CN116688878A - 一种喷射紊流调温碳化塔及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷射紊流调温碳化塔及使用方法，碳化塔包括外壳体、同心设置在外壳体内的搅拌机构以及设置在外壳体外周的螺旋换热管，所述搅拌机构与设置在外壳体外部的驱动装置连接，通过驱动装置带动搅拌机构转动进行物料的混合，外壳体内部在搅拌机构四周设有紊流进气机构，通过紊流进气机构产生高能紊流流体，加速反应；本发明碳化塔的气体反应物通过紊流进气机构进入碳化塔内，与进入的固相和气相物料接触，形成紊流流体，配合第二导流叶轮的正反锯齿结构，产生的微泡在紊流流体中长大和爆炸，形成不断更新的反应表面，提升反应速率。
Description
技术领域
本发明涉及碳化塔技术领域，具体涉及一种喷射紊流调温碳化塔及使用方法。
背景技术
碳酸钙是用途极广的宝贵资源，现有技术中轻质碳酸钙生产用的生产制备需要用到碳化反应器，目前常用的碳化塔主要包括三类，即搅拌式碳化塔、连续喷雾碳化塔和超重力合成碳化塔。其中，搅拌式碳化塔也称釜式碳化法，是在持续搅拌的条件下通过控制反应温度、浓度、搅拌速度和反应时间等条件完成碳化反应，反应较均匀，目前国内生产厂家普遍采用这种设备，但是这种设备存在的缺点是搅拌时需要消耗大量的能量，操作复杂，二氧化碳吸收不充分，碳化时间长，影响生产效率。
发明内容
技术目的：针对现有碳化塔碳化时间长，效率较低的不足，本发明公开了一种能够给提升生产效率，保证碳化质量的喷射紊流调温碳化塔及使用方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种喷射紊流调温碳化塔，包括外壳体、同心设置在外壳体内的搅拌机构以及设置在外壳体外周的螺旋换热管，所述搅拌机构与设置在外壳体外部的驱动装置连接，通过驱动装置带动搅拌机构转动进行物料的混合，外壳体内部在搅拌机构四周设有紊流进气机构，通过紊流进气机构产生高能紊流流体，加速反应。
优选地，本发明的紊流进气机构包括进气主管，所述进气主管采用环形结构，水平设置在外壳体内，在进气主管下方沿垂直于进气主管方向设有若干进气支管，进气支管底部与外壳体底部固定，在进气支管上设有紊流喷嘴，气体通过进气主管进入进气支管，最后从紊流喷嘴进入外壳体，所述紊流喷嘴沿进气支管所在圆周的切线方向设置，形成与外壳体同心的进气流道。
优选地，本发明的进气支管在进气主管下方呈双层环形排布，外层进气支管上紊流喷嘴的方向与内层进气支管上紊流喷嘴方向相反，分别形成左旋与右旋的进气流道。
优选地，本发明的外壳体沿圆周方向在相邻的进气支管之间设置紊流挡板，所述紊流挡板采用折线型结构。
优选地，本发明的搅拌机构包括搅拌轴和沿搅拌轴长度方向自上向下设置第一导流叶轮和第二导流叶轮，第一导流叶轮的叶片为S型叶片，第二导流叶轮采用锯齿状叶片结构，紊流挡板位置与第二导流叶轮在竖直方向上对应。
优选地，本发明的第二导流叶轮叶片上的锯齿与叶片主体采用一体成型，所述锯齿包括曲率方向相一致第一曲面、第二曲面和第三曲面，第一曲面的曲率半径大于第二曲面和第三曲面的曲率半径，第二曲面和第三曲面相邻接，第一曲面的两侧边缘分别与第二曲面、第三曲面的边缘相邻接，第一曲面、第二曲面和第三曲面的下端交汇于一点，形成锯齿的尖端结构。
优选地，本发明的锯齿沿叶片的长度方向采用正反交替排布，锯齿的尖端向曲面的内侧倾斜，倾斜角度为25-40°。
本发明还提供一种喷射紊流调温碳化塔使用方法，使用上述的碳化塔，其特征在于，将物料通过外壳体的进料口送入，气体反应物通过进气主管进入，以切线紊流方式进入外壳体内；物料经过第一导流叶轮的搅拌，配合紊流进气形成紊流流体，紊流流体在第二导流叶轮的锯齿剪切下，形成不断更新的反应表面，快速进行反应。
优选地，本发明的气体反应物通过紊流喷嘴进入外壳体后，使进入外壳体的多相流体产生高动能紊流微泡，并使紊流微泡长大产生爆炸效应，流体反应物经过紊流挡板，形成旋涡状紊流内循环流体，持续进行反应。
