CN108579625A - 一种气固流化床催化剂混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气固流化床催化剂混合装置。包括:流化床反应器、混合腔、气体分布器和至少两个催化剂管道;气体分布器和所有催化剂管道均与混合腔接通,用于将催化剂管道内的催化剂在混合腔中进行混合;混合腔与流化床反应器接通,用于将在混合腔中混合的催化剂与流化床反应器内的催化剂进行混合。本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,至少两种催化剂分别通过不同的催化剂管道进入混合腔内,先在混合腔内进行预混合;然后,将在混合腔中预混合的催化剂与流化床反应器内的催化剂进行混合。便于流化床反应器内的催化剂混合,以使催化剂在流化床反应器内能均匀混合。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域,尤其涉及一种气固流化床催化剂混合装置。
背景技术
在石油化工、医药化工等领域,固体颗粒经常需要与气体进行反应,从而生产出不同的产品。通常情况下采用流化床反应器来作为其主要反应场所。其中,流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
对于一些工艺,需要将不同的催化剂(气体)均匀混合起来,或者将具有不同温度或活性的催化剂均匀混合起来,然后与气相反应,例如催化裂化MIP工艺技术(MIP:maximizing iso-paraffins),需要将温度和活性不同的催化剂在第二反应区混合起来,又如催化裂化的冷催化剂循环技术,需要将温度不同的再生剂混合起来,然后进入提升管参与反应,或者将温度和活性不同的待生剂和再生剂混合起来,然后进入提升管参与反应。又如灵活焦化的加热器,需要将来自焦化反应器和冷焦、来自气化器的高温焦以及加热器内原有的焦粒混合起来。
但是,催化剂的混合效果对反应收率的大小、产品的选择性以及反应装置的能耗等均具有显著的影响。随着近年来化工装置处理量的逐渐增加,设备尺寸也相应增加,在直径达数米甚至数十米的大型设备中直接将两种或三种催化剂均匀混合非常困难。
发明内容
本发明提供一种气固流化床催化剂混合装置,该装置能使催化剂混合均匀。
本发明提供了一种气固流化床催化剂混合装置,包括:流化床反应器、混合腔、气体分布器和至少两个催化剂管道;
气体分布器和所有催化剂管道均与混合腔接通,用于将催化剂管道内的催化剂在混合腔中进行混合;
混合腔与流化床反应器接通,用于将在混合腔中混合的催化剂与流化床反应器内的催化剂进行混合。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
混合腔的顶部位于流化床反应器内,混合腔位于流化床反应器内的高度与流化床反应器内催化剂层的高度的比值为0.2-0.8;
流化床反应器和混合腔均为筒状,混合腔的横截面积与流化床反应器的横截面积的比值为0.1-0.5。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
混合腔上设有第一中心管,第一中心管位于混合腔的底部,第一中心管部分伸入混合腔内,第一中心管位于混合腔内的高度小于或等于催化剂管道与混合腔连接处的高度。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
所有催化剂管道均与混合腔的侧面连通;
所有催化剂管道绕混合腔的侧面一周设置;
第一中心管的横截面积与混合腔的横截面积的比值为0.1-0.4。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
至少一个催化剂管道与混合腔的侧面连通,至少一个催化剂管道与第一中心管位于混合腔外的部分连通;
第一中心管的横截面积与混合腔的横截面积的比值为0.2-0.6。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
还包括依次连通的提升管道、输送管道和第二中心管,提升管道与混合腔连通,第二中心管部分伸入流化床反应器内。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
还包括端盖,端盖位于混合腔的顶端;或者端盖位于第二中心管位于流化床反应器内的端部;
端盖上具有多个第一通道,第一通道用于将在混合腔中混合的催化剂通入流化床反应器内。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
还包括第二通道,第二通道用于将在混合腔中混合的催化剂通入流化床反应器内;
混合腔的出气口端封闭,第二通道位于混合腔位于流化床反应器内的侧壁;
或者第二中心管位于流化床反应器内的端部封闭,第二通道位于第二中心管位于流化床反应器内的侧壁。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
第二通道的数量为多个,第二通道至少设置一层,第二通道绕混合腔的侧壁一周设置。
作为一种可选的方式,本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,
第二通道为槽孔、旋流头或分配头;
旋流头为螺旋管状结构;
分配头为具有通孔的空心柱状支撑臂结构。
