成了一个螺旋元件；螺旋元件在管体（4）内连续交替排放，左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）的宽度与管体（4）内壁紧密贴合，管体（4）内包含多个螺旋元件；左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）在管体（4）内偏移轴线，其同一螺旋元件的双螺旋板偏移距离相同，左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）的扭转中心为管体（4）轴线；同一螺旋元件内的一对左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）处于平行状态，其宽度与管体（4）内壁密切接触，螺旋扭转角度、长径比，即螺旋叶片轴向长度与管体内直径之比及厚度，根据流动特性或制造要求确定；左旋螺旋元件或右旋螺旋元件内的一对左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）的间距要保证其形成的三个流道内的流体流量相等，为管体（4）内直径的1/4；相邻螺旋元件的左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）旋向相反，且在交界面处呈垂直正交状态，在相交处采用焊接方式进行连接和定位；连接杆（3）位于螺旋元件的左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）两端的中心位置并与双螺旋板垂直，焊接固定平行双左旋螺旋板（1）或右旋螺旋板（2）的间距，并使其成为一个整体；管体（4）内包含多个左旋或右旋的螺旋元件，其数量依据混合效果及流动阻力要求确定，不少于6个。
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