CN110585989A - 可预热式汽化混合器 - Google Patents

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Abstract

一种可预热式汽化混合器，在导热层外设保温层，保温层外设外壳体，导热层与保温层之间设上加热器、中加热器、下加热器，外壳体上设与上温度控制器相连的上热电偶、与中温度控制器相连的中热电偶、与下温度控制器相连的下热电偶，导热层内上部设与反应器相联的气态物料混合器、下部设气体预热器，气体预热器入口通过流量计与气瓶相联通、出口与气态物料混合器联通，气体预热器出口为收敛形，外壳体内气态物料混合器下设液体汽化器，液体汽化器上端与联通、下端经液体计量泵与液体储罐联通，导热层与气态物料混合器之间设与液体汽化器搭接、与温度显示仪相连的温度传感器。

Description

可预热式汽化混合器
技术领域
本发明属于化工试验装备或装置技术领域，具体涉及到一种应用于催化研究及试验中的可预热式汽化混合器。
背景技术
催化剂评价或试验装置是催化剂研发和催化工艺探索的技术基础，在多相催化研究中发挥着重要作用，鉴于多相催化反应中多涉及液体物料汽化以及不同气体物料混合这两类单元操作，因而汽化及混合的装置研发与工艺探索在化工研究及生产中备受关注。目前，在化工生产中，以蒸发器(如釜式蒸发器、列管式蒸发器以及中央循环管式蒸发器等)为代表的汽化设备和以混合器(如管道混合器、漩涡混合器、气液混合器以及静态混合器等)为代表的混合设备被广泛应用。这些生产设备的特点是体积较大且结构复杂，因其所处置的物料确定或很少变化，其操作工况或工艺参数则相对稳定。而在催化研究及试验中，中小型催化剂评价或试验装置需要处置的物料多有变化，因此，需要试验装置中包括汽化及混合在内的功能模块更为灵活高效、具有更宽的操作弹性和物料适用范围。
目前，在中小型催化剂评价或试验装置中，液体物料的加入及其与气体物料的混合方式大致可分为气体鼓泡法和液体泵入法两种。
气体鼓泡法是在催化反应工程早期研究中发展起来的一种方法，该方法主要是将一定流速(未经预热或预热后)的气体物料通入液体物料、通过鼓泡的方式将液体物料带入催化反应器，因其不需要混合器使得装置简单，迄今为止在多相催化研究中应用广泛。其缺点是：由于液体物料的带入量不仅受气体物料温度影响较大，且与液体物料本身的沸点及饱和蒸汽压密切相关，因此会出现液体物料加入量或物料比例不稳定的问题。
专利申请号为201420289961.4、发明名称为《一种鼓泡装置》的中国实用新型专利，公开了一种改良的鼓泡装置，包括进气管、反应容器和出气管等，反应容器为三角形内壁，周围斜向上，底面平坦的透明容器，顶端连接出气管；进气管是管壁标有精确的刻度线的垂直进气管，从反应容器的侧壁垂直插入反应容器，进气管末端为一个颈口，颈口的外沿为一圆形冒泡口，出气管和进气管分别通过螺旋连接口与所述反应容器连接固定。该装置的主要缺点为无法精确控制气体鼓泡带出液体物料的量，从而不能为下游的催化反应准确地提供所需要的液气混合比。
液体泵入法是为克服气体鼓泡法存在的缺点和不足而建立起的方法，该方法通过液体计量泵将液体物料加入混合器或者反应器，在一定程度上实现了液体物料加入量的精确控制。就已公开报道的液体泵入法而言，目前尚不能保证被加入液体物料的充分汽化，也无法避免已汽化物料在混合器内的冷凝积液。
专利申请号为201320532627.2、发明名称为《一种可预热式混合器》的中国实用新型专利，公开了一种混合器，包括外层包覆有加热包的混合室以及设于混合室两端的进样口及出样口。专利申请号为201420118242.6、发明名称为《一种汽化混合装置》的中国实用新型专利，公开了一种汽化混合装置，汽化混合装置包括电加热炉、位于电加热炉内的汽化室、设置于汽化室前端的气相进口和液相进口、位于汽化室后端的物料出口，以及汽化室腔体内在一组具有中心通孔挡板之间填充的多孔陶瓷。上述装置存在的主要缺点有：第一，无液体物料汽化过程精准控温功能，导致不仅不能保证被加入液体物料的完全汽化，而且无法根据液体物料的沸点等调控汽化工艺参数；第二，无待混合气体物料的预热功能，使得被汽化的物料在混合器内因受到温度较低的气体物料的冷激而液化。
