CN208432074U - 一种进口旋流器及喷动床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种进口旋流器及喷动床，包括喷动床主体，所述的喷动床主体的进口处安装有进口旋流器，所述的进口旋流器包括同轴设置的喷嘴内管和喷嘴外管，喷嘴内管和喷嘴外管之间形成环形通道，环形通道内均匀安装有多个旋流叶片，相邻两个旋流叶片之间形成旋流进气通道。本实用新型的喷动床相比较于传统喷动床，旋流器安装在喷动床进口处，增强喷动区与环隙区颗粒的径向运动，强化颗粒与喷射气体的动量、热量及质量传递过程。

Description

一种进口旋流器及喷动床

技术领域

本发涉及化工设备技术领域，具体涉及一种进口旋流器及喷动床。

背景技术

柱锥型喷动床是一种高效的气固接触器，已广泛地应用于化工生产领域的各种单元操作过程，例如，大颗粒物料的干燥、包衣、造粒、废橡胶低温热解、以及溶液的干燥、粉碎，低品质煤的气化、燃煤烟气脱硫、垃圾焚烧烟气脱硫脱盐酸气体、二氧化碳的去除等。

喷动床的发展已有50多年，它有多种形式，其中应用最广泛、最典型的喷动床是柱锥型喷动床，其存在着明显的三区流动结构：稀相喷射区、密相环隙区及喷泉区。喷射区中颗粒被高速气体夹带而出，并与气体作顺流接触，而当颗粒由喷泉区回落到环隙区后，缓慢下移的同时与环隙区内的气体作逆流接触，即喷动床的介质颗粒具有明显的内外分层流动特点。但对于细小颗粒的处理，此喷动床也存在一些不足之处：环隙区、特别是喷动床锥体区颗粒运动缓慢，颗粒出现聚团、结节甚至出现流动死区，环隙区与喷射区颗粒、气体缺乏径向混合，进而影响和降低了喷动床的整体物料处理效率及化学反应速率。

发明内容

针对上述现有喷动床技术中的不足，本发明的目的在于提供一种喷动床，解决现有技术中的喷动床由于出现流动死区、缺乏径向混合等原因所产生的物料处理效率及化学反应速率不理想的技术问题。

本发明的另一个目的在于，提供一种进口旋流器，为上述喷动床提供相配套的旋流器。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种喷动床，包括喷动床主体，所述的喷动床主体的进口处安装有进口旋流器，所述的进口旋流器包括同轴设置的喷嘴内管和喷嘴外管，喷嘴内管和喷嘴外管之间形成环形通道，环形通道内均匀安装有多个旋流叶片，相邻两个旋流叶片之间形成旋流进气通道；

本发明还具有如下区别技术特征：

优选的，所述的喷嘴内管的外径记为D₂，所述的喷嘴外管的内径记为 D₁，D₂/D₁＝0.4～0.5，D₁＝19mm，所述的喷嘴内管的高度为50mm。

优选的，所述的旋流叶片采用宽度为6.4mm，厚度为1mm的板材加工成单头螺旋的叶片，板材长度方向的中心轴线的螺旋升角为45°，旋流叶片的高度与喷嘴内管的高度相等。

优选的，所述的旋流叶片的个数为8个，所述的旋流叶片在环形通道中的倾斜角度能够调整，与竖直方向的调整夹角为30°。

优选的，所述喷动床主体的高度记为H，喷动床主体的直径记为D₃， H＝750mm，D₃＝152mm；所述的喷动床主体为倒柱锥型喷动床，所述的喷动床主体进口处的倒锥结构的顶角记为θ，θ＝60°。

本发明还保护一种进口旋流器包括同轴设置的喷嘴内管和喷嘴外管，喷嘴内管和喷嘴外管之间形成环形通道，环形通道内均匀安装有多个旋流叶片，相邻两个旋流叶片之间形成旋流进气通道；

优选的，所述的喷嘴内管的外径记为D₂，所述的喷嘴外管的内径记为 D₁，D₂/D₁＝0.4～0.5，D₁＝19mm，所述的喷嘴内管的高度为50mm。

优选的，所述的旋流叶片采用宽度为6.4mm，厚度为1mm的板材加工成单头螺旋的叶片，板材长度方向的中心轴线的螺旋升角为45°，旋流叶片的高度与喷嘴内管的高度相等。

优选的，所述的旋流叶片的个数为8个，所述的旋流叶片在环形通道中的倾斜角度能够调整，与竖直方向的调整夹角为30°。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明的喷动床相比较于传统喷动床，旋流器安装在喷动床进口处，增强喷动区与环隙区颗粒的径向运动，强化颗粒与喷射气体的动量、热量及质量传递过程。

(Ⅱ)本发明的旋流器结构简单，而且使用操作方便；本发明旋流器使气体与颗粒迅速接触，提高喷动床的整体物料处理能力。

附图说明

图1为本发明喷动床主体剖面结构示意图；

图2为本发明进口旋流器横截面结构示意图；

图3为本发明进口旋流器整体结构透视示意图；

图4为本发明喷动床结构参数取值示意图；

图5为喷动床在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m， H＝0.15m处，实施例1和对照组的气体湍动能随径向的变化关系图；

