CN103301971B - 一种实验装置用反应器喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，包括进料管一，进料管一通过三通连接件一连接一次混合管的一端，三通连接件一的侧端连接进料管二；一次混合管的另一端通过三通连接件二连接喷射气管的一端，三通连接件二的侧端连接进料管三；喷射气管的另一端设有喷射头，喷射头设于喷射气管内的一端设有轴向入口及径向入口，一次混合管设于喷射气管内与轴向入口连通，一次混合管的外壁与喷射气管的内壁之间设有间隙；喷射气管与径向入口连通。本发明结构简单、安装维护方便、气体物料的进料路数扩展灵活、气液物料进料范围宽、成本低廉，解决了实验装置微小进料量下气液物料混合喷射的技术难题，可用于化工、炼油、环保、燃烧领域的实验装置。

Description

一种实验装置用反应器喷嘴

技术领域

本发明涉及一种具有多种气液态物料混合、喷射、雾化分散功能的实验装置用反应器喷嘴，属于反应器喷嘴技术领域。

背景技术

喷嘴可以将气液混合物雾化分散成粒径小而均匀的雾滴，通过改变喷嘴出口的结构还可达到不同的喷雾形状和喷出速度，广泛应用于化工、炼油、环保、工业燃烧器等工程领域，作为反应器的核心部件，使得液体物料分散程度高，雾滴与催化剂的接触机会较均等，从而提高反应效率和转化率，改善产品产率分布。

对于工业规模的反应器，因进料量大、喷嘴设计加工难度小，且专业厂家多，针对不同类别反应器开发出不同喷嘴，技术相对成熟，工业反应器喷嘴均可从市场上采购。随着当今社会全球气候不断恶化，环境污染日益严重，越来越制约着人类生活质量的提高，这导致社会越来越重视化工、炼油及环保等领域新技术、新材料的开发，使其朝着绿色低碳、高效环保、低能耗、高产出的方向发展，因而实验室阶段的技术开发成为社会关注的热点和科学研究的重点，催生了对实验装置的需求，以此作为催化剂改进和工艺优化的开发平台，而实验装置用反应器喷嘴作为反应器乃至整套装置的心脏，能否将原料充分超细雾化，模拟出工业装置中反应器的气液固三相接触反应的效果，直接决定着装置的成败和新技术的开发水平。然而，实验装置用反应器喷嘴因进料量小，设计加工难度大，且总体需求量少，缺乏市场利益的推动，专项科研投入有限，目前没有好的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种气液固、气液反应用气液进料量小，物料喷雾粒径小、分布范围窄的高效雾化喷嘴。

为了解决上述问题，本发明提供了一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，包括进料管一，进料管一通过三通连接件一同轴连接一次混合管的一端，三通连接件一的侧端连接进料管二，物料一从进料管一进入，与从进料管二的物料二混合，形成混合物料；一次混合管的另一端通过三通连接件二同轴连接喷射气管的一端，三通连接件二的侧端连接进料管三；喷射气管的另一端设有喷射头，喷射头设于喷射气管内的一端设有轴向入口及径向入口，轴向入口设于喷射头端部，其形状为管状，一次混合管设于喷射气管内与轴向入口连通，一次混合管的外壁与喷射气管的内壁之间形成夹套间隙，物料三从进料管三进入，从该间隙通过；径向入口为呈环形分布的圆孔，径向入口位于喷射气管与喷射头连接的一端的端部，喷射气管与径向入口连通；混合物料通过一次混合管进入轴向入口，物料三通过一次混合管与喷射气管之间的间隙进入径向入口，混合物料与物料三在混合腔混合，从喷射头喷出。