综上可知，已公开的技术目前不能保证对液体物料(特别是较高沸点液体物料)的高效汽化，也无法从根本上实现对反应所需物料液气混合比的精确控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种设计合理、操作简便、适用范围广的可预热式汽化混合器。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在导热层外设置有保温层，保温层外设置有外壳体，导热层与保温层之间设置有上加热器、中加热器、下加热器，外壳体上设置有上温度控制器和通过导线与上温度控制器相连的上热电偶、中温度控制器和通过导线与中温度控制器相连的中热电偶、下温度控制器和通过导线与下温度控制器相连的下热电偶，导热层以内上部设置有通过管道与反应器相联通的气态物料混合器、下部设置有气体预热器，气体预热器的入口通过安装在管道上的流量计与气瓶相联通、出口与气态物料混合器内相联通，气体预热器的出口为收敛形管道，导热层内气态物料混合器下端设置安装有冷凝液排出阀门的冷凝液排出管，气态物料混合器下方设置有液体汽化器，液体汽化器上端通过冷凝液排出管与气态物料混合器相联通、下端通过安装在管道上的液体计量泵与液体储罐相联通，导热层与气态物料混合器之间设置有与液体汽化器搭接、通过导线与温度显示仪相连的温度传感器。
本发明的气体预热器收敛形管道的出口端直径d1与进口端直径d2的比为1：2～4。
本发明的的气体预热器出口端的中垂线与气态物料混合器的中垂线在同一条直线上。
本发明的的气体预热器为盘管结构。
本发明的的上加热器的功率为0.3～2kW，中加热器的功率是上加热器功率的1.5倍，下加热器的功率是上加热器功率的2倍。
本发明的液体汽化器为盘管结构。
本发明的有益效果为：
本发明采用气体预热器和液体汽化器均为盘管结构，增大了传热面积，延长了物料在盘管内的停留时间，使得气体物料被充分预热以及液体物料被充分汽化；液体汽化器通过上温度控制器控制温度，根据不同液体物料的沸点灵活调节液体汽化器的工作参数，使得液体物料被充分汽化；气体预热器的不锈钢盘管口端为收敛形，气体预热器内快速流动的气体物料经其出口时流速增大，降低了气体预热器出口周围区域的压力，使得汽化后的物料被连续吸入气态物料混合器，加速气态物料混合器内的物料混合速度。本发明具有设计合理、气液混合均匀、操作简便、适用范围广等优点，可用于工业生产及科学研究中液态物料汽化与气态物料混合。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1中气体预热器21收敛形管道出口端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施例。
实施例1
如图1、2所示，本实施例的可预热式汽化混合器由温度显示仪1、反应器2、导热层3、保温层4、外壳体5、上加热器6、上热电偶7、上温度控制器8、中加热器9、中热电偶10、中温度控制器11、下加热器12、下热电偶13、下温度控制器14、液体计量泵15、液体储罐16、冷凝液排出阀门17、气瓶18、流量计19、冷凝液排出管20、气体预热器21、液体汽化器22、气态物料混合器23、温度传感器24联接构成。
本实施例的壳体由导热层3、保温层4、外壳体5联接构成，在导热层3外套装有保温层4，保温层4外套装有外壳体5，导热层3与保温层4之间安装有上加热器6、中加热器9、下加热器12，上加热器6的功率为1kW,中加热器9的功率是上加热器6功率的1.5倍，下加热器12的功率是上加热器6功率的2倍，上加热器6、中加热器9、下加热器12与电源接通后产生热量通过导热层3传递热量对流经导热层3内的介质进行加热。在外壳体5上用螺纹紧固联接件固定联接安装有上热电偶7、中热电偶10、下热电偶13，上热电偶7通过导线与上温度控制器8相连，中热电偶10通过导线与中温度控制器11相连，下热电偶13通过导线与下温度控制器14相连，上热电偶7穿过外壳体5和保温层4接收上加热器6的温度信号转换成电信号输出到上温度控制器8，由上温度控制器8控制上加热器6与电源接通或断开，中热电偶10穿过外壳体5和保温层4接收中加热器的温度信号转换成电信号输出到中温度控制器11，由中温度控制器11控制中加热器与电源接通或断开，下热电偶13穿过外壳体5和保温层4接收下加热器的温度信号转换成电信号输出到下温度控制器14，由下温度控制器14控制下加热器与电源接通或断开。
