CN106984206A - 一种带有自混合功能的大型储罐及混合方法 - Google Patents

一种带有自混合功能的大型储罐及混合方法 Download PDF

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张敏
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刘尚生
崔正新
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袁东立
张星星
兹燕民
孙蕊蕊
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Abstract

本发明公开了一种带有自混合功能的大型储罐及混合方法，它解决了现有技术中无法对Φ11000×7500等的大型储罐内的溶液进行有效混合问题，具有更容易使流体混合均匀、制作精度要求低，成本低的有益效果，技术方案为：储罐的半径为10‑12m，容积为550‑750m3；罐体内壁沿周向均布有若干个静态喷射混合器，每个静态喷射混合器距离罐底0.4‑0.8m，每个静态喷射混合器向上倾斜设置，与水平方向的夹角为27‑35°；静态喷射混合器包括引射流流通管道和混合流流通管道，引射流流通管道的一端为引射流入口，另一端为喷嘴；混合流流通管道的一端设置有流体入口，另一端为混合流出口，喷嘴端嵌套在混合流流通管道的流体入口端的内部；所述流体入口为在混合流流通管道上对称设置的至少两个缺口。

Description

一种带有自混合功能的大型储罐及混合方法
技术领域
本发明属于一种带有自混合功能的大型储罐，尤其涉及一种带有自混合功能的大型储罐及混合方法。
技术背景
目前，化工生产中的己内酰胺重排工序的缓冲罐为Φ11000×7500的大型储罐，其容积为712m3左右，其物料成分为67.20％己内酰胺、28.96％水和3.84％硫酸铵，将物料送萃取塔前需将物料混合均匀。
传统的混合均匀的方法包括机械搅拌、气流搅拌和射流搅拌的方法。无论是哪一种方法都同时存在分子扩散、湍流扩散和主体对流扩散等不同的混合过程物质传递。若采用机械搅拌混合，罐的直径较大，搅拌器的螺旋桨片将会较大、扭矩较大，搅拌器的制作难度较大，同时，大型罐体内采用机械搅拌器难以兼顾宏观混合和微观混合，而且缺乏可靠放大设计经验，再考虑制造、材料、成本、运行可靠性等因素，采用机械搅拌器是不适宜的。
所采用气流搅拌，一是工作气体采用压缩空气，需消耗较大功率，而且空气清洁度差会影响产品质量。要使用洁净空气必然会额外增加净化付出的费用；二是随搅拌用空气逸出的挥发性物质的量会增大，不但会降低溶液中的相应物质的含量，对后续生产过程产生影响，还会由于挥发性物质的逸出，对环境造成不利影响。
虽然现有技术中已经采用射流混合的方式对液体进行混合，但针对大型储罐(容积都在350m3以下的瘦高型大型储罐)内溶液的混合效果仍然不好。如果是瘦高型的大型储罐，可以通过在不同高度处设置多层射流混合装置进行射流混合，而Φ11000×7500的大型储罐的直径达到11m，直径较大，而射流的射程是有限的，难以采用现有的射流混合方法进行混合。
综上所述，现有技术中针对Φ11000×7500等的大型储罐内的溶液的混合方法尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
针对上述现有技术中存在的Φ11000×7500的大型储罐内的溶液无法混合均匀的技术问题，本发明提供了一种带有自混合功能的大型储罐，储罐的半径为10-12m，容积为550-750m3；罐体内壁沿周向均布有若干个静态喷射混合器，每个静态喷射混合器距离罐底0.4-0.8m，每个静态喷射混合器向上倾斜设置，与水平方向的夹角为27-35°；
静态喷射混合器包括引射流流通管道和混合流流通管道，引射流流通管道的一端为引射流入口，另一端为喷嘴；混合流流通管道的一端设置有流体入口，另一端为混合流出口，喷嘴端嵌套在混合流流通管道的流体入口端的内部；
