CN107715719A - 一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，包括喷嘴、增压室、真空混合室、扩张室、液体反应物加料斗、液体反应物加入口以及固体反应物加料斗，喷管的下端同轴固装密封固装有一增压室，增压室的下端同轴连通一真空混合室，真空混合室的下端同轴连通一扩张室；在增压室上部的侧壁径向两侧对称制有通孔，其中一个通孔连通液体反应物加料斗，密封板上制有液体反应物加入口；增压室上部侧壁的另一个通孔连通有一固体反应物加料斗。本发明可以充分利用系统内的流体动能和势能，且不需要加入额外的能源动力，获取最佳的工艺适应性，以达到最大工作效率，实现高效节能的目标。

Description

一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴

技术领域

本发明属于化工设备领域，涉及射流泵，特别是一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴。

背景技术

射流泵是化工中的重要单元操作，它是利用高速射流与被吸流体间强剪切和剧烈紊流扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合输送反应设备。由于其具有结构简单、工艺稳定、安装方便、工艺适应性强、生产成本低等特点使其应用范围越来越广，在某些真空情况下，射流泵可取代水环式、旋片式、往复式真空泵。

射流泵的研究和应用已经有很长的历史，最早于16世纪，人们便发现了射流的混合现象。随着流体力学和空气动力学理论以及应用的发展，射流技术也随之得到很大的提高。射流泵作为一种可以产生巨大经济效益的通用设备，在人类经济生活中其已经显示出越来越重要的作用。多年来射流喷嘴结构作为一种基本而简便的物理输送混合方法，不消耗药剂，无二次污染，运行维护费用低，一直是国内外学者研究的热点，因此，催生出更多高效节能的射流喷嘴发明专利。这些设计成果已经在发达国家的石油、化工领域得到了应用。目前，发达国家通过大量的实验得到了大量的数据并获得了许多专利，这些专利为他们带来了巨大的经济效益。然而，射流泵系统的设计必须考虑预期的效率机制，这一点在目前研究中还不够充分；既没有深入了解制约射流效率的众多因素以及射流喷射真空形成的机理，也没有掌握最佳效率点形成的条件，因此，很难设计出更为高效节能的装置。

射流泵系统是以射流喷嘴喷出的高速流动的液体实现对固-液混合物输送的目标，在此过程中，在管道中流动阻力损失很大，因此，如何提高射流泵系统的效率就显得至关重要。值得注意的是作为射流泵系统一部分的尾管对系统的整体效率也会有一定的影响。传统的系统设计方法是默认尾管浆液流动为自由落体流动状态，直接进入反应器，而没有对尾管效率进行增效，这就使得反应器的加料与射流尾管不发生关系，造成大量的流体动能和势能的白白浪费，也使得系统效率降低，既不经济又不环保。

现有技术的射流泵系统工作原理如图4所示：射流泵系统可以满足许多生产装置的需要，以下仅描述一个简单的批量循环操作：①关闭循环系统的液体出料阀23、粉末出料阀27及三通阀26，将预先指定量的液体(一般是水)打入常压反应罐22；将称量好的固体粉末29加入料斗28。②打开液体出料阀23，启动输送泵24，慢慢地打开粉末出料阀27。干粉就被吸入射流泵内，并在射流泵内彻底混合和溶解。料斗28打空时，关闭粉末出料阀27和三通阀26(三通阀26的作用是使料液通过尾管20循环回到常压反应罐22，或输出产品)，实现常压反应罐22的自循环。③液体反应物通过打开液料输入阀19流到常压反应罐1；固体反应物由工人在常压反应罐22上直接倒入常压反应罐22。④当常压反应罐22输出产品完毕后，调整三通阀26到自循环位置，停止输送泵24，关闭液体出料阀23。这样，就可以开始一个新的批量循环了。

现有技术的系统设计方法是默认尾管浆液流动为自由落体流动状态，直接进入反应器，而没有对尾管效率进行增效，这就使得反应器的加料与射流尾管不发生关系，造成大量的流体动能和势能的白白浪费，也使得系统效率降低，既不经济又不环保。直观地表现为：直接灌入常压反应罐的液体反应物挥发或飞溅伤害操作人员、固体粉末反应物扬尘、甚至反应器内的物料浓度局部过量、射流泵系统效率没有充分发挥。

