CN108745020A - 一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，安装在可实现射流喷嘴系统的尾管位置，尾管辅助搅拌装置包括入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室，入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室由上向下依次同轴连接。浆液进入射流泵系统尾管管路时,可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置将再次对浆液进行混合搅拌，浆液在湍流状态下搅拌混合后，再排入反应器的过程。本装置可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置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。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。

Description

一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置

技术领域

本发明属于化工设备领域，涉及固—液混合射流泵，特别是一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置。

背景技术

射流泵是化工领域中的重要单元操作，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，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。

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，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还没有充分与固体粉末进行混合、湿润及反应，造成液体反应物挥发、固体粉末在常压反应罐中漂浮而造成不易被搅拌装置充分搅拌、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。

本系统是一套固—液混合射流泵，它具有固-液混合和输送的双重功能，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。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。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研究基础上进行的拓展研究。

可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌是指:浆液进入射流泵系统尾管管路时,可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置将再次对浆液进行混合搅拌，浆液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。

如图4所示的射流泵系统是发明人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，该射流泵系统可以满足许多生产装置的需要，工作原理如下：

以下仅描述一个简单的批量循环操作：

①关闭循环系统的常压反应罐出口阀2、料斗阀5以及三通阀7，将预先指定量的液体(一般是水)打入常压反应罐1，并且，将称量好的固体粉末加入料斗4；

②打开常压反应罐出口阀2，启动输送泵3，慢慢地打开料斗阀5，干粉就被吸入射流泵内，并在射流泵内彻底混合和溶解；直到料斗4打空时，关闭料斗阀5和三通阀7(三通阀7的作用是使料液循环回到常压反应罐1(或输出产品))，实现常压反应罐1的自循环；

③液体反应物通过打开阀门8流到常压反应罐1；固体反应物由工人在常压反应罐1上直接倒入罐1；

④当常压反应罐1输出产品完毕后，调整三通阀7到自循环位置，停止输送泵3，关闭常压反应罐出口阀2。然后，可以开始一个新的批量循环。

相比之下，现有的系统的效率要明显低于加装可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的射流泵系统的效率。

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、高效节能、稳定可靠、易于应用的可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，其特征在于：安装在可实现射流喷嘴系统的尾管位置，尾管辅助搅拌装置包括入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室，入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室由上向下依次同轴连接，

入口腔室上部制有小直径管，小直径管的下端同轴制有变径管，变径管的下端直径大于上端直径，变径管的下端制有大直径管；

搅拌腔室为一与大直径管直径相同的圆柱筒形结构，在搅拌腔室内的上部固装有一横向辅助搅拌刀，在搅拌腔室内的下部固装有一纵向辅助搅拌刀，搅拌腔室内壁贴附安装有辅助搅拌刀套管；

出口腔室上部制有与搅拌腔室直径相同的大直径管，大直径管下部制有变径管，该变径管上端直径大于下端直径，变径管下端连接尾管。

而且，横向辅助搅拌刀与纵向辅助搅拌刀的刀轴相互垂直。

而且，入口腔室的上端制有入口腔室上法兰，入口腔室下端制有入口腔室下法兰；在搅拌腔室的上、下两端外沿分别制有上、下法兰；出口腔室上端制有与搅拌腔室下法兰配合的法兰。

而且，可实现射流喷嘴系统包括常压反应罐、常压反应罐出口阀、输送泵、料斗、料斗阀、射流泵、三通阀、液体反应物加料阀、尾管辅助搅拌装置，常压反应罐的上端入口连接有液体反应物输入管，该液体反应物输入管上安装有常压反应罐出口阀；常压反应罐的下端出口管路上安装有常压反应罐出口阀，常压反应罐出口阀的出口连接输出泵的入口，输出泵的出口连接射流泵的入口，该射流泵的另一入口连接有一用于加入粉末的料斗，射流泵的出口连接三通阀的入口，该三通阀的一个出口直接排出产品，三通阀的另一个出口连接到尾管，尾管位置安装尾管辅助搅拌装置，尾管辅助搅拌装置的出口回连到常压反应罐的入口。

而且，工作步骤为：

(1)高速流动的射流混合物流入入口腔室，流体流经的垂直截面积迅速变大，然后喷射进入可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的搅拌腔体，在该搅拌腔体内，射流混合物被横向辅助搅拌刀搅拌，形成前后两股流场流动。

(2)前后两股流场流动在横向辅助搅拌刀和纵向辅助搅拌刀之间的腔室中又重新整形为一个射流流场；

(3)整形后的射流流场又被纵向辅助搅拌刀搅拌，形成左右两股流场流动；

(4)左、右两股流场流动进入出口腔室，由于出口腔室为收缩型腔室，因此，左右两股流场流动在经过该腔室时又从新整形为一个射流流场流动；

最后，高速流动的射流混合物流经尾管进入常压反应罐。

本发明的优点和积极效果是：

1、本装置可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置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、本装置可防止进入常压反应罐的液体反应物挥发；防止固体粉末在常压反应罐中漂浮而造成不易被搅拌装置充分搅拌；防止常压反应罐内的物料浓度局部过量，实现环保目标。