本发明提供的气固流化床催化剂混合装置,至少两种催化剂分别通过不同的催化剂管道进入混合腔内,先在混合腔内进行预混合;然后,将在混合腔中预混合的催化剂与流化床反应器内的催化剂进行混合。此时,即便通入流化床反应器内的混合催化剂在流化床反应器内分布不均匀,由于已经进行了催化剂的预混合,通入流化床反应器内的混合催化剂在流化床反应器内的床层中的浓度也不会出现剧烈的波动,便于流化床反应器内的催化剂混合,以使催化剂在流化床反应器内能均匀混合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置的结构示意图;
图2为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第一种混合腔的结构示意图;
图3为图2中A-A剖视图;
图4为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第二种混合腔的结构示意图;
图5为图4中B-B剖视图;
图6为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第三种混合腔的结构示意图;
图7为图6中C-C剖视图;
图8为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第四种混合腔的结构示意图;
图9为图8中D-D剖视图;
图10为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置的结构示意图;
图11为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第一种混合腔和催化剂管道的结构示意图;
图12为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第二种混合腔和催化剂管道的结构示意图;
图13为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第三种混合腔和催化剂管道的结构示意图;
图14为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第四种混合腔和催化剂管道的结构示意图;
图15为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置的结构示意图;
图16为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第一种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图;
图17为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第二种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图;
图18为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第三种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图;
图19为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第四种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图。
附图标记说明:
10-流化床反应器;
20-混合腔;
201-第一中心管;
202-端盖;
203-第二通道;
2031-槽孔;
2032-旋流头;
2033-分配头;
30-催化剂管道;
40-提升管道;
50-输送管道;
60-第二中心管;
70-气体分布器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置的结构示意图。如图1所示,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,包括:流化床反应器10、混合腔20、气体分布器70和至少两个催化剂管道30;
气体分布器70和所有催化剂管道30均与混合腔20接通,用于将催化剂管道30内的催化剂在混合腔20中进行混合;
混合腔20与流化床反应器10接通,用于将在混合腔20中混合的催化剂与流化床反应器10内的催化剂进行混合。
可选的,催化剂管道30上具有可开闭的阀门。
本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,至少两种物理性质或温度或活性不同的催化剂分别通过不同的催化剂管道30进入混合腔20内,先在混合腔20内在气体分布器70的作用下进行预混合;
然后,将在混合腔20中预混合的催化剂与流化床反应器10内的催化剂进行混合。此时,即便通入流化床反应器10内的混合催化剂在流化床反应器10内分布不均匀,由于已经进行了催化剂的预混合,通入流化床反应器10内的混合催化剂在流化床反应器10内的床层中的浓度也不会出现剧烈的波动,便于流化床反应器10内的催化剂混合,以使催化剂在流化床反应器10内能均匀混合。
具体的,混合腔20的顶部位于流化床反应器10内,混合腔20位于流化床反应器10内的高度与流化床反应器10内催化剂层的高度的比值为0.2-0.8。