在导热层3内上部安装有气态物料混合器23，气态物料混合器23上端通过管道与反应器2相联通，在导热层3内下部用螺纹紧固联接件固定联接安装有气体预热器21，气体预热器21的入口通过安装在管道上的流量计19与气瓶18相联通、出口与气态物料混合器23内相联通，本实施例的气瓶18内装有CO2气体，也可装N2，根据化学反应的需要，也可装其它气体或其它混合气，打开气瓶18上的开关，气瓶18内的CO2气体流经流量计19，由流量计19进行计量，进入气体预热器21，本实施例的气体预热器21为盘管结构，增大了传热面积，延长了气体物料在气体预热器21内的停留时间，保证了气体物料被充分预热，气体预热器21的出口为收敛形管道，收敛形管道的出口端直径d1与进口直径d2的比为1：3，气体预热器21的出口端的中垂线与气态物料混合器23的中垂线为同一条直线，气体预热器21内快速流动的气体物料经其出口时流速增大压力减小，降低了气体预热器21的出口附近的压力，使得汽化后的物料被连续吸入气态物料混合器23，加速气态物料混合器23内的气态物料混合速率，喷入气态物料混合器23内的气体物料被上加热器6进行加热，加热到设定的温度。气态物料混合器23的下端用螺纹紧固联接件固定联接安装有冷凝液排出管20，冷凝液排出管20上安装有冷凝液排出阀门17，气态物料混合器23内的冷凝液从冷凝液排出管20排出，清洗气态物料混合器23时，将清洗后的清洗液从冷凝液排出管20排出。
在外壳体5内气态物料混合器23下方安装有液体汽化器22，液体汽化器22为不锈钢盘管，该结构在增大传热面积的同时，延长了液体物料在液体汽化器22内的停留时间，保证了液体物料被充分汽化，液体汽化器22的上端通过冷凝液排出管20与气态物料混合器23相联通，液体汽化器22的下端通过安装在管道上的液体计量泵15与液体储罐16相联通，液体储罐16内的液体物料经过液体计量泵15输入液体汽化器22内被充分汽化后，经过过冷凝液排出管20上段继续加热并从凝液排出管20上端口喷入气态物料混合器23内，与预热后的气体混合。
在外壳体5内导热层3与气态物料混合器23之间安装有温度传感器24，温度传感器24的下端与液体汽化器22搭接，温度传感器24通过导线与温度显示仪1相连，温度传感器24用于接收液体汽化器22的温度信号转换成电信号输出到温度显示仪1，温度显示仪1显示液体汽化器22被汽化物料的温度，根据不同液体物料的沸点通过中温度控制器11控制中加热器9工作，保证流经液体汽化器22内的液体物料被充分汽化。
实施例2
本实施例的气体预热器21为盘管结构，气体预热器21的出口为收敛形管道，收敛形管道的出口端直径d1与进口端直径d2的比为1：2，气体预热器21的出口端的中垂线与气态物料混合器23的中垂线为同一条直线。
其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例3
本实施例的气体预热器21为盘管结构，气体预热器21的出口为收敛形管道，收敛形管道的出口端直径d1与进口端直径d2的比为1：4，气体预热器21的出口端的中垂线与气态物料混合器23的中垂线为同一条直线。
其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例4
在以上的实施例1-3中，壳体由导热层3、保温层4、外壳体5联接构成，在导热层3外套装有保温层4，保温层4外套装有外壳体5，导热层3与保温层4之间安装有上加热器6、中加热器9、下加热器12，上加热器6的功率为0.3kW,中加热器9的功率是上加热器6功率的1.5倍，下加热器12的功率是上加热器6功率的2倍，上加热器6、中加热器9、下加热器12与电源接通后产生热量通过导热层3传递热量对流经导热层3内的介质进行加热。
