CN1920469A - 可强化传质与传热的管式流体扰动装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
可强化传质与传热的管式流体扰动装置及其操作方法，涉及一种工业生产中的流体物料扰动而强化传热与传质的装置及操作过程，该装置包括流体输入管线、流体扰流管和流体出口管线；操作方法为：①待扰动物料经流体输入管线进入流体扰流管入口，达到需要的扰动时间或扰动程度后，由流体出口管线流出；②流体扰流管外的夹套内通入加热或冷却介质，同扰动管内流体进行热量交换；③流体扰流管内为芯管，芯管内可通入加热或冷却介质，同流体扰流管内流体进行热量交换。本发明可应用于流体间只发生物理过程的场合，也可应用于流体间发生化学反应过程的场合，具有节能效果好、占地面积小、扰动效果明显、效率高、操作简单等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业生产中的流体物料扰动而强化传热与传质的装置及操作过程，特别是涉及一种液—液扰动和气一液扰动装置及扰动操作过程。
背景技术
扰动是使一种或一种以上不同物质或不同状态的流体的质点互相分散而达到质量和温度趋于均匀的操作。对两种或两种以上流体进行扰动也称混合。通过扰动而使流体质量和温度达到均匀的操作，在工业生产中应用广泛，其中包括在石油、化工、医药、农药、染料、油漆等行业中的反应、传热、精馏、吸收、萃取、乳化等生产过程。工业上实现流体扰动的最典型操作有搅拌扰动和喷射扰动等。搅拌扰动为人们普遍采用，其使用历史较长，使用经验丰富。但搅拌扰动结构复杂，一般投资较高，占地面积大，能耗高。喷射扰动是使流体高速流动通过喷嘴时出现湍动而实现扰动。喷射扰动操作弹性小，无法在较宽的产量范围进行操作。由于喷射扰动是流体湍动而实现的，因而能量消耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投资少、节能效果好、占地面积小、扰动效果明显、效率高、操作简单，流体在管道内边流动边实现扰动的新型扰动装置和操作万法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
管式流体扰动装置，包括流体输入管线、流体扰流管和流体出口管线，在流体输入管线和流体出口管线之间设置至少一个流体扰流管；流体输入管线与流体扰流管入口端相连，流体出口管线与流体扰流管的出口端相连；流体输入管线和流体出口管线间设置多个流体扰流管时，相邻两个流体扰流管之间采用对接或采用连接管连接，连接方式为固接。
如上所述的流体扰流管内设有扰流元件，如扰流片；扰流管内同一截面上可布置一组数量为n(n＝1～500)的扰流片或；扰流片或为左旋式或右旋式；一组扰流片的旋向相同或不同设置；扰流片间的夹角为α＝0～360°；流体扰流管内沿轴向可设置多组扰流片，相邻两组扰流片沿圆周方向错开β＝0～180°角度布置；相邻两组扰流片沿轴向首尾相连，也可保持一定距离。
如上所述的流片直接设置于流体扰流管内，也可将扰流片直接或通过连接件固设在芯轴上后，再固设在流体扰流管内；芯轴可为实心轴或空心轴。
如上所述的流体扰流管的内径为：Di＝5～2000mm，芯轴的外径为do＝0～500mm，扰流片的宽度为0～(Di-do)，扰流片或的长度为0.5～4倍扰流片宽度。
如上所述的流体扰流管内不设置芯轴；扰流片可部分或全部用对流体起扰动作用的扰流元件代替。
如上所述的流体扰流管外侧可设置夹套或不设置夹套；当设置夹套时，流体扰流管外壁与夹套管内壁形成的空间设置对流体起扰动作用的扰流元件；当芯轴为空心轴即为芯管时，根据需要，芯管内设置扰流元件。
如上所述的流体扰流管内、流体扰流管外壁与夹套管内壁形成的空间内及芯管内设置的扰流元件为可对流体起扰动作用的物体，可是柱状、管状、片状、曲面状、带状、螺旋状、市售的化工填料和静态混合元件，也可是柱状、管状、片状、曲面状、带状、螺旋状、市售的化工填料和静态混合元件的组合。
如上所述的流体扰流管与连接管为垂直、水平或倾斜设置，也可垂直、水平、倾斜组合设置；用于流体间只发生物理过程的场合，或用于流体间发生化学反应过程的场合。
如上所述的流体在管式流体扰动装置内流动所需的推动力由泵、位差、压强差或压缩气体提供。