3、本装置可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置制作成本低廉，效果好，易于应用。

4、本装置可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置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。

5、本装置可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置几乎不消耗主射流流场的动力，仅增加了垂直管段的流动阻力；另外，由于辅助搅拌装置的流场流体流过的截面积大于主管道流体流过的截面积。因此，辅助搅拌装置对射流泵系统的整体射流效果没有影响。

6、本装置可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的横向和纵向辅助搅拌刀为流线型设计形式，因此该装置不同于静态混合器，它包含：对流场流体进行搅拌、混合、再搅拌、再混合几个过程。因此流动阻力很小，但辅助搅拌效果明显增强，且不需要额外的能源动力消耗。

7、本装置可根据工程需要实现可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的多级串联，因此，工艺适应性强。

8、本装置可以在辅助搅拌装置上安装采样点，便于采样；也可以安装自动采样监控装置，实现系统的自动化控制。

具体实施方式

图1为本发明的系统工作原理图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2的断面俯视图；

图4为现有技术的系统工作原理图。

附图标记：1.常压反应罐 2.常压反应罐出口阀 3.输送泵 4.料斗 5.料斗阀 6.射流泵 7.三通阀 8.液体反应物加料阀 9.尾管辅助搅拌装置

9-1入口腔室上法兰；9-2小径直管段；9-3变径管；9-4大径直管段；9-5入口腔室下法兰；9-6密封垫；9-7横向辅助搅拌刀；9-8辅助搅拌刀套管；9-9纵向辅助搅拌刀；9-10 螺栓螺母组件；9-11尾管；9-12出口腔室；9-13搅拌腔体；9-14入口腔室。

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。

一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，安装在可实现射流喷嘴系统的尾管位置；

可实现射流喷嘴系统包括常压反应罐1、常压反应罐出口阀2、输送泵3、料斗4、料斗阀5、射流泵6、三通阀7、液体反应物加料阀8、尾管辅助搅拌装置9，

常压反应罐的上端入口连接有液体反应物输入管，该液体反应物输入管上安装有常压反应罐出口阀2；常压反应罐的下端出口管路上安装有常压反应罐出口阀2，常压反应罐出口阀的出口连接输出泵3的入口，输出泵的出口连接射流泵6的入口，该射流泵的另一入口连接有一用于加入粉末的料斗4，射流泵的出口连接三通阀7的入口，该三通阀的一个出口直接排出产品，三通阀的另一个出口连接到尾管，尾管位置安装尾管辅助搅拌装置9，尾管辅助搅拌装置的出口回连到常压反应罐的入口；

尾管辅助搅拌装置的具体结构参见附图2至3所示，包括入口腔室9-14、搅拌腔室9-13 以及出口腔室9-12，入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室由上向下依次同轴连接，

入口腔室的上端制有入口腔室上法兰9-1用于三通泵的输出管，入口腔室上部制有小直径管9-2，小直径管的下端同轴制有变径管9-3，变径管的下端直径大于上端直径，变径管的下端制有大直径管9-4，大直径管下端制有入口腔室下法兰9-5用于连接搅拌腔室；

搅拌腔室为一与大直径管直径相同的圆柱筒形结构，在搅拌腔室的上、下两端外沿分别制有上、下法兰，在搅拌腔室内的上部固装有一横向辅助搅拌刀9-7，在搅拌腔室内的下部固装有一纵向辅助搅拌刀9-9，搅拌腔室内壁贴附安装有辅助搅拌刀套管9-8；

横向辅助搅拌刀与纵向辅助搅拌刀的刀轴相互垂直，参见附图3所示；

出口腔室上端制有与搅拌腔室下法兰配合的法兰，出口腔室上部制有与搅拌腔室直径相同的大直径管，大直径管下部制有变径管，该变径管上端直径大于下端直径，变径管下端连接尾管9-11。

尾管辅助搅拌装置的工作原理：

(1)高速流动的射流混合物流入入口腔室9-14，流体流经的垂直截面积迅速变大，然后喷射进入可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的搅拌腔体9-13，在该搅拌腔体内，射流混合物被横向辅助搅拌刀9-7搅拌，形成前后两股流场流动。

(2)前后两股流场流动在横向辅助搅拌刀9-7和纵向辅助搅拌刀9-9之间的腔室中又重新整形为一个射流流场；

(3)整形后的射流流场又被纵向辅助搅拌刀9-9搅拌，形成左右两股流场流动；

(4)左、右两股流场流动进入出口腔室9-12，由于出口腔室为收缩型腔室，因此，左右两股流场流动在经过该腔室时又从新整形为一个射流流场流动。最后，高速流动的射流混合物流经尾管9-11进入常压反应罐，实现了搅拌、混合、再搅拌和再混合过程，也实现了密闭物质输送过程。