所述流体入口为在混合流流通管道上对称设置的至少两个缺口。
通过将回流泵将储罐中的液体回流至静态喷射混合器中，作为引射流，在喷嘴处具有较大的流速，在喷嘴周围空间形成局部、瞬时的真空区域，在真空作用下，储罐中的混合溶液从静态混合器的混合溶液进口进入，引起储罐内的局部湍流，并通过静态喷射混合器的出口射出，射出流体带动储罐内的混合溶液，引起流体的湍流。静态喷射混合器斜向上设置，喷射出的液体斜向上，可以沿储罐的高度方向上引起湍流。
流体入口为两个缺口，储罐内的溶液在引射流的作用下，分别通过两个缺口进入静态喷射混合器，可以在两个缺口附近形成两个湍流，混合流体喷射出后，还会引起一个湍流，也就是采用该静态喷射混合器，可以同时在三个位置形成湍流，加强了对储罐内的溶液的扰动强度。当在储罐底部内壁设置多个静态喷射混合器时，在储罐内部的3的倍数位置处形成湍流，甚至在更多的位置处形成湍流。
罐底水平方向多个位置处的湍流以及沿储罐高度方向上的湍流带动整个罐体内流体的湍动，从而使大型罐体内的溶液达到混合均匀的目的。由于储罐内的溶液作为回流引射流，带动储罐内的溶液混合，实现了大型储罐内的溶液的自混合。
进一步的，静态喷射混合器的个数为4-6个。
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种大型储罐的自混合系统，包括上述大型储罐和回流泵，所述回流泵的入口端与大型储罐的底端连通，回流泵的出口端通过回流管分别与每个静态喷射混合器的引射流入口连接。
进一步的，所述回流泵的出口端还与出料管连接，出料管上设置有阀门。
回流泵还可以提供出料，调节出料管和回流管上的阀门，可以在出料的同时实现储罐内部的自混合，具有较好的实用性。
进一步的，所述大型储罐的罐体外壁套合固定有一根环形管，环形管分别与每根回流管和静态喷射混合器连通。
回流管中的液体首先进入环形管，然后从环形管进入每个静态喷射混合器，此处的环形管起到缓冲的作用，由于不同回流管中的流体流量和压力可能存在较大的差别，这就可能导致每个静态喷射混合器引起的湍流的强度不同，在湍流强度大的地方溶液混合均匀程度好，而湍流强度小的地方，溶液的混合均匀程度差，而由于罐体的容积和半径较大，即使某几个静态喷射混合器引起的湍流强度较大，也难以完全覆盖湍流程度小的位置，所以，如果每个静态喷射混合器中的流体流速不同时，很容易导致溶液混合不均匀。
而环形管的存在则可以起到缓冲作用，将各个回流管中的液体压力进行缓冲，使进入每个静态喷射混合器中的液体的流量一致，保证了储罐内的溶液的混合均匀程度。
进一步的，所述流体入口为在混合流流通管道上对称设置的两个缺口。
进一步的，静态喷射混合器的个数为4-6个。
更进一步的，引射流入口的公称直径为45-55mm，喷嘴的公称直径为15-20mm，混合流出口的公称直径为65-75mm。
再进一步的，所述流体入口的每个缺口的长为140mm，宽为70mm。
当静态喷射混合器采用上述的尺寸时，单个的静态喷射混合器在成本、混合效率等综合因素下是最优的，即采用较少的数量，较少的成本，就可以产生较好的混合效果。
为了解决以上技术问题，本发明还提供了利用上述大型储罐的自混合系统进行溶液混合的方法，包括如下步骤：回流泵将储罐中的溶液泵入静态喷射混合器的引射流入口，使引射流在喷嘴处的流速为18-22m/s。
当引射流在喷嘴处的流速为18-22m/s时，可以在喷嘴处产生较大的真空度，对储罐中的溶液产生强烈的吸引作用，一方面提高了溶液与引射流在喷嘴处的初步混合程度，另一方面提高了流体入口的缺口处的流动速度，提高了流体入口处的流体的湍流程度；第三方面，提高了混合后的溶液的喷射速度，加剧了混合流出口附近的湍流程度，同时提高了混合流的射程，提高了沿竖直和水平方向的湍流程度。三方面的综合作用，提高了溶液混合的均匀程度。
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一个具体的实施方式；
