CN205252567U - 一种具有快速混合功能的喷雾设备 - Google Patents

Abstract

一种具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，包括流体入口腔室(1)和喷嘴片(4)，在流体入口腔室(1)和喷嘴片(4)之间设置有旋转室(2)和导流片(3)。该混合设备可以实现不同物料在喷嘴中快速混合成型，改善产品质量。

Description

一种具有快速混合功能的喷雾设备

技术领域

本发明涉及一种制备微球状催化剂或助剂的喷雾设备。

背景技术

微球状催化剂或助剂一般通过喷雾干燥制备。典型的微球状催化剂或助剂的制备流程为，几种物料在混合装置例如搅拌釜中混合成均匀的催化剂或助剂浆液，然后通过流体输送泵输送到雾化装置雾化成雾滴，在干燥塔中干燥成型。一种雾化方式是压力式雾化，其通过高压泵将催化剂浆液或助剂浆液输送到压力式雾化喷嘴进行雾化，通过调节喷雾压力和喷嘴孔径可以调节喷雾干燥产品的平均粒径和粒度分布。由于压力式喷雾干燥具有产品颗粒均匀性较好，喷嘴清理容易的特点，广泛应用于微球状催化剂和助剂的制备，例如FCC催化剂由分子筛、高岭土和粘结剂在混合釜打浆均匀后经压力式喷雾干燥制备成具有一定粒度分布的微球状催化剂颗粒。

发明内容

本申请的发明人研究发现，将不同性质的原料通过混合釜混合后喷雾干燥，有些物料混合后喷雾干燥成型后得到的催化剂或助剂质量不好，例如氧化锌浆液和酸性氧化铝粘结剂在搅拌釜混合后喷雾干燥制成的产品磨损指数较差；氧化镁浆液和酸性氧化铝粘结剂在搅拌釜混合后喷雾干燥产品磨损指数较差；分子筛浆液和磷铝胶在搅拌釜混合后喷雾干燥产品磨损指数较差，孔体积容易波动，分子筛浆液和硅溶胶在搅拌釜混合后喷雾干燥产品磨损指数较差和孔体积不稳定。

针对以上技术问题，本发明的发明人提出了使原料浆液在喷嘴中快速混合喷雾干燥的技术方案，可以改善上述产品的耐磨性能，可以稳定诸如使用分子筛浆液和磷铝胶、分子筛浆液和硅溶胶得到的产品的孔体积，从而可以改善产品质量。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有快速混合功能的制备微球状催化剂或助剂的喷雾设备，该喷雾设备不仅能够实现雾化功能，而且具有快速混合功能。

本实用新型提供一种喷雾设备，包括流体入口腔室，旋转室，导流片，和喷嘴片，其中旋转室和导流片处于流体入口腔室和喷嘴片之间。

本实用新型中所述的上下游是指流体从流体入口腔室至喷嘴片在轴向的运动方向，相对而言，沿着轴向更为靠近流体入口腔室的位置为上游，相对更为远离流体入口腔室而更为靠近喷嘴片的位置为下游。如果图1所示，在入口腔室和喷嘴片之间，在轴向上不同的两个位置，左边位置为上游，右边位置为下游。

本实用新型提供的喷雾设备，包括至少两个旋转室，任意两个相邻的旋转室之间设置有一个导流片，所述的旋转室优选为2-9个；每个导流片的两侧各连接一个旋转室，所述的导流片优选为1-8个。不同的旋转室之间被导流片隔开，通过导流片上的导流孔连通。旋转室和导流片的个数可以根据被混合组分的粘度和所要求的混合效果确定，增加导流片和旋转室的个数有利于改善混合效果，高粘度的流体通常需要使用更多的旋转室和导流片以改善混合效果。旋转室最少为两个，导流片至少为一个；如果增加旋转室和导流片的个数，导流片和旋转室成对增加，导流片和旋转室在所述的喷雾设备中沿着轴向交替设置。通常，旋转室的个数比导流片的个数多一个。距离流体入口腔室最近的旋转室也称始端旋转室，距离流体入口腔室最远的旋转室即距离喷嘴片最近的旋转室也称为末端旋转室。