管式流体扰动装置的操作方法，其操作过程为：①待扰动物料M1、M2......Mm-1、Mm(m＝1～10)经流体输入管线进入流体扰流管入口并依次流经扰流片或扰流元件时，被迫产生阻割、扭曲、置换、变形、分散、合并，达到需要的扰动时间或扰动程度后，由流体出口管线流出；②流体扰流管外侧若设置夹套时，夹套内通入加热或冷却介质，同扰动管内流体进行热量交换；③流体扰流管内若设置的芯轴为芯管，根据需要芯管内可通入加热或冷却介质，同流体扰流管内流体进行热量交换。
本发明的优点与效果是：
1.设备投资少，同搅拌扰动及喷射扰动相比可节省设备投资1/3～1/2；
2.装置占地面积小，易于布置；
3.无运动构件，不易出现故障，可增加生产有效时间；
4.系统全封闭，无泄漏，可减少环境污染，改善生产条件，特别适合于易燃易爆有毒介质的扰动；
5.物料在管内为层流流动，亦可实现强烈扰动，能量消耗低；
6.操作弹性大，可稳定地在较宽流量范围内操作；
7.管式流体扰动装置可应用于流体间只发生物理过程的场合，也可应用于流体间发生化学反应过程的场合。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明的第二种实施例结构示意图；
图3是无夹套的流体扰流管的轴向剖面图；
图4是无夹套的流体扰流管横向剖面图；
图5是右旋扰流片结构示意图；
图6是左旋扰流片结构示意图。
具体实施方式
实施例一
管式流体扰动装置，包括带有三个流体入口的流体输入管线1，四根流体扰流管2，三段连接管3，一段流体出口管线4，一根芯管7，三种流体经流体输入管线1进入流体扰流管2，每根流体扰流管2长度3m，公称直径200mm，内设芯管7公称直径为25mm，内部设置的扰流片5或6为每组3片，同一组扰流片间的夹角为α＝120°，相邻两组扰流片错开β＝60°布置，扰流片宽度为80mm，长度为100mm。
具体安装方式：
带有三个流体入口的流体输入管线1与流体扰流管2的入口端由法兰连接；四段流体扰流管2与三段连接管3用法兰连接垂直布置；流体扰流管2内设置芯管7；芯管7上固设扰流片5、6，扰流片组与组之间首尾相接；流体扰流管2的出口与物料出口管线4用法兰连接，构成流体扰动装置。该装置可对三种流体进行扰动操作。
实施例二
实施例二与实施例一基本相同，不同之处是：流体输入管线1上带有二个流体入口，装置对二种流体进行扰动操作。
实施例三
实施例三与实施例一基本相同，不同之处是流体扰流管2内部设置的扰流片5或6为每组4片，同一组扰流片间的夹角α＝90°，相邻两组扰流片错开β＝45°布置。流体扰流管外设置夹套，扰流管2与夹套管间不设置扰流元件。
实施例四
流体扰动装置，包括带有三个流体入口的流体输入管线1，六段流体扰流管2，两段连接管3，一段流体出口管线4，三种流体经流体输入管线1进入流体扰流管2。每根流体扰流管2的长度为3m，公称直径为150mm，内设芯轴7公称直径为25mm。内部设置的扰流片5或6每组3片，同一组扰流片间的夹角为α＝120°，相邻两组扰流片间错开β＝60°布置，扰流片宽度60mm，长度60mm。
具体安装方式：
带有三个流体入口的流体输入管线1与流体扰流管2的入口用法兰连接，每两根流体扰流管2用法兰连接组成一组。三组流体扰流管组与两段连接管3用法兰连接水平布置。流体扰流管内设置芯轴7，扰流片5、6经连接片连接在扰流芯轴7上，扰流片组与组之间首尾间距30mm。物料出口管线4与流体扰流管2的出口用法兰连接，构成流体扰动装置，该装置可对三种流体进行扰动操作。
实施例五
实施例五与实施例四基本相同，不同之处是流体输入管线1带有两个流体入口，每根流体扰流管2的长度为5m，公称直径为500mm，内设芯管7公称直径为100mm。扰流片宽度200mm，长度300mm。流体扰流管2外设夹套，外夹套和芯管7通加热或冷却介质，扰流管2与夹套管间设置螺旋状扰流元件。
实施例六
实施例六与实施例五基本相同，不同之处在于流体扰流管2外不设夹套。
实施例七
流体扰动装置，包括带有两个流体入口的流体输入管线1，四根流体扰流管2，一段流体出口管线4，两种流体经流体输入管线1进入流体扰流管2。流体扰流管2的长度为2m，公称直径为125mm，内设芯管7公称直径25mm，内部设置的扰流片5或6为每组3片，同一组扰流片间的夹角为α＝120°，相邻两组扰流片间错开β＝60°布置，扰流片宽52mm，长60mm。