有益效果：本发明提供的一种喷射紊流调温碳化塔具有如下有益效果：
1、本发明碳化塔的气体反应物通过紊流进气机构进入碳化塔内，与进入的固相和气相物料接触，形成紊流流体，产生的微泡在紊流流体中长大和爆炸，形成不断更新的反应表面，提升反应速率。
2、本发明的进气支管采用双层环形排布结构，外层与内层进气支管上的紊流喷嘴朝向不同，形成两层不同方向的紊流，形成正反两组涡流体，从而使塔内流体形成紊流状态，使物料充分接触反应，配合搅拌机构使反应能在多重条件下极速反应，减少了反应时间，提高了成生产效率和降低了生产成本。
3、本发明通过折线型结构的紊流挡板进行紊流流体的导向，使其与第二导流叶轮的锯齿接触，第二导流叶轮的正反锯齿结构，产生紊流状传动力，使物料形成迅速流动的内循环紊流流体，产生高动能、高剪切的微泡爆炸反应，紊流曲折的流道加剧了流体中固、液、气极薄和表面的更新，形成了高动能量紊流流动，从而使反应物质瞬间完成，加快了反应效率。
4、本发明第二导流叶轮的锯齿表面为曲面结构，并且第二曲面和第三曲面朝向不同，对于流体提供不同方向的推力，形成更佳的紊流效果。
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简单介绍。
图1为本发明碳化塔整体结构图；
图2为本发明第一导流叶轮结构图；
图3为本发明紊流喷嘴在外壳体排布示意图；
图4为本发明第二导流叶轮结构图；
图5为本发明第二导流叶轮锯齿结构图；
其中，1-外壳体、2-搅拌机构、3-螺旋换热管、4-驱动装置、5-进气主管、6-进气支管、7-紊流喷嘴、8-紊流挡板、9-搅拌轴、10-第一导流叶轮、11-第二导流叶轮、12-锯齿、13-第一曲面、14-第二曲面、15-第三曲面。
实施方式
下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图5所示为本发明所公开的一种喷射紊流调温碳化塔，包括外壳体1、同心设置在外壳体内的搅拌机构2以及设置在外壳体外周的螺旋换热管3，所述搅拌机构2与设置在外壳体1外部的驱动装置4连接，通过驱动装置4带动搅拌机构2转动进行物料的混合，外壳体1内部在搅拌机构2四周设有紊流进气机构，通过紊流进气机构产生高能紊流流体，加速反应。
在一个具体的实施例中，本发明的紊流进气机构包括进气主管5，所述进气主管5采用环形结构，水平设置在外壳体1内，在进气主管5下方沿垂直于进气主管5方向设有若干进气支管6，进气支管6底部与外壳体1底部固定，在进气支管6上设有紊流喷嘴7，气体通过进气主管5进入进气支管6，最后从紊流喷嘴7进入外壳体1，所述紊流喷嘴7沿进气支管6所在圆周的切线方向设置，形成与外壳体1同心的进气流道。
气体反应物通过紊流喷嘴7进入外壳体内，对物料进行扰动，形成高动能流体，并在内部形成微泡，微泡长大爆炸产生高动能的固、气、液泡膜碎片，形成不断更新的反应表面，持续进行反应。
为了提升进气产生的紊流效果，避免单一方向的进气在外壳体内形成规律的流动，影响反应速率，本发明的进气支管6在进气主管5下方呈双层环形排布，外层进气支管上紊流喷嘴7的方向与内层进气支管上紊流喷嘴7方向相反，分别形成左旋与右旋的进气流道，双层的反向进气结构使流体双向进行流动，从而更容易形成紊流，保证物料之间的充分接触以及反应效率。
本发明还在外壳体1沿圆周方向在相邻的进气支管6之间设置紊流挡板8，所述紊流挡板8采用折线型结构，通过折线型的紊流挡板8，曲折的流道加速流体表面的更新，形成了高动能量紊流流动，从而使反应物质瞬间完成，加快了反应效率。
本发明的搅拌机构包括搅拌轴9和沿搅拌轴9长度方向自上向下设置第一导流叶轮10和第二导流叶轮11，第一导流叶轮10的叶片为S型叶片，第二导流叶轮11采用锯齿状叶片结构，紊流挡板8位置与第二导流叶轮11在竖直方向上对应，第一导流叶轮用于对物料的混合并向下进行输送，第二导流叶轮11在搅拌的同时，对于物料进行剪切，并通过锯齿结构形成内循环紊流。