事实上，如图1所示的射流泵系统效率是笔者经过长期实践应用和实验基础上得到的一款效率比较高的射流喷嘴，相比之下，它的效率要低于加入可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴的射流泵系统的效率。

本专利申请的可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴是基于：可连续调整射流喷管位置的高效射流喷嘴(专利号ZL 201410539286.0)的研究基础上进行的拓展研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计科学、结构简单、便捷可靠、使用寿命长的可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：包括喷嘴、增压室、真空混合室、扩张室、液体反应物加料斗、液体反应物加入口以及固体反应物加料斗，喷管的下端同轴固装密封固装有一增压室，增压室的下端同轴连通一真空混合室，真空混合室的下端同轴连通一扩张室；

在增压室上部的侧壁径向两侧对称制有通孔，其中一个通孔连通液体反应物加料斗的下端，该液体反应物加料斗上端安装有一密封板，密封板上制有液体反应物加入口；增压室上部侧壁的另一个通孔连通有一固体反应物加料斗的下端，该固体反应物加料斗的上端安装有一快装密封板。

而且，所述喷管的主体为一竖直设置的圆管结构，喷管的上端同轴固装有法兰；所述增压室的结构为一直径大于喷嘴的圆柱筒形腔体结构，真空混合室为一上大下小的圆锥斗形的腔体结构，扩张室的主体结构为一直径与真空混合室输出口相同的圆管结构。

而且，所述密封板上还制有一个液体反应物备用加入口。

而且，所述液体反应物加料斗的上端与密封板之间垫装有一密封圈，在快装密封板与固体反应物加料斗的上端外沿之间垫装有一快装密封圈，在快装密封板的上端固装有手柄。

而且，在液体反应物加料斗以及固体反应物加料斗的中部分别焊接有固定角钢。

而且，所述喷嘴的扩张室出口伸入常压反应罐内，常压反应罐的输出端通过管路依次连接液体出料阀、输送泵、射流泵以及三通阀，三通阀的一个输出端用于输出完成产品，三通阀的另一个输出端连通尾管，尾管连通喷嘴的喷管输入端；射流泵的另一个输入端连接有用于加入固体粉末的料斗，该料斗与射流泵之间安装有一粉末出料阀。

而且，所述二次射流加料的工作方法为：

①关闭循环系统的液体出料阀、粉末出料阀以及三通阀，将预先指定量的液体打入常压反应罐；将称量好的固体粉末加入料斗；

②打开液体出料阀，启动输送泵，高速流动的液体在射流泵内形成射流真空，打开粉末出料阀，干粉就被吸入射流泵内，并在射流泵内彻底混合或溶解；

高速流动的液体混合物经过三通阀，该三通阀的作用是使料液通过尾管循环回到常压反应罐或输出产品；

而后经过管道进入可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，形成二次射流真空，最后进入常压反应罐中；

当料斗打空时，关闭粉末出料阀和三通阀，实现常压反应罐的自循环；

③液体反应物经由液体反应物加料斗或固体反应物加料斗流入液体反应物加料斗，此时，液体反应物在真空和重力作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质密闭输送过程；

④固体反应物被倒入固体反应物加料斗，固体反应物在真空和重力双重作用下分散进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质输送过程；

⑤当常压反应罐输出产品完毕后，调整三通阀回到自循环位置，停止输送泵，关闭液体出料阀；

循环执行上述步骤①至⑤。

一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴的工作过程，其特征在于：步骤为：

(1)使高速流动的射流混合物流过喷管，喷射进入增压室和真空混合室，再喷射进入扩张室，形成射流真空；

(2)向固体反应物加料斗加入固体反应物，固体反应物在真空和重力双重作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质输送过程；

(3)液体反应物加料斗加入液体反应物，液体反应物在真空和重力作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和密闭物质输送过程。