本实用新型提供的喷雾设备，所述的导流片为圆柱形薄片(简称圆片)，其底面(导流片圆柱体的底面，也称为导流片平面，与上游旋转室连接的底面称为导流片上游底面或上游平面，与下游旋转室连接的底面称为导流片下游底面或下游平面)，导流片开有贯通两个底面的开孔称为导流孔，以连通与其相邻的两个旋转室(与导流片直接相连接的两个旋转室)，使导流片上下游旋转室中的流体通过所述的导流孔从上游的旋转室进入下游的旋转室。任意一个导流片的上、下游底面各连接一个旋转室。

根据本实用新型提供的喷雾设备，通常所述的导流片的导流孔为圆孔，其横截面(垂直于导流孔中心线的截面)为圆形。导流孔的中心线相对于导流片的底面倾斜一定角度，即导流孔的中心线与导流片的底面不垂直。所述导流孔中心线与导流片上游平面的夹角(该夹角用β表示，如图3所示，称为导流孔的轴向引入角)为20-70°，优选30-60°。本实用新型对于导流片的导流孔在半径(过导流孔中心线和导流片上游平面交点以及导流片上游平面圆心的半径)方向上的角度没有特殊要求；优选情况下，导流孔中心线与导流片上游平面交点(如图3中的A点所示)与导流片上游平面圆心形成的线段(如图3中的OA所示)以及导流孔中心线在上游方向延长线上一点(如图3中的B点所示)在导流片上游平面上的投影(如图3的C点所示)与导流孔中心线与导流片上游平面交点形成的线段(如图3中的AC所示)之间的夹角(用α表示，如图3所示，本发明称为导流孔的径向引入角)为45～135°，优选为90～120°。

导流片上的导流孔的个数可以为一个或多个，优选为多个。当导流孔的个数为多个的时候，各个导流孔在导流片上互不相交；优选情况下，所述导流孔沿着圆周均匀分布。所述沿着圆周均匀分布是指导流片上游平面与各个导流孔的中心线的交点在同一圆周上，且在圆周上等间隔分布(在圆周上相邻的两个导流孔之间的距离相等)，各导流孔具有相同的切线方向(将各个导流孔旋转到同一位置，其中心线应当与同一条直线重合)，使流体通过各个导流孔进入导流片下游的旋转室沿着相同的方向旋转，例如均为顺时针旋转或者均为逆时针旋转。

优选情况下，本实用新型提供的喷雾设备，所述的导流片厚度为1-6mm，优选2-4mm；所述导流片上的导流孔直径为1-4mm，优选为2-3mm；所述导流片上的导流孔个数为2-8个，优选3-6个。

本实用新型提供的喷雾设备的导流片对进入旋转室的流体有分散和整流作用，可以使旋转室的流体分散后重新混合，并在导流片下游的旋转室中作旋转流动。

本实用新型提供的喷雾设备，包括多个旋转室，多个旋转室从流体入口腔室至喷嘴片出口依次排列，相邻的旋转室之间通过导流片连通。所述的旋转室为圆柱形空间和/或环形圆筒。各个旋转室的直径可以相同也可以不同，各个旋转室的高度可以相同也可以不同。优选的情况下，各个旋转室具有相同的直径。旋转室直径优选为10-30mm，更优选15-25mm；所述旋转室的长度优选为3-18mm，更优选5-10mm。