图6为喷动床的气体湍动能纵截面云图(左为实施例1，右为对照组)；

图7为喷动床在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m， H＝0.15m处，实施例1和对照组的颗粒径向速度随径向的变化关系对比图；

图8为喷动床的颗粒径向速度纵截面云图(左为实施例1，右为对照组)；

图9为喷动床在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m， H＝0.15m处，实施例1和对照组的颗粒拟温度随径向的变化关系对比图；

图10为喷动床的颗粒拟温度纵截面云图(左为实施例1，右为对照组)；

图11为喷动床在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m， H＝0.15m处，实施例1及对照组的颗粒拟温度横截面分布云图。

注:图6，8，10，11为对数标尺，是为了使云图颜色区分更加明显。

图中各个标号的含义为：1-喷动床主体、21-喷嘴内管(21)、22-喷嘴外管、3-环形通道、4-旋流叶片。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

流体旋转流动作为一种二次流强化传热技术，因其能够以较小的阻力获取较大的强化传热效果而成为强化换热的研究热点之一，其强化传热的基本机理如下：工作时，流体在旋流器的导流作用下形成强烈的旋转运动，在旋流叶片的导向作用下将流体以螺旋状形式送出，产生相当高的诱导比，使流体以一定的角度冲刷固体壁面，强烈的流体扰动加强了流体与壁面之间流体边界层及动量传递与传热。这就是旋流器传热强化的基本原理。基于流体旋转流强化流动运动原理，本发明将通过气体旋流来实现细小颗粒的径向运动，破坏喷动床环隙区、圆锥区的细小颗粒聚积，从而起到强化喷动床内颗粒与流体的混合过程。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种进口旋流器，如图2和3所示，包括同轴设置的喷嘴内管和喷嘴外管，喷嘴内管和喷嘴外管之间形成环形通道，环形通道内均匀安装有多个旋流叶片，相邻两个旋流叶片之间形成旋流进气通道。

作为本实施例的一种优选方案，进口旋流器采用金属或有机玻璃板制成。

作为本实施例的一种优选方案，喷嘴内管的外径记为D₂，所述的喷嘴外管的内径记为D₁，D₂/D₁＝0.5，D₁＝19mm，所述的喷嘴内管的高度为50mm。

作为本实施例的一种优选方案，旋流叶片4采用宽度为6.4mm，厚度为 1mm的板材加工成单头螺旋的叶片，板材长度方向的中心轴线的螺旋升角为45°，旋流叶片4的高度与喷嘴内管21的高度相等。

作为本实施例的一种优选方案，优选的，旋流叶片的个数为8个，旋流叶片在环形通道中的倾斜角度能够调整，与竖直方向的调整夹角为30°。作为本实施例的最优选方案，以旋流叶片在环形通道中的倾斜角度为30°做相关的模拟试验。

具体的，旋流叶片四顶点分别与所述环形通道两端面圆环无间隙连接。这样既能够保证旋流器具有足够的布置尺寸及影响空间，有能够避免旋流器结构影响和破坏喷动床环隙区内流体的流动。

实施例2：

本实施例给出一种喷动床，如图1至3所示，包括喷动床主体，所述的喷动床主体的进口处安装有进口旋流器，所述的进口旋流器采用实施例1 中所述的进口旋流器。

作为本实施例的一种优选方案，喷动床主体的高度记为H，喷动床主体的直径记为D₃，H＝750mm，D₃＝152mm；所述的喷动床主体为倒柱锥型喷动床，所述的喷动床主体进口处的倒锥结构的顶角记为θ，θ＝60°。

性能测试：

数值模拟的计算参数及边界条件如表1、表2所示。

表1 喷动床几何尺寸及数值模拟参数设置

模型参数	参数值	模型参数	参数值
				柱体直径	152mm	入口直径	19mm
全床高度	750mm	静止床高	325mm
				椎体角度	60°	颗粒直径	1.41mm
颗粒密度	2503kg/m<sup>3</sup>	颗粒内摩擦角	28.5°
				颗粒最大体积分数	0.59	颗粒最大摩擦体积分数	0.588
颗粒恢复系数	0.9	操作压力	0.1mpa
				气体密度	1.225kg/m<sup>3</sup>	气体粘度	1.7894×10<sup>-5</sup>Pa·s
时间步长	2×10<sup>-5</sup>s	计算收敛标准	1×10<sup>-4</sup>

表2 模型边界条件设置

工作时，具有一定压力的高速气体从进口旋流器进入喷动床，在旋流器内形成强烈的旋转运动，利用出风的旋转，将空气以螺旋状送出进入喷动床床身，与颗粒迅速接触，随着气体向上运动进入喷射区，实现气体、颗粒的有效混合，并不断上升，进入到喷泉区，然后在重力的影响下，物料沿喷动床壁面进入环隙区内，并在环隙区内缓慢下降，最后由于重力作用，颗粒物料回到喷动床底端后再次被进口气体带入喷射区实现新的物料循环，如此不断循环，实现动态干燥或化学反应。

