CN112808047A

CN112808047A - 一种带有中心轴的多点进料式旋流混合器

Info

Publication number: CN112808047A
Application number: CN202011198895.6A
Authority: CN
Inventors: 程振民; 唐艳玲; 史娟利; 罗港; 张建鹏; 赵钟杰
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2020-10-31
Filing date: 2020-10-31
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2040-10-31
Also published as: CN112808047B

Abstract

本发明提出一种带有中心轴的多点进料式旋流混合器，它由外筒、中心轴以及外筒侧面的多根入口管组成。所述中心轴安装在外筒内部轴心处，外筒与中心轴之间的环隙构成流动空间。外筒由一圆筒段和一锥形段组成。入口管安装在圆筒段，均按相同转向与旋流器外筒相切。入口管中至少各有一根用于输送不同类型原料，其中至少有两根分布在圆筒的不同轴向位置以维持旋流不衰减。本发明可使流体高速旋转而形成涡流，从而使一种流体与另一种流体均匀混合。针对有一种黏度较大的酸性液体和同样黏度的碱性液体之间进行的快速成盐反应工业试验结果显示，本发明提出的旋流器结构可实现物料的快速均匀混合，得到的盐晶粒细小而均匀。

Description

一种带有中心轴的多点进料式旋流混合器

技术领域

本发明涉及一种流体混合装备，具体的说是一种旋流式混合器。

背景技术

混合设备的应用领域十分广泛，涉及气-液之间、气-固之间、液-固之间、液-液之间、气-气之间的混合，是形成均匀混合物的必要设备，广泛地应用于精细化工、制药化工、聚合过程和生物化工等工业过程中。流体之间的混合效果直接影响着最终的产物的分布、产品的收率和质量。因此，设计合理的快速混合设备，对于强化物料之间的混合效果、提高产物的质量、反应效率和优化生产过程具有重要的意义。

目前主要的流体混合方式有:机械搅拌、射流混合、对撞混合、静态混合等。旋流混合是一种高效节能的混合方式，其原理为当流体在一定的压头下切向进入设备后，将产生强烈的旋转运动，靠自身产生的离心力使流体高速运转而形成涡流，涡流可使一种流体与另一种流体均匀混合。水力旋流不需要外加搅拌或超重力设备，即可达到良好的混合效果，使用十分方便。

维持旋流的稳定性是旋流混合器的核心技术，但目前的混合器结构大都无法做到这一点，只是在流体入口处依靠流体惯性运动产生旋流，但随后很快消失。

现有的旋流混合器基本为空心式或叶片式结构。例如，发明专利CN108854624 A公布了一种旋流射流式喷射混合器，管壁上开有多个切向喷射的射流孔，但混合器为一空心管道。实用新型CN207879488 U公布了一种旋流式空气混合器，通过在混合器壳体内添加翅片改变空气流动方向，实现空气旋流。发明专利CN105327628 A公布了一种低流阻旋流扩散气液混合器，该混合器壳体一端为液体入口，另一端为出口，在液体入口内部设置起旋器，起旋器的端部连接多孔扩散器。在混合器壳体内部中间处设置三组错排长翼片混合单元，每组错排长翼片混合单元由相互垂直的两块半圆型翼片组成。发明专利CN 107020029 A公布了一种稠油稀油旋流混合器，它由若干同角度均匀焊接在壳体内壁上的整流片构成，整流片围绕壳体中心线周向均匀布置，整流片之间形成由旋流发生器外侧到内部的切线方向的流体通道。实用新型CN 202823193 U公布了一种旋流式静态管道混合器，由在管道内壁安装多块旋流板构成。

与以上单旋流不同的是，实用新型CN 205042369 U公布了一种双旋流式油气混合器。气体由环形进气通道进入，经导叶形成旋流状态。油相则由进液管沿切向进入筒体呈顺时针旋转下行，这种结构并未形成气流与液流的共同旋流。实用新型CN 201978684 U公布了一种封闭式旋流混合器，其特征是在一大容积筒体内设置锥形套筒，使待混合流体在锥形套筒外围高速旋转，随着流体的上升，流速减慢，到达锥形套筒顶部时，流体从套筒顶部向下溢出。该装置锥形套筒上

小下大，从下到上流动面积越来越大，旋流速度下降很快，旋流运动很快停止。因此，这一专利的主要目的是延长流体混合的时间，而不是维持旋流。

综上所述，现有专利技术无法维持旋流的持续性和稳定性，这对于流体混合是极为不利的。针对以上缺陷，本发明提出应从：1）提高旋流强度；2）防止旋流衰减；3）维持旋流有序三方面着手。