而且，所述步骤(2)和步骤(3)的执行顺序不分先后，可以分别进行也可以同时进行。

本发明的优点和积极效果是：

1、本喷嘴结构可以充分利用系统内的流体动能和势能，且不需要加入额外的能源动力，获取最佳的工艺适应性，以达到最大工作效率，实现高效节能的目标。

2、本喷嘴可防止进入常压反应罐的液体反应物挥发或飞溅伤害操作人员；防止固体粉末反应物扬尘；防止常压反应罐内的物料浓度局部过量，实现环保目标。

3、本喷嘴制作成本低廉，效果好，易于应用。

4、本喷嘴可实现加料的连续自动化控制。

5、本喷嘴也可以直接用于没有射流泵系统的具有自循环泵搅拌的常压反应罐的加料，因此，具有更强的工艺适应性，可大面积推广使用。

6、本发明阐述的是固—液混合射流泵，它具有固-液混合和输送的双重功能。它的最显著特点是固体粉末的输送,如玉米淀粉等的输送，如果采用的射流泵输送具有较稳定的物理和化学性质可溶性盐类，如硫酸钠、碳酸钠、氯化钠等，会获得很高的效率。

7、本发明高效的射流泵系统具有广阔的应用前景，它可以被广泛应用在石油、化工、医药、食品等领域的固—液混合输送。

具体实施方式

图1为本发明的喷嘴结构主视图；

图2为图1中的A-A向剖视图；

图3为本发明的射流泵工作原理图；

图4为现有技术射流泵的工作原理图。

附图标记：1快装密封板；2手柄；3快装密封圈；4喷管；5法兰；6液体反应物加入口；7密封板；8液体反应物备用加入口；9密封圈；10固定角钢；11液体反应物加料斗；12增压室；13真空混合室；14扩张室；15圆弧形弯板；16固体反应物加料斗；17螺栓组件；18焊接点；19液料输入阀；20尾管；21加料喷嘴；22常压反应罐；23液体出料阀；24输送泵；25射流泵；26三通阀；27粉末出料阀；28料斗；29固体粉末。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，参见附图1所示结构，为了便于清楚描述结构本实施例以附图1所示方向进行说明，

包括喷管4、增压室12、真空混合室13、扩张室14、液体反应物加料斗11、液体反应物加入口6以及固体反应物加料斗16，喷管4的主体为一竖直设置的圆管结构，喷管的上端同轴固装有法兰5，法兰便于连接尾管20的输出端；

喷管的下端同轴固装密封固装有一增压室12，增压室的结构为一直径大于喷嘴的圆柱筒形腔体结构，增压室的下端同轴连通一真空混合室13，该真空混合室为一上大下小的圆锥斗形的腔体结构，真空混合室的下端同轴连通一扩张室14，扩张室的主体结构为一直径与真空混合室输出口相同的圆管结构，扩张室下端为物料出口用于伸入常压反应罐22内；

在增压室上部的侧壁径向两侧对称制有通孔，其中一个通孔连通液体反应物加料斗11的下端，该液体反应物加料斗上端通过螺栓组件安装有一密封板7，密封板上制有液体反应物加入口6，用于注入液体反应物；密封板上还制有一个液体反应物备用加入口8，用于加快注入速度或替换使用。

为了保证密封性，液体反应物加料斗的上端与密封板之间垫装有一密封圈9。

增压室上部侧壁的另一个通孔连通有一固体反应物加料斗16的下端，该固体反应物加料斗的上端采用螺栓组件安装有一快装密封板1，该快装密封板的上端固装有手柄2。在快装密封板与固体反应物加料斗的上端外沿之间垫装有一快装密封圈3。

为了保证结构强度，在液体反应物加料斗以及固体反应物加料斗的中部分别焊接有固定角钢10。

螺栓组件17均是由成套螺栓、垫片以及螺母组成。

本喷嘴的系统连接图参见附图3所示，喷嘴输出端的扩张室出口伸入常压反应罐22内，常压反应罐22的输出端通过管路依次连接液体出料阀23、输送泵24、射流泵25以及三通阀26，三通阀的一个输出端用于输出完成产品，三通阀的另一个输出端连通尾管，尾管连通喷嘴的喷管输入端，形成循环回路；射流泵的另一个输入端连接有用于加入固体粉末29的料斗28，该料斗与射流泵之间安装有一粉末出料阀27。