一种大型储罐的自混合系统，包括上述大型储罐和回流泵，所述回流泵的入口端与大型储罐的底端连通，回流泵的出口端通过两个回流管与套合固定在罐体外壁的环形管连通，环形管分别与每个静态喷射混合器的引射流入口连接；
储罐的半径为11m，高为7.5m；罐体内壁沿周向均布有4个静态喷射混合器，每个静态喷射混合器距离罐底0.5m，每个静态喷射混合器向上倾斜设置，与水平方向的夹角为30°；静态喷射混合器的参数为：引射流入口的公称直径为450mm，喷嘴的公称直径为18mm，混合流出口的公称直径为70mm，流体入口的每个缺口的长为140mm，宽为70mm；
引射流在喷嘴处的流速为20m/s。
当采用该最佳的实施方案时，在储罐的底部会形成12股湍流，由于引射流在喷嘴处的流速为20m/s，可以在喷嘴周围形成较好的真空度，使储罐内溶液具有较快的局部速度，加剧了湍流的程度。这12股湍流带动整个罐体内的流体的流动，从而达到整个罐内流体混合的目的，尤其适合背景技术中提到的Φ11000×7500缓冲罐中溶液的混合。
本发明的有益效果为：
1.本发明在多个方向安装静态混合器，在罐底形成多股多个方向湍流，更容易使流体混合均匀。
2.本发明的大型储罐结构简单，不用使用搅拌器，制作精度要求低、造价低，降低了储罐的整体安装高度(罐顶不需要再安装搅拌器电机)。
3.本发明大型储罐的自混合功能，具有制造简单、混合效果好节能的优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的系统的结构示意图；
图2为静态喷射混合器安装位置示意图；
图3为静态喷射混合器的结构示意图。
其中，1、呼吸阀，2、罐体，3、静态喷射混合器，4、出料管，5、回流管，6、回流泵，7、环形管，8、引射流入口，9、流体入口，10、喷嘴，11、混合流出口。
具体的实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释部分：
静态喷射混合器，即为静态混合器，是一种没有运动部件的高效混合设备，其基本工作机理是利用固定在管内的混合单元改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的。
本文中对静态喷射混合器的结构进行了改进，如图3所示，静态喷射混合器包括引射流流通管道和混合流流通管道，引射流流通管道的一端为引射流入口8，另一端为喷嘴10，喷嘴为沿引射流流动方向为缩径的结构；混合流流通管道的一端设置有流体入口9，另一端为混合流出口11，喷嘴10端嵌套在混合流流通管道的流体入口9端的内部，喷嘴10与混合流流通管道的流体入口9端之间构成液体初步混合的腔室。
所述流体入口9为在混合流流通管道上对称设置的至少两个缺口，储罐中的溶液会通过这两个缺口进入混合流流通管道内部，与引射流汇合。
此处的引射流是指由于在喷嘴处高速运动而使喷嘴处产生真空，进而使流体入口9的内外产生压力差，将储罐中的溶液压入流体入口的液体。本文中的引射流与回流管中的回流液体是同一液体，只是在不同直径的管道中流动的流速不同。
该处以Φ11000×7500的大型缓冲罐为例，对本文中的混合系统进行详细说明。
如图1和图2所示，一种带有自混合功能的大型储罐装置，包括罐体2，罐体的直径为11m，罐体高度为7.5m，所述的罐体2为直立式圆筒，在距离罐体2的底部0.5m处设置有4个静态喷射混合器2，每个静态喷射混合器2向上倾斜设置，与水平方向的夹角为30°，通过罐体2内壁引出的筋板对静态喷射混合器2进行支撑。静态混合器引射流入口尺寸为DN50，混合流出口尺寸为DN70，喷嘴尺寸为DN18，在喷嘴处外壳对称设有两个方形140×70的缺口，形成本文中的流体入口9。
罐体2的侧面设置有出料口、回流液入口，所述的罐体2的顶部设置有进料口、呼吸阀1，进料口用于进料，呼吸阀1用于调节罐体2内部的压力平衡。