优选地，所述进料管一位于三通连接件一内一端的端面与所述进料管二最接近进料管一的内壁在同一平面上。

优选地，所述一次混合管内设有静态混合器的混合元件。

更优选地，所述的混合元件为θ环填料。

优选地，所述喷射头从喷射气管露出端的端部设有混合腔。

优选地，所述反应器喷嘴设有安装支架，安装支架采用卡套或法兰。

本发明中的进料管包括三路物料进料管，即进料管一、进料管二、进料管三，进料管一和进料管二用于一次混合气体及液体进料，进料管一的端面接近进料管二的内表面，根据一次混合气和液体进料量的大小，可更换气液进料口，当一次混合气的流量较大时，选择从进料管一进入，气体夹着液体进入一次一次混合管，当一次混合气的流量较小时，选择从进料管二进入，将进料管一来的液体破碎。一次混合气和液体在一次一次混合管中形成气液两相流并流动至二次混合及喷射头轴向的入口，为了加强一次混合气及液体的混合效果，在一次一次混合管中装填θ环填料或其他静态混合器的混合元件。大量的喷射气体从进料管三进入，通过喷射气管与一次一次混合管间的间隙流至二次混合腔径向的入口。二次混合腔由轴向入口、径向入口和混合腔组成，轴向入口为细长的管道，一次气液混合物在轴向入口中流动面积减小，流速加快，快速喷入混合腔中，分散成液滴，完成一次雾化；径向入口为圆周分布的小圆孔，喷射气体经径向入口限流加速、改变流向，从垂直方向高速冲击一次气液混合物，进行动量交换，将液体进一步破碎、混合，再经过喷射头高速喷出，完成二次雾化，形成粒径均匀、分布狭窄的雾状分散体。二次混合腔为精密机加工件，分别与一次一次混合管、喷射气管和喷射头焊接，喷射头中心为一小圆孔，其直径大小影响最终雾状分散体的液滴大小，其出口倒角影响着雾状分散体的形状。进料管一和与一次一次混合管、进料管三与喷射气管的连接通过管道连接件和连接，当气液进料量较小，进料管为小口径卡套管时，管道连接件可选用标准管接件，卡套连接；进料量较大时，管道连接件可采用非标机械加工件，焊接连接。安装支架视喷射气管的大小，可选用卡套也可选用法兰，与反应器上对应卡套和法兰固定。

该喷嘴结构适用于一路液体进料，一路或两路气体混合喷射雾化的工况。仅有一路气体进料时，将进料管二堵塞，液体从进料管一进入，气体从进料管三进入作为喷射雾化气体。通过在喷嘴外增加气体、液体一次混合管路，可以将喷嘴扩展使用在多路气体、多路液体混合喷射的工况，即在喷嘴外将多路液体混合好汇总成一路从进料管一或进料管二进入，多路气体分配成两路，少量气体从进料管一或进料管二进入，大量气体从进料管三进入。

对于不同的气液进料量，通过调节各气液物料进料管、一次混合物管道、喷射气体管道的大小，分散孔的大小和数量、喷射孔的大小，可以达到物料在喷嘴出口分散均匀雾化的目的。

本发明的有益效果在于：

本发明具有结构简单、安装维护方便、气体物料的进料路数扩展灵活、气液物料进料范围宽、成本低廉等优点，解决了实验装置微小进料量下气液物料混合喷射的技术难题，可广泛用于化工、炼油、环保、燃烧等领域的实验装置反应器，本发明模拟工业装置反应器内物料的流体力学，为新型工业催化剂及助剂性能评价、原料变换、工艺操作条件的优化提供有价值的数据，为新型工业装置的设计提供必要的基础技术数据。

附图说明

图1为本发明提供的实验装置用反应器喷嘴的机构原理图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1所示，为本发明提供的实验装置用反应器喷嘴的机构原理图，包括进料管一1，进料管一1通过三通连接件一6同轴连接一次混合管4的一端，三通连接件一的侧端连接进料管二2。进料管一1位于三通连接件一6内一端的端面与所述进料管二2最接近进料管一1的内壁在同一平面上。一次混合管4内填充静态混合器的混合元件5，混合元件5采用θ环填料。一次混合管4的另一端通过三通连接件二7同轴连接喷射气管8的一端，三通连接件二7的侧端连接进料管三3。喷射气管8的另一端连接喷射头10，喷射头10插在喷射气管10内的一端设有轴向入口9-1及径向入口9-2，轴向入口9-1设于喷射头10端部，其形状为细长管状，一次混合管4插在喷射气管8内与轴向入口9-1连通，一次混合管4的外壁与喷射气管8的内壁之间设有间隙。径向入口9-2为呈环形围绕喷射头10分布的小圆孔，径向入口9-2位于喷射气管8与喷射头10连接的一端的端部，喷射气管8与径向入口9-2连通。喷射头10从喷射气管8露出端的端部设有混合腔9-3。反应器喷嘴外安装一个安装支架11，安装支架11采用卡套或法兰。