喷嘴结构的装配步骤：

(1)将增压室12与真空混合室13焊接在一起，再将真空混合室与扩张室C焊接在一起；

(2)将喷管4与步骤(1)焊接完成的组合件焊接在一起，参见附图所示在喷嘴外周制有焊接点18保证焊接牢固性；

(3)将法兰5与喷管4焊接在一起；

(4)将液体反应物加料斗11和固体反应物加料斗15分别与增压室12焊接在一起；

(5)将固定角钢10分别与喷管4、液体反应物加料斗11、固体反应物加料斗15焊接在一起，焊接结束后不得产生焊接变形；

(6)将快装密封圈3放到固体反应物加料斗15上；将快装密封板1和手柄2焊接在一起，并安装在快装密封圈3上；

(7)将密封圈9放到液体反应物加料斗11上；将液体反应物加入口6和液体反应物备用加入口8分别焊接在密封板，并安装在密封圈9上；

(8)用螺栓组件17将上述活动件固定。

工作原理：

(1)使高速流动的射流混合物流过喷管4，喷射进入增压室12和真空混合室13，再喷射进入扩张室14，形成射流真空；

(2)如果要加入固体反应物，首先要卸开螺栓组件17，然后提起手柄2，打开快装密封板1，倒固体反应物入固体反应物加料斗16，此时，固体反应物在真空和重力双重作用下进入增压室12和真空混合室13，与射流混合物快速混合后进入扩张室14中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质输送过程。

(3)如果要加入液体反应物，打开液体反应物加入口6或液体反应物备用加入口8连接软管的控制阀门，使液体反应物流入液体反应物加料斗11，此时，液体反应物在真空和重力作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和密闭物质输送过程。

(4)上述步骤(2)和步骤(3)可以同时进行，不过化学反应过程很少有国体反应物和液体反应物同时加入的情况，因此，步骤(2)和步骤(3)也可以单独进行，不过此时最好对不加入反应物的加料斗进行密封密闭，此时，效率较高。

值得注意的是：加料过程要缓慢计量加料。

图3是有可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴的射流泵系统工作原理图，从图3可以看出可实现射流泵系统尾管二次射流加料的射流泵系统工作原理。

顺序执行以下步骤：

①关闭循环系统的液体出料阀23、粉末出料阀27以及三通阀26，将预先指定量的液体(一般是水)打入常压反应罐22；将称量好的固体粉末加入料斗28。

②打开液体出料阀23，启动输送泵24，高速流动的液体在射流泵25内形成射流真空。慢慢地打开粉末出料阀27，干粉就被吸入射流泵内，并在射流泵内彻底混合或溶解。高速流动的液体混合物经过三通阀26，该三通阀的作用是使料液通过尾管20循环回到常压反应罐22，或输出产品；

而后经过管道进入可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴21，形成二次射流真空，最后进入常压反应罐22中；

当料斗28打空时，关闭粉末出料阀27和三通阀26，实现常压反应罐22的自循环。

③液体反应物经由液体反应物加料斗11或固体反应物加料斗16流入液体反应物加料斗，此时，液体反应物在真空和重力作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐22，实现了混合、反应和物质密闭输送过程。

④固体反应物被倒入固体反应物加料斗，此时，固体反应物在真空和重力双重作用下分散进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质输送过程。

⑤当常压反应罐22输出产品完毕后，调整三通阀26回到自循环位置，停止输送泵24，关闭液体出料阀23。

循环执行上述步骤①至⑤，本装置的应用能够显著地提高射流泵系统的工作效率。

所谓可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴是指浆液进入射流泵系统尾管管路时附带地将另外需要加入反应器内的物料直接地由加入在尾管处的射流喷嘴产生的射流真空吸入并在湍流状态下搅拌混合后，再排入反应器的过程。可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴可用于对常压反应器加装多种化学反应物(固体粉末和液体反应物)，也可以直接用于没有射流泵系统的具有自循环泵搅拌的常压反应罐的加料。因此，可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴也可以被广泛应用在石油、化工、医药、食品等领域的固—液混合输送。