为提升紊流形成效果，同时提升设备的使用寿命，本发明的第二导流叶轮11叶片上的锯齿12与叶片主体采用一体成型，所述锯齿12包括曲率方向相一致第一曲面13、第二曲面14和第三曲面15，第一曲面13的曲率半径大于第二曲面14和第三曲面15的曲率半径，第二曲面14和第三曲面15相邻接，第一曲面13的两侧边缘分别与第二曲面14、第三曲面15的边缘相邻接，第一曲面13、第二曲面14和第三曲面15的下端交汇于一点，形成锯齿12的尖端结构，在第二导流叶轮11转动过程中，通过锯齿的曲面推动流体朝着与曲面对应的方向上进行流动，并且由于曲面的曲率存在，在搅拌轴转动时，产生紊流状传动力，可使气液微泡体产生多方位运动。使固液气微泡混合体形成迅速流动的内循环紊流流体，产生高动能、高剪切、微泡爆炸反应。
作为优选，本发明的锯齿12沿叶片的长度方向采用正反交替排布，相邻的锯齿对流体产生的推力均不一致，锯齿12的尖端向曲面的内侧倾斜，倾斜角度为25-40°。
碳化塔内的进气主管5通过贯穿外壳体1的管路与外部连通，气体反应物通过进气主管5进入，外壳体上端设有液体反应物入口管和晶型控制剂入口管，在两个入口管上均设有定量液位自动控制阀和质量流量密度仪及控制阀，控制液体反应物量，在外壳体上下侧壁上均设有液位计接口、外壳体侧壁上还设酸度仪接口、电导率仪接口、和温度仪上下接口，通过各接口连接对应的功能设备，配合紊流进气机构和搅拌机构进行碳化反应。
本发明还提供一种喷射紊流调温碳化塔使用方法，使用上述的碳化塔结构，将物料通过外壳体的进料口送入，气体反应物通过进气主管进入，以切线紊流方式进入外壳体内；物料经过第一导流叶轮的搅拌，配合紊流进气形成紊流流体，紊流流体在第二导流叶轮的锯齿剪切下，形成不断更新的反应表面，快速进行反应。
气体反应物通过紊流喷嘴进入外壳体后，使进入外壳体的多相流体产生高动能紊流微泡，并使紊流微泡长大产生爆炸效应，流体反应物经过紊流挡板，形成旋涡状紊流内循环流体，持续进行反应。
在本发明的实施例中，通过各物料入口向外壳体内投入物料，并启动加热装置通过螺旋换热管对外壳体进行加热，满足生成物反应温度条件，气体反应物在经过左、右旋紊流喷嘴组件后，多个均布的紊流喷嘴形成了微泡紊流流体，驱动装置带动两个导流叶轮转动，第二导流叶轮11的锯齿再一次对紊流微泡提供长大的动力，在紊流挡板旋涡力、剪切力、导流方向力的作用下，固体反应物、液体反应物和气体反应物同时在紊流状态下产生高能极薄冲击层碎片，同时由于紊流的存在，又第一、二导流叶轮的作用下，固液气混合体即产生高能紊流流体环境，第二导流叶轮11的正反锯齿结构产生高剪切力，使微泡流体按紊流方式产生高动能力场，同时得到高动能的微气泡迅速膨胀爆炸，产生高温高能的冲击波反应环境，产生更强的紊流场，因为第二导流叶轮11锯齿12的特殊形状的设置，使固气液快速流动下形成极限固液气膜，在高速剪切力和液体压力的作用下，在流经紊流挡板8的过程中，液体、固体、气体在次形成高能紊流流体和经第二导流叶轮11分散、破碎形成极大的、不断更新的固、液、气表面积的紊流流体，高动能紊流曲折的流道加剧了固、液、气体极薄和表面的更新。这样，在搅拌碳化塔内部形成了极好的传质与反应条件，同时由于固、液、气相通过第一和第二导流叶轮后可产生传质物体间的相对速度在7m/s~12m/s之间可控的紊流体，因此在高动能情况下固﹣液﹣气相高速反应，也使反应生成物速率可控，反应物从外壳体底部的物料出口排出；通过使用本发明的碳化塔结构，使得整个碳化塔内物质间反应迅速，避免了溶解率低及反应慢的问题，使碳化塔内固、液、气间能高速反应，提高了反应速率，减少了反应时间，提高了成生产效率和降低了生产成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，包括外壳体（1）、同心设置在外壳体（1）内的搅拌机构（2）以及设置在外壳体（1）外周的螺旋换热管（3），所述搅拌机构（2）与设置在外壳体（1）外部的驱动装置（4）连接，通过驱动装置（4）带动搅拌机构（2）转动进行物料的混合，外壳体（1）内部在搅拌机构（2）四周设有紊流进气机构，通过紊流进气机构产生高能紊流流体，加速反应。