一种大型储罐的自混合系统，包括上面的大型储罐和回流泵6，所述回流泵6的入口端与大型储罐的底端连通，回流泵6的出口端回流管5分别与每个静态喷射混合器的引射流入口8连接。在罐体2的外围套合固定有一个环形管7，环形管7与每个回流管5(图1中的回流管5的个数为两个，也可以是3个或4个，每个回流管与环形管7的连接位置最好是对称设置，这样更容易发挥环形管7的缓冲作用)连通，且与每个静态喷射混合器3连通，回流泵首先将溶液通过回流管打入环形管7中，溶液在环形管7中有个压力平衡的过程，可以使进入每个静态喷射混合器3中的液体的压力是相同的，进而保证了每个静态喷射混合器3中的引射流在喷嘴处的流速一致。保证了每个静态喷射混合器3对溶液的混合效果一致，只有当各个位置处的湍流都保持较高的强度时，才能达到较高的混合效率。既提高了混合的效果，又延长了每个静态喷射混合器3的使用寿命。这是回流混合过程。
同时，本文中的回流泵6还可以作为出料泵使用，回流泵6的出口端与出料管4连接，出料管4与特定的储罐或工序连接。在出料过程中，通过调节回流管5上的阀门的开度和出料管4上的阀门的开度来调节出料量和回流量，在保证溶液混合均匀的前提下，还具有较大的出料流量，满足后序工作的进行。
回流液以18m3/h的流量作为引射液进入静态喷射混合器3，在喷嘴10处的流速到达20m/s左右，在喷嘴10处形成负压区，罐体2内的液体通过140×70的缺口流入静态喷射混合器3，在混合器混合液入口和出口处均形成流体的旋流，在罐的底部形成12股湍流，带动整个罐内流体的流动，从而达到整个罐内流体混合的目的。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有自混合功能的大型储罐，其特征在于：储罐的半径为10-12m，容积为550-750m3；罐体内壁沿周向均布有若干个静态喷射混合器，每个静态喷射混合器距离罐底0.4-0.8m，每个静态喷射混合器向上倾斜设置，与水平方向的夹角为27-35°；
静态喷射混合器包括引射流流通管道和混合流流通管道，引射流流通管道的一端为引射流入口，另一端为喷嘴；混合流流通管道的一端设置有流体入口，另一端为混合流出口，喷嘴端嵌套在混合流流通管道的流体入口端的内部；
所述流体入口为在混合流流通管道上对称设置的至少两个缺口。
2.根据权利要求1所述的大型储罐，其特征在于：静态喷射混合器的个数为4-6个。
3.一种大型储罐的自混合系统，其特征在于：包括权利要求1或2所述大型储罐和回流泵，所述回流泵的入口端与大型储罐的底端连通，回流泵的出口端通过回流管分别与每个静态喷射混合器的引射流入口连接。
4.根据权利要求3所述的自混合系统，其特征在于：所述大型储罐的罐体外壁套合固定有一根环形管，环形管分别与回流管和静态喷射混合器连通。
5.根据权利要求3所述的自混合系统，其特征在于：静态喷射混合器的个数为4-6个。
6.根据权利要求3所述的自混合系统，其特征在于：引射流入口的公称直径为45-55mm，喷嘴的公称直径为15-20mm，混合流出口的公称直径为65-75mm。
7.根据权利要求3所述的自混合系统，其特征在于：所述流体入口为在混合流流通管道上对称设置的两个缺口。
8.根据权利要求7所述的自混合系统，其特征在于：所述流体入口的每个缺口的长为140mm，宽为70mm。
9.利用权利要求3-8所述的自混合系统进行溶液混合的方法，其特征在于：包括如下步骤：回流泵将储罐中的溶液泵入静态喷射混合器的引射流入口，使引射流在喷嘴处的流速为18-22m/s。
10.一种大型储罐的自混合系统，其特征在于：包括上述大型储罐和回流泵，所述回流泵的入口端与大型储罐的底端连通，回流泵的出口端通过两个回流管与套合固定在罐体外壁的环形管连通，环形管分别与每个静态喷射混合器的引射流入口连接；
储罐的半径为11m，高为7.5m；罐体内壁沿周向均布有4个静态喷射混合器，每个静态喷射混合器距离罐底0.5m，每个静态喷射混合器向上倾斜设置，与水平方向的夹角为30°；静态喷射混合器的参数为：引射流入口的公称直径为450mm，喷嘴的公称直径为18mm，混合流出口的公称直径为70mm，流体入口的每个缺口的长为140mm，宽为70mm；
引射流在喷嘴处的流速为20m/s。
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