本实用新型提供的喷雾设备，通过流体入口管引入用于混合的流体。所述的流体入口管为多个，以引入至少两种不同的流体。

优选的情况下，所述的流体入口管均设置于流体入口腔室的侧壁，流体入口腔室为圆柱形，其一端底面封闭，设置端盖，另外一端端面与始端旋转室相连接。流体入口腔室的高度为流体入口腔室侧壁上具有流体入口的部分的高度，为从封闭端的底面至距离封闭端最远的流体入口的边缘的距离，流体入口腔室的直径优选与始端旋转室的直径相同。流体入口管沿流体入口腔室的切向与流体入口腔室相连，使流体沿着切线方向进入流体入口腔室。与流体入口腔室直接相连接的旋转室称为始端旋转室，旋转室为圆柱形空间或者为环形圆筒；始端旋转室下游底面连接导流片，导流片为具有多个斜孔(所述斜孔是指孔轴线与导流片平面不垂直)的圆片，该导流片下游底面与另外的旋转室相连；末端旋转室下游与喷嘴片相连。所述的喷雾设备可以根据所用流体数量设置有至少2个优选2-4个流体入口管，流体入口管沿切向与入口腔室相连；入口管的直径(内径)为2-6mm优选3-5mm。多个流体入口管沿着流体入口腔室侧壁的圆周均匀分布，优选在轴向位置相同，即不同流体入口管的轴线距离流体入口腔室同一端面的距离相同。

本实用新型提供的喷雾设备，使物料从流体入口管进入喷雾设备后，经过旋转室和导流片混合，再从喷嘴片的喷孔喷出。所述的喷嘴片包括喷嘴片入口锥体和喷孔，喷嘴片入口锥体(锥形空间)的底面与末端旋转室相连通，锥顶部与喷孔相连通。喷嘴片的喷孔直径为1-4mm，优选2-3mm；所述喷嘴片的喷孔长度为1-5mm，优选2-4mm；所述喷嘴片入口锥体的锥角为40-140°，优选60-120°。优选情况下，喷嘴片入口锥体的底面直径与末端旋转室的直径相同。

本实用新型提供的喷雾设备各部分可以制备成一个整体，也可以由各部分的分体组合而成。例如可以将喷嘴入口腔室和相邻的旋转室作为一体，也可以将导流片和其相邻的旋转室制成一体，或者分别制备喷嘴入口腔室部件、导流片部件、旋转室部件和喷嘴片部件，然后将这些部件按照需要组装在一起得到所述的喷雾设备。

本实用新型提供的喷雾设备适用于微球状组合物例如催化剂或助剂的生产。使用的时候，将用于形成喷雾干燥前浆液的各组分浆液分别由流体输送设备例如高压泵输送到喷雾设备的不同入口管中，经流体入口管由切向进入流体入口腔室中，浆液在流体入口腔室和旋转室因高速旋转而得到初步混合，初步混合后的浆液再经过导流片孔道重新分散，然后在旋转室中高速旋转而进一步混合均匀。高速旋转的混合均匀的浆液在喷孔处形成一环形液膜，环形液膜高速离开喷孔后扩大变薄，最后分裂成均匀的小雾滴，小雾滴干燥后成为微球状组合物颗粒例如催化剂或助剂颗粒。

本实用新型提供的喷雾设备具有快速混合功能和雾化功能，可用于制备微球状催化剂或助剂，各浆液组分混合速度快，混合效果好，雾化效果好，所制备的微球状催化剂或助剂的质量高。采用该喷雾设备制备的微球状催化剂或助剂的质量好，可改善某些组合物产品的耐磨损性能，例如使用硅溶胶和分子筛的裂化催化剂或助剂、使用酸化拟薄水铝石和氧化锌粉末制备的吸附剂的耐磨损性能。可以制备粒径分布符合要求的微球颗粒。使用本发明提供的喷嘴混合原料制备催化剂，可以稳定一些产品的孔体积例如使用硅溶胶和分子筛、分子筛和磷铝胶制备的催化剂的孔体积。

附图说明

图1为本发明提供的一种喷雾设备主视图(剖视图，剖面过所述喷雾设备的中心线)。其中1为流体入口腔室，12为流体入口管，2为旋转室，3为导流片，4为喷嘴片。流体入口腔室1处的虚线圆圈示意另外一个流体入口在轴向上的位置，对应于图2的1中的流体入口管122。导流片3的虚线示意导流孔(从导流片侧面看的视图的导流孔的不可见轮廓线)。