本领域技术人员可以理解的是,流化床反应器10内的催化剂位于流化床反应器10内的下部分,混合腔20从流化床反应器10的底部进入流化床反应器10内,即混合腔20位于流化床反应器10内的部分应该位于流化床反应器10内的下部分。本实施例中混合腔20位于流化床反应器10内的高度与流化床反应器10内催化剂层的高度的比值为0.2-0.8,便于从混合腔20的顶端出来的预混合的催化剂直接接触流化床反应器10内的催化剂,达到所有催化剂能充分混合的目的。
流化床反应器10和混合腔20均为筒状,混合腔20的横截面积与流化床反应器10的横截面积的比值为0.1-0.5。也就是说,至少两种催化剂现在横截面积较小的混合腔20中进行预混合,然后在进入横截面积相对于混合腔20横截面积较大的流化床反应器10内与流化床反应器10内的催化剂进行混合,使所有催化剂能充分混合。
作为一种可选的方式,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,
混合腔20上设有第一中心管201,第一中心管201位于混合腔20的底部,第一中心管201部分伸入混合腔20内,第一中心管201位于混合腔20内的高度小于或等于催化剂管道30与混合腔20连接处的高度。
可选的,第一中心管201的轴线与混合腔20的轴线共线,可以将气体从第一中心管201通入混合腔20内。由于第一中心管201位于混合腔20的底部,且第一中心管201位于混合腔20内的高度小于或等于催化剂管道30与混合腔20连接处的高度,气体经第一中心管201通入混合腔20内,在第一中心管201中气体的作用下以及气体分布器70的作用下,使催化剂在混合腔20能充分混合。
为了进一步使催化剂有更好的混合效果,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,所有催化剂管道30均与混合腔20的侧面连通;
所有催化剂管道30绕混合腔20的侧面一周设置,可选的,每个催化剂管道30与混合腔20侧面的连接处的高度均相等。
图1中以催化剂管道30的数量为两个作为说明,两个催化剂管道30分别位于混合腔20的相对侧;也就是说,催化剂管道30对称设置在混合腔20的侧壁,经不同催化剂管道30通入混合腔20内的不同催化能及时在混合腔20内相遇,使催化进在混合腔20内能到达更好的混合效果,混合更均匀。本实施例不限于此,催化剂管道30的数量也可以为多个,当催化剂管道30设置多个时,多个催化剂管道30也可以对称设置在混合腔20的侧壁。
第一中心管201的横截面积与混合腔20的横截面积的比值为0.1-0.4。此时催化剂经催化剂管道30进入混合腔20内,因此,可以将第一中心管201的直径减小,以减小第一中心管201位于混合腔20内部的体积,为混合腔20内催化剂的混合增加混合空间。
图2为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第一种混合腔的结构示意图;图3为图2中A-A剖视图。如图2和图3所示,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,其中,第一种混合腔20的结构可以为,还包括端盖202,端盖202位于混合腔20的顶端,端盖202上均匀间隔设有多个第一通道,第一通道用于将在混合腔20中混合的催化剂通入流化床反应器10内。在端盖202上设置多个第一通道,使混合腔20内的催化剂均匀的进入流化床反应器10内。
所有第一通道的总面积为混合腔20横截面(垂直于混合腔20轴线的截面)面积的0.1-0.5倍。
可选的,端盖202上多个第一通道以矩形阵列形式设置,或者端盖202上多个第一通道以如图3所示的环形阵列形式设置。
图4为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第二种混合腔的结构示意图;图5为图4中B-B剖视图。如图4和图5所示,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,其中,第二种混合腔20的结构可以为,还包括第二通道203,第二通道203用于将在混合腔20中混合的催化剂通入流化床反应器30内;
具体的,混合腔20的顶端封闭,第二通道203位于混合腔20位于流化床反应器10内的侧壁;
第二通道203的数量为多个,第二通道203至少设置一层,第二通道203绕混合腔10的侧壁一周设置。
第二通道203为槽孔2031,可选的,槽孔2031为矩形、圆形、三角形或者正多边形,只要催化剂能经第二通道203的槽孔2031通入流化床反应器30内即可,在此不作限定。
可选的,第二通道203设置一层、两层或者三层。第二通道203的总面积为混合腔20横截面(垂直于混合腔20轴线的截面)面积的0.1-0.5倍。如图4所示,第二通道203设置两层。
图6为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中在第三种混合腔的结构示意图;图7为图6中C-C剖视图。如图6和图7所示,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,其中,第三种混合腔20的结构与第二种混合腔20的结构不同在于,第三种混合腔20中第二通道203为旋流头2032,第三种混合腔20其余结构与第二种混合腔20的结构和工作原理相同,在此不一一赘述。