本装置既可以用于射流泵系统尾管段混合搅拌增效，也可以直接用于没有射流泵系统的具有自循环泵搅拌的尾管管路辅助搅拌。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。

尾管辅助搅拌装置的装配步骤：

(1)可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的入口腔室的装配：将入口腔室上法兰9-1 与小径直管段9-2焊接在一起，再将小径直管段9-2与变径管9-3焊接在一起，将变径管与大径直管段9-4焊接在一起，将大径直管段与入口腔室下法兰9-5焊接在一起，焊接结束后不得产生焊接变形；

(2)可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的搅拌装置的装配：将辅助搅拌刀套管9-8 的上和下位置分别与对入口腔室下法兰9-5焊接在一起；在辅助搅拌刀套管9-8的上入口向下 10mm和下出口向上10mm位置处分别焊接横向辅助搅拌刀7和纵向辅助搅拌刀9-9。

注意焊接结束后不得产生焊接变形，且要保持横向辅助搅拌刀9-7和纵向辅助搅拌刀9-9 相互垂直；

(3)可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的出口腔室的装配：将大径直管段9-4与入口腔室下法兰9-5焊接在一起，将大径直管段9-4与变径管9-3焊接在一起，最后将变径管9-3 与尾管9-11焊接在一起，焊接结束后不得产生焊接变形；

(4)组装：分别在搅拌腔体上、下法兰端面处加装密封垫9-6，然后用螺栓螺母组件9-10 将搅拌腔体组合件分别与入口腔室组合件以及出口腔室组合件连接在一起。

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 (5)

1.一种可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，其特征在于：安装在可实现射流喷嘴系统的尾管位置，尾管辅助搅拌装置包括入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室，入口腔室、搅拌腔室以及出口腔室由上向下依次同轴连接，

入口腔室上部制有小直径管，小直径管的下端同轴制有变径管，变径管的下端直径大于上端直径，变径管的下端制有大直径管；

搅拌腔室为一与大直径管直径相同的圆柱筒形结构，在搅拌腔室内的上部固装有一横向辅助搅拌刀，在搅拌腔室内的下部固装有一纵向辅助搅拌刀，搅拌腔室内壁贴附安装有辅助搅拌刀套管；

出口腔室上部制有与搅拌腔室直径相同的大直径管，大直径管下部制有变径管，该变径管上端直径大于下端直径，变径管下端连接尾管。

2.根据权利要求1所述可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，其特征在于：横向辅助搅拌刀与纵向辅助搅拌刀的刀轴相互垂直。

3.根据权利要求1所述可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，其特征在于：入口腔室的上端制有入口腔室上法兰，入口腔室下端制有入口腔室下法兰；在搅拌腔室的上、下两端外沿分别制有上、下法兰；出口腔室上端制有与搅拌腔室下法兰配合的法兰。

4.根据权利要求1所述可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，其特征在于：可实现射流喷嘴系统包括常压反应罐、常压反应罐出口阀、输送泵、料斗、料斗阀、射流泵、三通阀、液体反应物加料阀、尾管辅助搅拌装置，常压反应罐的上端入口连接有液体反应物输入管，该液体反应物输入管上安装有常压反应罐出口阀；常压反应罐的下端出口管路上安装有常压反应罐出口阀，常压反应罐出口阀的出口连接输出泵的入口，输出泵的出口连接射流泵的入口，该射流泵的另一入口连接有一用于加入粉末的料斗，射流泵的出口连接三通阀的入口，该三通阀的一个出口直接排出产品，三通阀的另一个出口连接到尾管，尾管位置安装尾管辅助搅拌装置，尾管辅助搅拌装置的出口回连到常压反应罐的入口。

5.根据权利要求1所述可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置，其特征在于：工作步骤为：

(1)高速流动的射流混合物流入入口腔室，流体流经的垂直截面积迅速变大，然后喷射进入可实现射流喷嘴系统尾管辅助搅拌装置的搅拌腔体，在该搅拌腔体内，射流混合物被横向辅助搅拌刀搅拌，形成前后两股流场流动。

(2)前后两股流场流动在横向辅助搅拌刀和纵向辅助搅拌刀之间的腔室中又重新整形为一个射流流场；

(3)整形后的射流流场又被纵向辅助搅拌刀搅拌，形成左右两股流场流动；

(4)左、右两股流场流动进入出口腔室，由于出口腔室为收缩型腔室，因此，左右两股流场流动在经过该腔室时又从新整形为一个射流流场流动；

最后，高速流动的射流混合物流经尾管进入常压反应罐。