图2为本发明图1提供的喷雾设备部件的视图。其中1为喷雾设备入口腔室部件的左视图，121和122为流体入口管，2为旋转室部件的左视图，两个圆圈之间的部分21为旋转室壁；3为导流片部件的左视图，31为导流片边缘与旋转室壁接触的部分(虚线圆圈示意旋转室壁的内壁面与导流片的交线)，4为喷嘴片部件的左视图。

图3为导流片上导流孔的开孔角度示意图(立体图)。其中，平面OAC为导流片的上游平面，DO为导流片的轴线，O为导流片轴线与导流片上游平面的交点，A为导流孔中心线(轴线)与导流片上游表面的交点，AB为导流孔的中心线在上游方向的延长线(B为该线上的一点)，流体在导流孔中的流动方向为BA方向，AC为AB在导流片上游平面上的投影，α为∠OAC，α定义为导流孔的径向引入角，β为∠BAC，β定义为导流孔的轴向引入角。

具体实施方式

下面的实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此而限制本发明的内容。

下列实例中催化剂的磨损指数采用石油化工科学研究院企业标准Q/SH3360208-2012(催化裂化催化剂磨损指数的测定)方法测定。

实施例1

喷雾设备A的具体规格为：有2个流体入口管，在入口腔室侧壁上以入口腔室的轴线为对称轴对称分布，入口管沿切向与入口腔室相连；流体入口管直径为4.0mm；有4个旋转室，每个旋转室直径为18mm、长度为6mm；有3个导流片，每个导流片厚度2.5mm；每个导流片上的导流孔个数为6，均匀分布，每个导流孔直径2.0mm，导流孔中心线与导流片平面的夹角(轴向引入角β)为50°，径向引入角α为120°，导流孔中心线与导流片上游平面的交点与导流片轴线的距离为7mm。喷嘴片的喷孔直径为2.5mm，喷孔长度为3.0mm，喷嘴片入口锥体的锥角为90°。

将固含量30重量％的氧化镁与水形成的浆液(氧化镁的平均粒径为3.5微米，D90为15微米)和固含量12重量％的酸化拟薄水铝石浆液(盐酸酸化，HCl与氧化铝的摩尔比为0.15)，按1:2.5的质量流量比例由高压泵分别输送到快速混合喷雾设备A的两个入口混合喷雾，喷雾干燥后得到催化剂A1，分析催化剂A1的磨损指数为1.8。所得催化剂的平均粒径为72μm。

实施例2

喷雾设备B的具体规格为：有2个流体入口管，沿着入口腔室侧壁的圆周均匀分布，入口管沿入口腔室的切向与入口腔室相连；流体入口直径为4.0mm；有3个旋转室，每个旋转室直径均为18mm，每个旋转室的长度均为8mm；有2个导流片，每个导流片厚度均为3mm，每个导流片上的导流孔个数为4个，每个导流孔直径均为2.5mm，均匀分布，导流孔中心线与导流片平面的夹角(β角)为40°，α角为100°，导流孔中心线与导流片上游平面的交点距离导流片轴线的距离为7.5mm。。喷嘴片的喷孔直径为2.8mm，喷孔长度为2.5mm，喷嘴片入口锥体的锥角为100°。

将固含量30重量％的氧化镁浆液(氧化镁和水形成的浆液，平均粒径为3.5微米，D90为15微米)和固含量10重量％的酸化拟薄水铝石浆液(由拟薄水铝石、盐酸和水形成的浆液，HCl与氧化铝的摩尔比(即酸铝比)为0.15)，按1:3的质量流量比例由高压泵分别输送到快速混合喷雾设备B的两个入口混合喷雾。喷雾干燥后得到催化剂B1，分析催化剂B1的磨损指数为2.1。产品的平均粒径为71μm。