对照组：本对比例除不安装本发明的进口旋流器外，喷动床床身、其他参数及实验条件同实施例2。

通过数值模拟研究可知，进口旋流器对喷动床内的流动影响效果如下：

1、在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m，H＝0.15m(喷动床环隙区)处，实施例1和对比例1的气体湍动能随径向的变化关系图。

由图4，图5可以发现，有旋流器情况下气体的湍动能分布随径向成波形变化，且整体大于无旋流器情况。气体湍动能的增加有利于强化气体与流体的相互混合，强化气体、颗粒的流动与混合。

2、在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m，H＝0.15m(喷动床环隙区)处，实施例1和对比例1的颗粒径向速度随径向的变化关系对比图。

图6，图7中表明，进口旋流气体能够在一定的程度上增加颗粒的径向速度，增加颗粒的整体湍动强度，从而强化颗粒与流体之间的传递过程。

3、在三个截面高度a、b、c，分别为H＝0.05m，H＝0.10m，H＝0.15m(喷动床环隙区)处，实施例1和对比例1的颗粒拟温度分布云图。

图8，图9，图10可以看到，在旋流气体的作用下，中心区域颗粒拟温度明显高于无旋流气体作用下的中心区域颗粒拟温度。表明进口旋流气体能够在一定的程度上起到强化颗粒与流体之间传递的作用。

综上所述，本发明的旋流器位于喷动床进口区域，保证了旋流器结构不影响喷动床的整体喷动效果，保证了产生的螺旋气流能够有效增强气固两相的混合,同时保证旋流器在喷动床内的合理安装尺寸，这样能够通过螺旋上升的气流有效地带动颗粒的流动。

应用本发明的旋流器尤其适用于整体结构为三维柱锥型喷动床，可以有效地增强喷射区与环隙区内气体、颗粒的充分混合，增强喷动区与环隙区颗粒的径向运动，强化环隙区颗粒与喷射气体的动量、热量及质量传递过程，突破传统喷动床的局限性，提高了喷动床的整体效率和生产能力。

进口旋流气体能够有效强化喷动床内的整体气固两相传递过程，提高喷动床的整体效率。

Claims (9)

1.一种喷动床，包括喷动床主体(1)，其特征在于，所述的喷动床主体(1)的进口处安装有进口旋流器，所述的进口旋流器包括同轴设置的喷嘴内管(21)和喷嘴外管(22)，喷嘴内管和喷嘴外管之间形成环形通道(3)，环形通道内均匀安装有多个旋流叶片(4)，相邻两个旋流叶片之间形成旋流进气通道。

2.如权利要求1所述的喷动床，其特征在于，所述的喷嘴内管(21)的外径记为D₂，所述的喷嘴外管(22)的内径记为D₁，D₂/D₁＝0.4～0.5，D₁＝19mm，所述的喷嘴内管(21)的高度为50mm。

3.如权利要求1所述的喷动床，其特征在于，所述的旋流叶片(4)采用宽度为6.4mm，厚度为1mm的板材加工成单头螺旋的叶片，板材长度方向的中心轴线的螺旋升角为45°，旋流叶片(4)的高度与喷嘴内管(21)的高度相等。

4.如权利要求3所述的喷动床，其特征在于，所述的旋流叶片(4)的个数为8个；所述的旋流叶片(4)在环形通道(3)中的倾斜角度能够调整，与竖直方向的调整夹角为30°。

5.如权利要求1所述的喷动床，其特征在于，所述喷动床主体(1)的高度记为H，喷动床主体(1)的直径记为D₃，H＝750mm，D₃＝152mm；喷动床主体(1)为倒柱锥型喷动床，喷动床主体进口处的倒锥结构的顶角记为θ，θ＝60°。

6.一种进口旋流器，其特征在于，包括同轴设置的喷嘴内管(21)和喷嘴外管(22)，喷嘴内管(21)和喷嘴外管(22)之间形成环形通道(3)，环形通道(3)内均匀安装有多个旋流叶片(4)，相邻两个旋流叶片(4)之间形成旋流进气通道。

7.如权利要求6所述的进口旋流器，其特征在于，所述的喷嘴内管(21)的外径记为D₂，所述的喷嘴外管(22)的内径记为D₁，D₂/D₁＝0.4～0.5，D₁＝19mm，所述的喷嘴内管(21)的高度为50mm。

8.如权利要求6所述的进口旋流器，其特征在于，所述的旋流叶片(4)采用宽度为6.4mm，厚度为1mm的板材加工成单头螺旋的叶片，板材长度方向的中心轴线的螺旋升角为45°，旋流叶片(4)的高度与喷嘴内管(21)的高度相等。

9.如权利要求6所述的进口旋流器，其特征在于，所述的旋流叶片(4)的个数为8个；所述的旋流叶片(4)在环形通道(3)中的倾斜角度能够调整，与竖直方向的调整夹角为30°。