具体的,旋流头2032为如图7所示的螺旋管状结构。
具体的,旋流头2032的数量为两个-四个,螺旋管状结构出口的总面积为混合腔20横截面(垂直于混合腔20轴线的截面)面积的0.5-1倍。
图8为本发明实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置中第四种混合腔的结构示意图;图9为图8中D-D剖视图。如图8和图9所示,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,其中,第四种混合腔20的结构与第二种混合腔20的结构不同在于,第四种混合腔20中第二通道203为分配头2033,第四种混合腔20其余结构与第二种混合腔20的结构和工作原理相同,在此不一一赘述。
具体的,分配头2033为如图9所示的具有通孔的空心柱状支撑臂结构,通孔沿水平方向均匀间隔的设置在空心柱状支撑臂结构的侧面。
具体的,分配头2033的数量为两个-四个,通孔的总面积为混合腔20横截面(垂直于混合腔20轴线的截面)面积的0.1-0.5倍,支撑臂的横截面(垂直于支撑臂长度方向的截面)总面积为混合腔20横截面(垂直于混合腔20轴线的截面)面积的0.5-1倍。
上述实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,至少两种催化剂分别通过不同的催化剂管道进入混合腔内,先在混合腔内进行预混合;然后,将在混合腔中预混合的催化剂与流化床反应器内的催化剂进行混合。此时,即便通入流化床反应器内的混合催化剂在流化床反应器内分布不均匀,由于已经进行了催化剂的预混合,通入流化床反应器内的混合催化剂在流化床反应器内的床层中的浓度也不会出现剧烈的波动,便于流化床反应器内的催化剂混合,以使催化剂在流化床反应器内能均匀混合。通过使用不同结构的第二通道,满足不同工艺的混合催化剂的需要。
实施例二
图10为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置的结构示意图;图11为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第一种混合腔和催化剂管道结构示意图;图12为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第二种混合腔和催化剂管道的结构示意图;图13为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第三种混合腔和催化剂管道的结构示意图;图14为本发明实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置中第四种混合腔和催化剂管道的结构示意图。如图10-图14所示,实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置与实施例一提供的气固流化床催化剂混合装置的不同在于,实施例二中的催化剂管道30与实施例一中的催化剂管道30位置不同,实施例二的其余结构和工作原理与实施例一相同,在此不一一赘述。
本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,至少一个催化剂管道30与混合腔20的侧面连通,至少一个催化剂管道30与第一中心管201位于混合腔外的部分连通。由于安装位置的限制,混合腔20的侧壁只能设置一侧连通催化剂管道30时,可以将一个催化剂管道30位于混合腔20外侧壁,另一个催化剂管道30与第一中心管201位于混合腔20外的部分连通;一种催化剂经催化剂管道30直接进入混合腔20内,另一种催化剂需要依次经另一个催化剂管道30和第一中心管201进入混合腔20内。
此时催化剂需要经第一中心管201进入混合腔20内,因此,调整第一中心管201的横截面积与混合腔20的横截面积的比值,使第一中心管201的横截面积与混合腔20的横截面积的比值为0.2-0.6,使混合腔20内的催化剂达到更好的混合效果。
实施例三
上述实施例一和实施例二提供的气固流化床催化剂混合装置,适用于混合腔20安装在流化床反应器10的底部。但是流化床反应器10底部的空间不能安装混合腔20时,可以将混合腔20安装到流化床反应器10的侧面。图15为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置的结构示意图。如图15所示,本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,还包括依次连通的提升管道40、输送管道50和第二中心管60,提升管道40与混合腔20连通,第二中心管60部分伸入流化床反应器10内。
可选的,第二中心管60伸入流化床反应器10内的端部位于流化床反应器10内的催化剂层的上方。
实施例三与实施例一不同在于,实施例三增加了输送管道50、提升管道40和第二中心管60,并且实施例三中的端盖202的位置和第二通道203的位置与实施例一中端盖202的位置不同。实施例三其余部分的结构和工作原理与实施例一相同,在此不一一赘述。
图16为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第一种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图。如图16所示,端盖202位于第二中心管10位于流化床反应器10内的端部。