2.根据权利要求1所述的一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，所述紊流进气机构包括进气主管（5），所述进气主管（5）采用环形结构，水平设置在外壳体（1）内，在进气主管（5）下方沿垂直于进气主管（5）方向设有若干进气支管（6），进气支管（6）底部与外壳体（1）底部固定，在进气支管（6）上设有紊流喷嘴（7），气体通过进气主管（5）进入进气支管（6），最后从紊流喷嘴（7）进入外壳体（1），所述紊流喷嘴（7）沿进气支管（6）所在圆周的切线方向设置，形成与外壳体（1）同心的进气流道。
3.根据权利要求2所述的一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，所述进气支管（6）在进气主管（5）下方呈双层环形排布，外层进气支管上紊流喷嘴（7）的方向与内层进气支管上紊流喷嘴（7）方向相反，分别形成左旋与右旋的进气流道。
4.根据权利要求2所述的一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，所述外壳体（1）沿圆周方向在相邻的进气支管（6）之间设置紊流挡板（8），所述紊流挡板（8）采用折线型结构。
5.根据权利要求4所述的一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，所述搅拌机构包括搅拌轴（9）和沿搅拌轴（9）长度方向自上向下设置第一导流叶轮（10）和第二导流叶轮（11），第一导流叶轮（10）的叶片为S型叶片，第二导流叶轮（11）采用锯齿状叶片结构，紊流挡板（8）位置与第二导流叶轮（11）在竖直方向上对应。
6.根据权利要求5所述的一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，所述第二导流叶轮（11）叶片上的锯齿（12）与叶片主体采用一体成型，所述锯齿（12）包括曲率方向相一致第一曲面（13）、第二曲面（14）和第三曲面（15），第一曲面（13）的曲率半径大于第二曲面（14）和第三曲面（15）的曲率半径，第二曲面（14）和第三曲面（15）相邻接，第一曲面（13）的两侧边缘分别与第二曲面（14）、第三曲面（15）的边缘相邻接，第一曲面（13）、第二曲面（14）和第三曲面（15）的下端交汇于一点，形成锯齿（12）的尖端结构。
7.根据权利要求6所述的一种喷射紊流调温碳化塔，其特征在于，所述锯齿（12）沿叶片的长度方向采用正反交替排布，锯齿（12）的尖端向曲面的内侧倾斜，倾斜角度为25-40°。
8.一种喷射紊流调温碳化塔使用方法，使用权利要求1-7任一所述的碳化塔，其特征在于，将物料通过外壳体的进料口送入，气体反应物通过进气主管进入，以切线紊流方式进入外壳体内；物料经过第一导流叶轮的搅拌，配合紊流进气形成紊流流体，紊流流体在第二导流叶轮的锯齿剪切下，形成不断更新的反应表面，快速进行反应。
9.根据权利要求8所述的一种喷射紊流调温碳化塔使用方法，其特征在于，气体反应物通过紊流喷嘴进入外壳体后，使进入外壳体的多相流体产生高动能紊流微泡，并使紊流微泡长大产生爆炸效应，流体反应物经过紊流挡板，形成旋涡状紊流内循环流体，持续进行反应。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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