CN113000005A - 双向喷射器 - Google Patents
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Abstract
一种高效双向喷射器，用于A、B两流体混合暨反应，含同轴线的外管和内管，外管分为缩径段、喉管段、扩径段，喉管壁开喷缝或均布多个喷孔b1，外设夹套；内管伸进夹套喉管，其管壁开喷缝或均布多个喷孔b2；内管和喉管间为射流区。A进外管，高速流经射流区，B分为B1、B2两股，B1进夹套，射流B1穿过喉管壁喷缝b1或诸喷孔b1，高速喷入射流区；B2进内管，射流B2穿过内管壁喷缝b2或诸喷孔b2，高速喷入射流区。A、B在射流区内剧烈碰撞、混合、反应，混合效率显著高于传统喷射器。
Description
技术领域
本发明涉及化工设备领域，涉及喷射混合暨反应器。
背景技术
喷射器是常用的流体混合暨反应设备，喷射器喉管开狭缝或均布若干小孔，流体A沿轴向高速流经喉管，流体B从喉管外夹层高速穿过狭缝或诸小孔喷入喉管，A、B剧烈撞击，传递动量、热量和质量，混合，反应。喷射器体积小，效率高，结构简单，无传动构件，密封性好，应用广泛。
对于一些超快速过程，现有喷射器性能仍嫌不足：B如从狭缝360°全方位均布入喉管，周向匀化好，但喉管截面外环富B，中央富A，径向不匀；B如从诸小孔喷入喉管，在一定程度降低了径向不匀，但B射流中心线附近富B，两相邻射流之间的扇形区域贫B，周向不匀。在喷入截面下游，湍流扩散可逐渐减少上述周向不匀或径向不匀，但往往不能充分满足超快过程需要。随着喷射器流量加大，喉管直径增加，相邻两小孔距离扩大，径向和周向不匀更严重，喷射器单线产能受限。
针对上述问题，发明人发明了双向喷射器。
发明内容
一种双向喷射器，用于A、B两流体混合暨反应，A、B可皆为液体或气体，或一种液体，另一种为气体。双向喷射器含同轴线的外管和内管，外管分为缩径段、喉管段、扩径段，喉管壁开喷缝b1或均布n1个喷孔b1，外设夹套；内管伸进喉管，其管壁开喷缝b2或均布n2个喷孔b2，n1和n2为大于2的整数,内管和喉管间为射流区。流体A进外管，高速流经射流区，流体B分为B1、B2两股，B1进喉管夹套，穿过喉管壁喷缝b1或诸喷孔b1，高速喷入射流区；B2进内管，穿过管壁喷缝b2或诸喷孔b2，高速喷入射流区。A、B在射流区内剧烈碰撞、混合、反应，混合流体C经扩径段出喷射器。喷射器后可接立交盘(专利号ZL03156621.9)静态混合器，进一步混合、反应；B1和B2两股流体流量可相等或不等，优选B1＞B2，以降低射流区外环和内环A、B差异。喷孔b1和喷孔b2直径可相同或不同，优选b1直径＞b2直径，以满足B1＞B2。所述喷缝或喷孔尺寸精准。喷孔截面可为圆、方或其它形状。为避免喷孔磨蚀，可采用陶瓷喷嘴镶嵌于喉管及内管。
根据具体的工艺任务，喷孔有多种设置方案：
径向交错喷射：喷孔b1和喷孔b2中心线在垂直于喷射器轴线的平面上，通过截面圆心，喷孔b1和喷孔b2周向角度相差
射流B1和射流B2交错排列；
径向对撞喷射：喷孔b1和喷孔b2中心线在垂直于喷射器轴线的平面上，通过截面圆心，喷孔b1和喷孔b2周向角度相同，射流B1和射流B2对撞；
非径向斜喷：喷孔b1和喷孔b2中心线在垂直于喷射器轴线的平面上，不通过截面圆心，射流B1和射流B2斜喷，减少喷射截面周向不匀。斜喷时射流B1和射流B2可皆为顺(逆)时针，或分别为顺、逆时针。射流B1和射流B2皆为顺(逆)时针能带动射流区内流体旋转，促进混合。射流B1和射流B2分别为顺、逆时针时二者可以对撞或交错喷射。
射流B1和射流B2对撞时，同轴线撞击效果最优；径向交错喷射时，射流B1垂直撞击内管壁、射流B2撞击喉管壁效果最佳。如喷孔b1和喷孔b2中心线垂直于喷射器轴线，射流B1和射流B2从喷孔喷出后受上游A流体推压，方向会朝下游偏转。为此，喷孔b1和喷孔b2中心线可不垂直于喷射器轴线，射流B1和射流B2喷出方向指向上游，受A流体推压，最终射流B1垂直撞击内管壁，射流B2垂直撞击喉管壁。喷孔b1和喷孔b2中心线偏转角度可根据具体的喷射条件，经CFD计算或实验确定。
喷孔可多层排列，相邻两层喷孔数可相同，亦可不同；孔数相同时，相邻两层喷孔b1(b2)排列可一致，即下层喷孔b1(b2)中心线和上层喷孔b1(b2)中心线投影重合；也可交错，即下层喷孔b1(b2)中心线和上层喷孔b2(b1)中心线投影重合。
本发明提供的双向喷射器可用于三种流体混合及反应，即B1、B2为两种不同流体；喷孔b1和喷孔b2数也可不同。