图17为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第二种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图;图18为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第三种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图;图19为本发明实施例三提供的气固流化床催化剂混合装置中第四种混合腔、输送管道、提升管道和第二中心管的结构示意图。如图17-图19所示,第二中心管60位于流化床反应器10内的端部封闭,第二通道203位于第二中心管60位于流化床反应器10内的侧壁。
本实施例提供的气固流化床催化剂混合装置,适应于当流化床反应器所处高度不足以在其下部设置混合腔时,将混合腔设置在流化床反应器的侧面,采用输送管道、提升管道和第二中心管将在混合腔混合后的催化剂提升并输送至流化床反应器的催化剂床层的上部,然后撒落在流化床反应器的催化剂床层,与流化床反应器内的催化剂进行混合。
上述实施例可以针对催化裂化MIP、冷催化剂循环、灵活焦化等工艺。
在本发明说明书的描述中,需要理解的是,术语“上方”、“侧面”、“下部”、“长度方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,在本发明说明书的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,包括:流化床反应器、混合腔、气体分布器和至少两个催化剂管道;
所述气体分布器和所有所述催化剂管道均与所述混合腔接通,用于将所述催化剂管道内的催化剂在所述混合腔中进行混合;
所述混合腔与所述流化床反应器接通,用于将在所述混合腔中混合的催化剂与所述流化床反应器内的催化剂进行混合。
2.根据权利要求1所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,所述混合腔的顶部位于所述流化床反应器内,所述混合腔位于所述流化床反应器内的高度与所述流化床反应器内催化剂层的高度的比值为0.2-0.8;
所述流化床反应器和所述混合腔均为筒状,所述混合腔的横截面积与所述流化床反应器的横截面积的比值为0.1-0.5。
3.根据权利要求1所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,所述混合腔上设有第一中心管,所述第一中心管位于所述混合腔的底部,所述第一中心管部分伸入所述混合腔内,所述第一中心管位于所述混合腔内的高度小于或等于所述催化剂管道与所述混合腔连接处的高度。
4.根据权利要求3所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,所有所述催化剂管道均与所述混合腔的侧面连通;
所有所述催化剂管道绕所述混合腔的侧面一周设置;
所述第一中心管的横截面积与所述混合腔的横截面积的比值为0.1-0.4。
5.根据权利要求3所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,至少一个所述催化剂管道与所述混合腔的侧面连通,至少一个所述催化剂管道与所述第一中心管位于所述混合腔外的部分连通;
所述第一中心管的横截面积与所述混合腔的横截面积的比值为0.2-0.6。
6.根据权利要求2所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,还包括依次连通的提升管道、输送管道和第二中心管,所述提升管道与所述混合腔连通,所述第二中心管部分伸入所述流化床反应器内。
7.根据权利要求6所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,还包括端盖,所述端盖位于所述混合腔的顶端;或者所述端盖位于所述第二中心管位于所述流化床反应器内的端部;
所述端盖上均匀间隔设有多个第一通道,所述第一通道用于将在所述混合腔中混合的催化剂通入所述流化床反应器内。
8.根据权利要求6所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,还包括第二通道,所述第二通道用于将在所述混合腔中混合的催化剂通入所述流化床反应器内;
所述混合腔的顶端封闭,所述第二通道位于所述混合腔位于所述流化床反应器内的侧壁;
或者所述第二中心管位于所述流化床反应器内的端部封闭,所述第二通道位于所述第二中心管位于所述流化床反应器内的侧壁。
9.根据权利要求8所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,所述第二通道的数量为多个,所述第二通道至少设置一层,所述第二通道绕所述混合腔的侧壁一周设置。
10.根据权利要求9所述的气固流化床催化剂混合装置,其特征在于,所述第二通道为槽孔、旋流头或分配头;
所述旋流头为螺旋管状结构;
所述分配头为具有通孔的空心柱状支撑臂结构。
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