其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施1相同。
实施例5
在以上的实施例1-3中，壳体由导热层3、保温层4、外壳体5联接构成，在导热层3外套装有保温层4，保温层4外套装有外壳体5，导热层3与保温层4之间安装有上加热器6、中加热器9、下加热器12，上加热器6的功率为2kW,中加热器9的功率是上加热器6功率的1.5倍，下加热器12的功率是上加热器6功率的2倍，上加热器6、中加热器9、下加热器12与电源接通后产生热量通过导热层3传递热量对流经导热层3内的介质进行加热。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
本发明的工作原理如下：
开机前先打开冷凝液排出阀门17，气态物料混合器23内的冷凝液从冷凝液排出管20排出，打开打开气瓶18的开关，气瓶18内的气体物料经过流量计19流入气体预热器21内，经下加热器12、中加热器9对气体预热器21的气体物料进行加热至设定温度，气体物料从气体预热器21的出口端流入气态物料混合器23内，液体储罐16内的液体物料通过液体计量泵15流入液体汽化器22内，经下加热器12、中加热器9对液体汽化器22内的液体物料进行加热至设定温度使其完全汽化，汽化后的物料从液体汽化器22的出口端进入气态物料混合器23下端的冷凝液排出管20上部，经冷凝液排出管20流入气态物料混合器23内，经过上加热器6进一步加热并充分混合，从气态物料混合器23的出口端通过管道流入反应器2内进行化学反应。

Claims (7)

1.一种可预热式汽化混合器，其特征在于：在导热层(3)外设置有保温层(4)，保温层(4)外设置有外壳体(5)，导热层(3)与保温层(4)之间设置有上加热器(6)、中加热器(9)、下加热器(12)，外壳体(5)上设置有上温度控制器(8)和通过导线与上温度控制器(8)相连的上热电偶(7)、中温度控制器(11)和通过导线与中温度控制器(11)相连的中热电偶(10)、下温度控制器(14)和通过导线与下温度控制器(14)相连的下热电偶(13)，导热层(3)以内上部设置有通过管道与反应器(2)相联通的气态物料混合器(23)、下部设置有气体预热器(21)，气体预热器(21)的入口通过安装在管道上的流量计(19)与气瓶(18)相联通、出口与气态物料混合器(23)内相联通，气体预热器(21)的出口为收敛形管道，导热层(3)内气态物料混合器(23)下端设置安装有冷凝液排出阀门(17)的冷凝液排出管(20)，气态物料混合器(23)下方设置有液体汽化器(22)，液体汽化器(22)上端通过冷凝液排出管(20)与气态物料混合器(23)相联通、下端通过安装在管道上的液体计量泵(15)与液体储罐(16)相联通，导热层(3)与气态物料混合器(23)之间设置有与液体汽化器(22)搭接、通过导线与温度显示仪(1)相连的温度传感器(24)。
2.根据权利要求1所述的可预热式汽化混合器，其特征在于：所述的气体预热器(21)收敛形管道的出口端直径d1与进口端直径d2的比为1：2～4。
3.根据权利要求1或2所述的可预热式汽化混合器，其特征在于：所述的气体预热器(21)出口端的中垂线与气态物料混合器(23)的中垂线在同一条直线上。
4.根据权利要求1或2所述的可预热式汽化混合器，其特征在于：所述的气体预热器(21)为盘管结构。
5.根据权利要求3所述的可预热式汽化混合器，其特征在于：所述的气体预热器(21)为盘管结构。
6.根据权利要求1所述的可预热式汽化混合器，其特征在于：所述的上加热器(6)的功率为0.3～2kW，中加热器(9)的功率是上加热器(6)功率的1.5倍，下加热器(12)的功率是上加热器(6)功率的2倍。
7.根据权利要求1所述的可预热式汽化混合器，其特征在于：所述的液体汽化器(22)为盘管结构。
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