喷嘴是指浆液进入射流泵系统尾管管路时附带地将另外需要加入反应器内的物料直接地由加入在尾管处的射流喷嘴产生的射流真空吸入并在湍流状态下搅拌混合后，再排入反应器的过程。该过程的优点是：需要加入的物料不挥发、不扬尘、不造成反应器内的物料浓度局部过量、也不需要加入额外的能源动力，安全可靠。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：包括喷嘴、增压室、真空混合室、扩张室、液体反应物加料斗、液体反应物加入口以及固体反应物加料斗，喷管的下端同轴固装密封固装有一增压室，增压室的下端同轴连通一真空混合室，真空混合室的下端同轴连通一扩张室；

在增压室上部的侧壁径向两侧对称制有通孔，其中一个通孔连通液体反应物加料斗的下端，该液体反应物加料斗上端安装有一密封板，密封板上制有液体反应物加入口；增压室上部侧壁的另一个通孔连通有一固体反应物加料斗的下端，该固体反应物加料斗的上端安装有一快装密封板。

2.根据权利要求1所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：所述喷管的主体为一竖直设置的圆管结构，喷管的上端同轴固装有法兰；所述增压室的结构为一直径大于喷嘴的圆柱筒形腔体结构，真空混合室为一上大下小的圆锥斗形的腔体结构，扩张室的主体结构为一直径与真空混合室输出口相同的圆管结构。

3.根据权利要求1所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：所述密封板上还制有一个液体反应物备用加入口。

4.根据权利要求1所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：所述液体反应物加料斗的上端与密封板之间垫装有一密封圈，在快装密封板与固体反应物加料斗的上端外沿之间垫装有一快装密封圈；在快装密封板的上端固装有手柄。

5.根据权利要求1所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：在液体反应物加料斗以及固体反应物加料斗的中部分别焊接有固定角钢。

6.根据权利要求1所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：所述喷嘴的扩张室出口伸入常压反应罐内，常压反应罐的输出端通过管路依次连接液体出料阀、输送泵、射流泵以及三通阀，三通阀的一个输出端用于输出完成产品，三通阀的另一个输出端连通尾管，尾管连通喷嘴的喷管输入端；射流泵的另一个输入端连接有用于加入固体粉末的料斗，该料斗与射流泵之间安装有一粉末出料阀。

7.根据权利要求6所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，其特征在于：所述二次射流加料的工作方法为：

①关闭循环系统的液体出料阀、粉末出料阀以及三通阀，将预先指定量的液体打入常压反应罐；将称量好的固体粉末加入料斗；

②打开液体出料阀，启动输送泵，高速流动的液体在射流泵内形成射流真空，打开粉末出料阀，干粉就被吸入射流泵内，并在射流泵内彻底混合或溶解；

高速流动的液体混合物经过三通阀，该三通阀的作用是使料液通过尾管循环回到常压反应罐或输出产品；

而后经过管道进入可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴，形成二次射流真空，最后进入常压反应罐中；

当料斗打空时，关闭粉末出料阀和三通阀，实现常压反应罐的自循环；

③液体反应物经由液体反应物加料斗或固体反应物加料斗流入液体反应物加料斗，此时，液体反应物在真空和重力作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质密闭输送过程；

④固体反应物被倒入固体反应物加料斗，固体反应物在真空和重力双重作用下分散进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质输送过程；

⑤当常压反应罐输出产品完毕后，调整三通阀回到自循环位置，停止输送泵，关闭液体出料阀；

循环执行上述步骤①至⑤。

8.一种可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴的工作过程，其特征在于：步骤为：

(1)使高速流动的射流混合物流过喷管，喷射进入增压室和真空混合室，再喷射进入扩张室，形成射流真空；

(2)向固体反应物加料斗加入固体反应物，固体反应物在真空和重力双重作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和物质输送过程；

(3)液体反应物加料斗加入液体反应物，液体反应物在真空和重力作用下进入增压室和真空混合室，与射流混合物快速混合后进入扩张室中，最后进入常压反应罐，实现了混合、反应和密闭物质输送过程。

9.根据权利要求8所述可实现射流泵系统尾管二次射流加料的喷嘴的工作过程，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(3)的执行顺序不分先后，可以分别进行也可以同时进行。