发明内容

本发明提出一种带有中心轴的旋流混合器，主体结构为一沿流动方向直径逐渐减小的锥形管；在锥形管中心处，安装一与外套管平行的中心轴，流体可绕其旋转，以保持旋流的有序性和稳定性。锥管与中心轴之间的环隙，作为流动空间。由于环隙宽度远小于混合器直径，因此，可形成快速旋流。旋流器进料段为一直管段，管壁连接流体进料管，这些进料管均以切线方向与混合器连接，且同向排列，保证流体以相同方向旋转。如果旋流器较长（一般指0.5 m 以上），需要增加辅助进料管，以维持旋流强度。

附图说明

图1 物料一次性通入的旋流器结构示意图。

1-入口段密封板；2-物料一入口管；3-物料二入口管；4-旋流器器壁；5-中心轴；6-出口

图2 带有辅助进料管的旋流器结构示意图。

1-入口段密封板；2-物料一入口管；3-物料二入口管；4,5-物料一或二辅助入口管； 6-旋流器器壁；7-中心轴；8-出口

具体实施方式

待混合物料一和二分别从入口管2和3以切线方式流入旋流混合器，在混合器器壁4和中心轴5围成的环隙中绕中心轴5旋转。流体在急速旋转过程中不断扭曲、撕裂，发生混合。由于锥管不断变细，环隙面积随之减小，流体运动得到加速，在出口6处离开旋流器。

下面以具体实例说明混合效果与设备结构间的关系。

实施例1

合成某种盐AB需要采用黏度为85mPa.s的酸A和58mPa.s的碱B进行中和反应。如果混合不好，达不到1:1摩尔比时AB会继续与局部过量的B发生后续反应生成杂质AB₂盐，影响产品纯度。由于中和反应速度很快，必须进行快速混合，使各处A、B浓度均匀。由于两种物料浓度不一样，达到1:1摩尔配比时流量分别为酸液60m³/h，碱液9 m³/h。试验采用附图1所示的旋流混合器，两股物料一次性加入。采用的旋流器入口段为直径400mm的圆筒，长度100mm;锥形段长度1000mm,锥形段出口直径100mm。中心轴起始段为直径380mm的圆柱，长度100mm;锥形段长度1000mm,锥形段出口直径60mm。

计算得到酸液入口管出口线速度为8.5 m/s，初动能是重力势能的18倍，达到中等超重力状态，足以引起旋流。环隙内液体混合物旋流初速度为1.6 m/s，旋流角速度为1.3圈/s。出口处测得的AB₂盐达到16%，说明混合效果还需要改进。经过原因分析，初步判断是由于物料黏度过高（为水的58~85倍），旋流很快衰减，而锥段长度达到1m，锥段中下游处在无旋流状态，使得混合效果下降，局部出现高浓度A或高浓度B。因此，需要采用恢复旋流的措施。

实施例2

为使流体恢复旋流，采用了如附图2所示的多点进料式旋流器结构。在本实施例中，酸液通过进料管2、4切向输入，碱液通过进料管3、5切向输入，所有进料均同向旋流。为了保持相同的入口流速，入口管径进行了适当缩小。旋流器入口段圆筒直径仍然为400mm，但长度加长至500mm;锥形段长度缩短为600mm,锥形段出口直径仍然为100mm。中心轴圆柱段直径仍然为380mm，长度加长为500mm;锥形段长度缩短为600mm,锥形段出口直径仍然为60mm。反应结果显示，出口处测得AB₂盐含量减少至1.3%（< 5%），符合产品质量要求。反应效果改善的原因在于，在旋流器中部加入的物料重新引发了旋流，使流体恢复旋流状态，改善了混合效果，从而使产品质量合格。

对比例

本例对中心轴的作用进行了验证。采用与实施例2完全相同的旋流器尺寸和工艺条件，区别在于中心轴被抽掉。经过产品质量分析，发现AB₂盐含量高达37%，说明空心旋流器内部混合状况较差，体现了中心轴对于维持旋流运动的重要性。

Claims

1.一种带有中心轴的多点进料式旋流混合器，由外筒、中心轴以及外筒侧面的多根入口管组成。

2.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于:所述中心轴安装在外筒内部，外筒中心线与中心轴轴线平行，外筒与中心轴之间的环隙构成流动空间。

3.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于:所述外筒由一圆筒段和一锥形段组成。

4.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于:所述入口管均安装在直筒段，全部入口管均按相同转向与旋流器外筒相切。

5.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于:所述入口管中至少各有一根用于输送不同类型原料。

6.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于:所述入口管中至少有两根分布在外筒的不同轴向位置，但不得位于出口处。