对比例1

将固含量30重量％的氧化镁浆液(氧化镁和水形成的浆液，平均粒径为3.5微米，粒径(直径)分布的D90为15微米)和固含量10重量％的酸化拟薄水铝石浆液(由拟薄水铝石、盐酸和水形成的浆液，HCl与氧化铝的摩尔比(即酸铝比)为0.15)，按1:3的质量比例混合，搅拌30分钟使混合均匀，然后将所得浆液由高压泵将混合浆液输送到常规雾化喷嘴(喷孔的直径为2.5mm)，喷雾干燥后得到催化剂C，分析催化剂C的磨损指数为5.8。产品的平均粒径为68μm。

Claims (18)

1.一种具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，包括流体入口腔室(1)和喷嘴片(4)，在流体入口腔室(1)和喷嘴片(4)之间设置有旋转室(2)和导流片(3)，流体入口腔室上设置至少两个流体入口管(12)。

2.根据权利要求1所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述的喷雾设备设置至少两个旋转室，任意两个相邻的旋转室之间设置有一个导流片以将所述的两个相邻的旋转室分隔开，所述导流片上设置导流孔以连通相邻的两个旋转室。

3.根据权利要求2所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述的旋转室为2-9个；所述的导流片为1-8个。

4.根据权利要求1～3任一项所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述的导流片为圆片，所述导流孔的中心线与导流片上游平面的夹角β为20-70°。

5.根据权利要求2所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，每个所述导流片上的导流孔个数为2-8个，导流孔在导流片平面上沿着圆周均匀分布。

6.根据权利要求5所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，每个所述导流片上的导流孔个数为3-6个。

7.根据权利要求4所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述导流孔中心线与导流片上游平面的夹角β为30-60°。

8.根据权利要求4所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述导流孔的径向引入角α为45～135°；所述的径向引入角为导流孔中心线在上游方向的延长线上的任一点在导流片上游平面的投影与导流孔中心线与导流片上游平面的交点的连线、以及导流孔中心线与导流片上游平面的交点与上游平面的圆心的连接线之间的夹角。

9.根据权利要求8所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述导流孔的径向引入角α为90～120°。

10.根据权利要求1所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述导流片厚度为1-6mm；所述导流片上的导流孔直径为1-4mm。

11.根据权利要求10所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述导流片厚度为2-4mm。

12.根据权利要求10或11所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述导流孔直径为2-3mm。

13.根据权利要求2所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述流体入口腔室(1)为圆柱状，流体入口腔室一端底面用端盖封闭，另外一端底面与始端旋转室相连通，所述的流体入口腔室(1)设置流体入口管(12)，所述的流体入口管(12)设置在流体入口腔室(1)的侧壁上。

14.根据权利要求13所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述的流体入口管(12)的个数为2-4个，沿着入口腔室的内壁圆周均匀分布，流体入口管沿切向与流体入口室相连，使引入流体入口腔室的流体进入流体入口腔室后沿着圆周方向旋转。

15.根据权利要求1、13或14所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，流体入口管的直径为2-6mm。

16.权利要求15所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，流体入口管的直径为3-5mm。

17.根据权利要求1所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述的旋转室为圆柱形，所述旋转室直径为10-30mm；所述旋转室的长度为3-18mm；所述喷嘴片包括喷孔和喷嘴片入口锥体，喷嘴片入口锥体的底面与末端旋转室连通，入口锥体的顶部与喷孔连通，喷孔直径为1-4mm；所述喷嘴片的喷孔长度为1-5mm；所述喷嘴片入口锥体的锥角为40-140°。

18.根据权利要求17所述的具有快速混合功能的喷雾设备，其特征在于，所述旋转室直径为15-25mm；所述旋转室的长度为5-10mm；所述喷孔直径为2-3mm；所述喷嘴片的喷孔长度为2-4mm；所述喷嘴片入口锥体的锥角为60-120°。