外管和内管布置有多种方式，如：
1、外管带弯头，内管穿过该弯头与外管同轴线插入喉管；
2、外管为直管，内管从外管侧壁进入喷射器，经弯头与外管同轴线插入喉管；
3、A流体从切线方向进入喷射器，以螺旋方式流经射流区，强化混合。与传统喷射比较，双向喷射有以下优点：
1.射流区径向宽度小
传统喷射器混合截面为圆，直径d；双向喷射器射流区截面为圆环，外径D外，内径D内，D外＝kD内，两种喷射器射流区截面积相等时，
双向喷射区射流区径向宽度
双向喷射器大幅压缩射流区径向宽度，可降低射流穿透射流区截面所需动量，强化混合，提高设备单线产能。
2.径向交错喷射时，射流B1从喉管喷孔b1喷出，穿过射流区截面射向内管壁，撞击内管壁后反射，汇入两侧射流B2，射流B2从内管喷孔b2喷出，穿过射流区截面射向喉管壁，撞击喉管壁后反射，汇入两侧射流B1，两股反向高速射流间形成环流，强化混合；射流区截面径向宽度比较窄，射流B1携带较高动量撞击内管壁，射流B2携带较高动量撞击喉管壁，混合效果好。
3.径向对喷，射流B1和射流B2对撞，强化混合。
附图说明
图1是双向喷射器结构示意。1为外管，2为内管，3为缩径段、4为喉管段、5为扩径段，6为喉管夹套，b1为喉管射流孔，b2为内管射流孔，内管和喉管之间的区域为射流区；A为A流体入口，B1和B2为B流体入口，C为混合流体C出口。
图2是双向喷射器另一种结构示意。
图3是双向喷射器又一种结构，A流体从切线方向进入喷射器，以螺旋状态高速流经射流区,1为外管，2为内管，3为缩径段、4为喉管段、5为扩径段，6为喉管夹套，9为外管端板，b1为喉管射流孔，b2为内管射流孔，内管和喉管之间的区域为射流区；A为A流体入口，B1和B2为B流体入口，C为混合流体C出口。
图4-7是喷孔b1、喷孔b2排列型式及射流B1、B2方向示意：
图4为径向交错喷射；
图5为径向对撞喷射；
图6为斜向喷射，B1射流方向顺时针，B2射流方向逆时针；
图7为非径向斜喷射，B1、B2射流方向皆顺时针。
具体实施方式
本发明双向喷射器是通用设备，本节列举的具体应用领域不构成对本发明用于其它领域的限制。本节列举的具体应用领域可能采用不同结构的双向喷射器，本节列举的具体结构方式不构成对该领域应用本发明其它结构型式的限制。
实施例1氯气和丙烯制氯丙烯
预热的丙烯A从轴向高速流经喷射区，氯气B分为两股，B1进喉管夹套，射流B1穿过喉管壁诸喷孔b1高速喷入射流区，B2进内管，射流B2穿过内管壁诸喷孔b2高速喷入射流区，氯气和丙烯在射流区内剧烈碰撞、混合、反应。喷孔分为三层，每层喷孔b1和喷孔b2的中心线在垂直于外管轴线的平面内，通过截面圆心。喷孔b1和喷孔b2的中心线偏转
交替排列，下层喷孔b1(b2)的中心线和上层喷孔b2(b1)中心线周向角度相等。
实施例2环己酮肟和发烟硫酸混合重排制己内酰胺(循环液蓄热工艺)；
A为重排生成物经冷却降温并补加发烟硫酸的循环液，B为环己酮肟。A从轴向高速流经喷射区，B分为两股，B1进喉管夹套，射流B1穿过喉管壁诸喷孔b1高速喷入射流区，B2进内管，射流B2穿过内管壁诸喷孔b2高速喷入射流区，循环液和环己酮肟射流在射流区内剧烈碰撞、混合、反应。反应在绝热下进行，物料升温蓄贮反应热。从重排生成物C中抽出与投入的环己酮肟和发烟硫酸之和等质量的液流，经熟化、提纯生成己内酰胺，其余绝大部分重排生成物冷却后补加发烟硫酸组成流体A循环回射流器。
实施例3环己酮肟和发烟硫酸混合重排制己内酰胺(惰性溶剂蒸发撤热工艺)；
A为发烟硫酸，从轴向高速流经喷射区，B为环己酮肟溶于挥发性惰性溶剂(如正辛烷、环己烷等)的溶液，B分为两股，B1进喉管夹套，射流B1穿过喉管壁诸喷孔b1高速喷入射流区，B2进内管，射流B2穿过内管壁诸喷孔b2高速喷入射流区，喷孔b分为四层，每层喷孔b1和喷孔b2的中心线在垂直于外管轴线的平面内，通过截面圆心。喷孔b1和喷孔b2的中心线偏转
交替排列，下层喷孔b1(b2)的中心线和上层喷孔b2(b1)中心线周向角度相等。发烟硫酸和环己酮肟溶液在射流区内剧烈碰撞、混合、反应，反应在绝热下进行，挥发性惰性溶剂蒸发撤除反应热，通过喷射器压力严格控制反应温度。
实施例4环己酮肟重排制己内酰胺(循环液蓄热与惰性溶剂蒸发撤热组合工艺)