具体安装方式：
流体输入管线1与流体扰流管2的入口用法兰连接。四根流体扰流管2用法兰连接在一起，水平布置，其出口与物料出口管线4用法兰连接，构成流体扰动装置，可对两种流体进行扰动。
实施例八
实施例八与实施例七基本相同，不同之处是四根流体扰动管2外面设有外夹套，用法兰连接在一起垂直布置。
实施例九
实施例九与实施例七基本相同，不同之处是三根流体扰流管2用法兰连接在一起与水平成45°角布置。
实施例十
实施例十与实施例七基本相同，不同之处是流体扰流管内无芯管(或芯轴7)，用化工填料代替流体扰流管2内的扰流片5、6。
Claims (10)
1.管式流体扰动装置，包括流体输入管线、流体扰流管和流体出口管线，其特征在于在流体输入管线(1)和流体出口管线(4)之间设置至少一个流体扰流管(2)；流体输入管线(1)与流体扰流管(2)入口端相连，流体出口管线(4)与流体扰流管(2)的出口端相连；流体输入管线(1)和流体出口管线(4)间设置多个流体扰流管(2)时，相邻两个流体扰流管(2)之间采用对接或采用连接管(3)连接，连接方式为固接。
2.根据权利要求1所述的管式流体扰动装置，其特征在于流体扰流管(2)内设有扰流元件，如扰流片；扰流管(2)内同一截面上可布置一组数量为n(n＝1～500)的扰流片(5)或(6)；扰流片(5)或(6)为左旋式或右旋式；一组扰流片的旋向相同或不同设置；扰流片间的夹角为α＝0～360°；流体扰流管(2)内沿轴向可设置多组扰流片(5)、(6)，相邻两组扰流片沿圆周方向错开β＝0～180°角度布置；相邻两组扰流片沿轴向首尾相连，也可保持一定距离。
3.根据权利要求1、2所述的管式流体扰流装置，其特征在于扰流片(5)、(6)直接设置于流体扰流管(2)内，也可将扰流片(5)、(6)直接或通过连接件固设在芯轴(7)上后，再固设在流体扰流管(2)内；芯轴(7)可为实心轴或空心轴。
4.根据权利要求1、2、3所述的管式流体扰动装置，其特征在于：流体扰流管(2)的内径为：Di＝5～2000mm，芯轴(7)的外径为do＝0～500mm，扰流片(5)或(6)的宽度为0～(Di-do)，扰流片(5)或(6)的长度为0.5～4倍扰流片宽度。
5.根据权利要求1、2、3所述的管式流体扰动装置，其特征在于流体扰流管(2)内不设置芯轴(7)；扰流片(5)、(6)可部分或全部用对流体起扰动作用的扰流元件代替。
6.根据权利要求1所述的管式流体扰动装置，其特征在于流体扰流管(2)外侧可设置夹套或不设置夹套；当设置夹套时，流体扰流管(2)外壁与夹套管内壁形成的空间设置对流体起扰动作用的扰流元件；当芯轴(7)为空心轴即为芯管时，根据需要，芯管内设置扰流元件。
7.根据权利要求5和6所述的管式流体扰动装置，其特征在于流体扰流管(2)内、流体扰流管(2)外壁与夹套管内壁形成的空间内及芯管内设置的扰流元件为可对流体起扰动作用的物体，可是柱状、管状、片状、曲面状、带状、螺旋状、市售的化工填料和静态混合元件，也可是柱状、管状、片状、曲面状、带状、螺旋状、市售的化工填料和静态混合元件的组合。
8.根据权利要求1所述的管式流体扰动装置，其特征在于流体扰流管(2)与连接管(3)为垂直、水平或倾斜设置，也可垂直、水平、倾斜组合设置；用于流体间只发生物理过程的场合，或用于流体间发生化学反应过程的场合。
9.根据权利要求1所述的管式流体扰动装置，其特征在于流体在管式流体扰动装置内流动所需的推动力由泵、位差、压强差或压缩气体提供。
10.管式流体扰动装置的操作方法，其特征在于：①待扰动物料M1、M2......Mm-1、Mm(m＝1～10)经流体输入管线(1)进入流体扰流管(2)入口并依次流经扰流片或扰流元件时，被迫产生阻割、扭曲、置换、变形、分散、合并，达到需要的扰动时间或扰动程度后，由流体出口管线(4)流出；②流体扰流管(2)外侧若设置夹套时，夹套内通入加热或冷却介质，同扰动管内流体进行热量交换；③流体扰流管(2)内若设置的芯轴(7)为芯管，根据需要芯管内可通入加热或冷却介质，同流体扰流管(2)内流体进行热量交换。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081015 |