本发明中的进料管包括三路物料进料管，即进料管一1、进料管二2、进料管三3，进料管一1和进料管二2用于一次混合气体及液体进料，进料管一1的端面接近进料管二2的内表面，根据一次混合气和液体进料量的大小，可更换气液进料口，当一次混合气的流量较大时，选择从进料管一1进入，气体夹着液体进入一次一次混合管4，当一次混合气的流量较小时，选择从进料管二2进入，将进料管一1来的液体破碎。一次混合气和液体在一次一次混合管4中形成气液两相流并流动至二次混合及喷射头9轴向的入口9-1，为了加强一次混合气及液体的混合效果，在一次一次混合管4中装填θ环填料或其他静态混合器的混合元件5。大量的喷射气体从进料管三3进入，通过喷射气管8与一次一次混合管4间的间隙流至二次混合腔9径向的入口9-2。二次混合腔9由轴向入口9-1、径向入口9-2和混合腔9-3组成，轴向入口9-1为细长的管道，一次气液混合物在轴向入口中流动面积减小，流速加快，快速喷入混合腔9-3中，分散成液滴，完成一次雾化；径向入口9-2为圆周分布的小圆孔，喷射气体经径向入口限流加速、改变流向，从垂直方向高速冲击一次气液混合物，进行动量交换，将液体进一步破碎、混合，再经过喷射头10高速喷出，完成二次雾化，形成粒径均匀、分布狭窄的雾状分散体。二次混合腔9为精密机加工件，分别与一次一次混合管4、喷射气管8和喷射头10焊接，喷射头10中心为一小圆孔，其直径大小影响最终雾状分散体的液滴大小，其出口倒角影响着雾状分散体的形状。进料管一1和2与一次一次混合管4、进料管三3与喷射气管8的连接通过管道连接件6和7连接，当气液进料量较小，进料管为小口径卡套管时，管道连接件可选用标准管接件，卡套连接；进料量较大时，管道连接件可采用非标机械加工件，焊接连接。安装支架11视喷射气管8的大小，可选用卡套也可选用法兰，与反应器上对应卡套和法兰固定。

该喷嘴结构适用于一路液体进料，一路或两路气体混合喷射雾化的工况。仅有一路气体进料时，将进料管二2堵塞，液体从进料管一1进入，气体从进料管三3进入作为喷射雾化气体。通过在喷嘴外增加气体、液体一次混合管路，可以将喷嘴扩展使用在多路气体、多路液体混合喷射的工况，即在喷嘴外将多路液体混合好汇总成一路从进料管一1或进料管二2进入，多路气体分配成两路，少量气体从进料管一1或进料管二2进入，大量气体从进料管三3进入。

对于不同的气液进料量，通过调节各气液物料进料管、一次混合物管道、喷射气体管道的大小，分散孔的大小和数量、喷射孔的大小，可以达到物料在喷嘴出口分散均匀雾化的目的。

本发明中的液体进料量最小可达0.5Kg/h，物料喷雾粒径达1mm以下，分布范围在出口处150mm以内，是一种高效雾化喷嘴。

Claims (6)

1.一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，包括进料管一(1)，进料管一(1)通过三通连接件一(6)同轴连接一次混合管(4)的一端，三通连接件一的侧端连接进料管二(2)，物料一从进料管一(1)进入，与从进料管二(2)的物料二混合，形成混合物料；一次混合管(4)的另一端通过三通连接件二(7)同轴连接喷射气管(8)的一端，三通连接件二(7)的侧端连接进料管三(3)；喷射气管(8)的另一端设有喷射头(10)，喷射头(10)设于喷射气管(10)内的一端设有轴向入口(9-1)及径向入口(9-2)，轴向入口(9-1)设于喷射头(10)端部，其形状为管状，一次混合管(4)设于喷射气管(8)内与轴向入口(9-1)连通，一次混合管(4)的外壁与喷射气管(8)的内壁之间形成夹套间隙，物料三从进料管三(3)进入，从该间隙通过；径向入口(9-2)为呈环形分布的圆孔，径向入口(9-2)位于喷射气管(8)与喷射头(10)连接的一端的端部，喷射气管(8)与径向入口(9-2)连通；混合物料通过一次混合管(4)进入轴向入口(9-1)，物料三通过一次混合管(4)与喷射气管(8)之间的间隙进入径向入口(9-2)，混合物料与物料三在混合腔(9-3)混合，从喷射头(10)喷出。

2.如权利要求1所述的一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，所述进料管一(1)位于三通连接件一(6)内一端的端面与所述进料管二(2)最接近进料管一(1)的内壁在同一平面上。

3.如权利要求1所述的一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，所述一次混合管(4)内设有静态混合器的混合元件(5)。

4.如权利要求3所述的一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，所述的混合元件(5)为θ环填料。

5.如权利要求1所述的一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，所述喷射头(10)从喷射气管(8)露出端的端部设有混合腔(9-3)。

6.如权利要求1所述的一种实验装置用反应器喷嘴，其特征在于，所述反应器喷嘴设有安装支架(11)，安装支架(11)采用卡套或法兰。