A为重排生成物冷却降温并补加发烟硫酸后之循环液，从轴向高速流经射流区，B为环己酮肟溶于挥发性惰性溶剂(如环己烷正辛烷等)的溶液，分为两股，B1进喉管夹套，射流B1穿过喉管壁诸喷孔b1高速喷入射流区，B2进内管，射流B2穿过内管壁诸喷孔b2高速喷入射流区，喷孔b1和喷孔b2中心线重合，射流B1和射流B2高速对撞，循环液A和环己酮肟B在射流区内剧烈碰撞、混合、反应。反应在绝热下进行，溶剂蒸发和物料升温组合撤除反应热。从重排产物中抽出与投入的环己酮肟加发烟硫酸之和等质量的液流，经熟化、提纯生成己内酰胺，绝大部分重排生成物冷却后补加发烟硫酸组成流体A循环回喷射器。
实施例5羟基乙腈氨化制亚胺基乙腈混合器
含助剂的羟基乙腈水溶液为A，从轴向高速流经喷射区；氨气、水蒸汽混合气体为B，分为两股，B1进喉管夹套，射流B1穿过喉管壁诸喷孔b1高速喷入射流区，B2进内管，射流B2穿过内管壁诸喷孔b2高速喷入射流区，喷孔b1和喷孔b2中心线重合，射流B1和射流B2高速对撞，液相A和气相B在射流区内剧烈碰撞、混合、反应。喷孔b分两层，每层径向交替排列，下层喷孔b1(b2)的中心线和上层喷孔b2(b1)中心线周向角度相等。
Claims (11)
1.一种双向喷射器，用于A、B两流体混合暨反应，其特征在于含同轴线的外管⑴和内管⑵，外管分为缩径段⑶、喉管段⑷、扩径段⑸，喉管壁开喷缝b1或均布n1个喷孔b1，喉管外设喉管夹套⑹；内管伸进喉管，其管壁开喷缝b2或均布n2个喷孔b2；n1、n2为大于2的整数,内管和喉管间为射流区，流体A进外管，高速流经射流区，流体B分为B1、B2两股，B1进喉管夹套，射流B1穿过喉管壁喷缝b1或诸喷孔b1，高速喷入射流区，B2进内管，射流B2穿过内管壁喷缝b2或诸喷孔b2，高速喷入射流区，A、B在射流区内剧烈碰撞、混合、反应，混合流体C经扩径段出喷射器。
2.根据权利要求1所述双向喷射器，其特征在于，所述n1＝n2。
3.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，径向交错喷射：喷孔b1和喷孔b2中心线在垂直于喷射器轴线的平面内并通过截面圆心，喷孔b1和喷孔b2周向角度相差
射流B1和射流B2交错排列。
4.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，径向对撞喷射：喷孔b1和喷孔b2中心线在垂直于喷射器轴线的平面内并通过截面圆心，喷孔b1和喷孔b2周向角度相同，射流B1和射流B2同轴线对撞。
5.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，非径向斜喷：喷孔b1和喷孔b2中心线在垂直于喷射器轴线的平面内，不通过截面圆心，射流B1和射流B2方向同为顺或逆时针或分别为顺、逆时针。
6.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，喷孔b1和喷孔b2中心线不垂直于喷射器轴线，射流B1和射流B2指向喷射器上游。
7.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，喷孔b1和喷孔b2多层排列，相邻两层喷孔b1，b2周向角度相同，即下层喷孔b1，b2中心线和上层喷孔b1，b2中心线投影重合。
8.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，喷孔b1和喷孔b2多层排列，相邻两层喷孔b1，b2周向角度交错，即下层喷孔b1，b2中心线和上层喷孔b2，b1中心线投影重合。
9.根据权利要求1或2所述双向喷射器，其特征在于，A流体从切线方向进入喷射器，以螺旋方式流经射流区。
10.根据权利要求1所述双向喷射器，其特征在于，喷射器出口C接立交盘静态混合器。
11.根据权利要求1所述双向喷射器，其特征在于，B1和B2为不同流体，所述喷射器用于三种流体混合暨反应。
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| CN115400591A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-29 | 山东高端化工研究院有限公司 | 一种气液喷射混合强化传质的脱硫醇碱液再生装置 |
| CN116272829A (zh) * | 2023-05-20 | 2023-06-23 | 唐山偶联硅业有限公司 | 一种喷射反应器 |
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