CN211659741U - 一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，包括主管道，所述主管道设置有支管，所述主管道上对应支管的位置设置有环形腔体；所述环形腔体内壁上周向均匀连接多个内伸管；所述环形腔体内壁上周向分布多个流通孔；所述环形腔体通过腔体内壁上多个流通孔和内伸管与主管道内部连通。本实用新型的优点在于，改善了流体截面的速度分布和介质在主管道截面上的浓度分布，使注入介质在管壁面附近和管中心位置都能与主介质充分混合。内伸管对流体造成的扰动也有利于介质的混合。能在较短的距离内，达到较好的混合效果，并且压降增加较小，成本低。特别适合管道直径较大，要求混合压降小，混合距离短的情况。
Description
技术领域
本实用新型属于物料液液和气气混合器技术领域，具体涉及一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器。
背景技术
管道混合器主要应用在流程工业中，使两种或多种流体在管道内流过时，通过某一构件或混合元件的作用，达到均匀混合的目的。现有的管道混合器，主要由三个部分构成：主介质的主管道、注入介质的支管管道和混合器。其原理是，当两种或两种以上流体在主介质的主管道中混合，并流经混合器时，通过混合器的作用，将两种或两种以上介质进行较为充分的混合。但是，现有技术存在的问题和缺点主要如下：当管道混合器距离下游需要达到完全均匀混合状态的操作单元距离较短时，混合器结构较为复杂，阻力较大。当主介质的主管道较粗时，注入介质不容易在加入截面上均匀分布，注入介质如果想分散到中心位置，需要消耗的能量较多。注入介质流速较低时，注入介质容易靠近主介质管道壁面流动，在较短距离内达到好的混合效果更加困难。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，实现以下发明目的：
（1）能在较短的距离内，达到较好的混合效果；
（2）对主介质管道造成的压降较小；
（3）主管道较粗时，注入介质流速较慢时，也能获得较好的混合效果。
为解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：
一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，包括主管道，所述主管道设置有支管，所述主管道上对应支管的位置设置有环形腔体；所述环形腔体内壁上周向均匀连接多个内伸管；所述环形腔体内壁上周向分布多个流通孔；所述环形腔体通过腔体内壁上多个流通孔和内伸管与主管道内部连通。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述环形腔体在主管道内部或主管道外部。
所述环形腔体的纵截面是多边形、梯形、圆弧形或流线型；所述环形腔体的纵截面面积不小于支管流通面积的二分之一。
所述梯形的底角为6°~75°之间。
所述内伸管的数量为1至8根，优选为大于3根；
所述内伸管一端连接到环形腔体（3）内壁上，另一端位于主管道的管道中心位置，距离主管道中心距离为主管道半径的0.1~0.9倍。
所述内伸管的直径小于支管直径的1/m，m为内伸管的个数；
所述内伸管自由端位于距离主管道中心3/4管道半径的区域内。
所述流通孔的个数大于3个，可以为一排或者多排排布；
每排的流通孔是周向均匀分布的；
所述流通孔的直径大于支管直径的1/（n+1），小于支管直径的1/2，n为流通孔的个数；
所述流通孔直径为5~50mm。
所述流通孔的个数与每个流通孔的面积的乘积不大于支管的管道截面积。
所述主管道加入环形腔体后最小流通面积不能小于主管道的质量流量除以2*ρ*ΔP的开方，其中ρ为流体密度，ΔP为允许压降。
混合器主流体流经的最小流通面积M满足以下公式：
ρ为流体密度，Q为流体质量流量，ΔP为允许压降， QUOTE 
为流量系数，推荐
0.8-1.0；
所述环形腔体将支管的流体分散到主管道四周；所述支管的流体通过环形腔体上的流通孔进入主管道内部，支管中的流体与主管道流体在主管道近壁面处进行混合；支管中的流体通过内伸管到达主管道的中心位置，在中心部位与主管道的流体进行混合。
本实用新型在物料混合位置增加一个环形腔体，腔体上设有多个流通孔，两股流体混合的初始范围扩大，改善了流体截面的速度分布和介质在主管道截面上的浓度分布。
进一步的，腔体上还设置有内伸管，一方面针对不同区域的流动特性，合理的分配了注入介质在壁面与管道中心位置的加入量，使注入介质在管壁面附近和管中心位置都能与主介质充分混合；另一方面内伸管能对流体造成扰动，容易产生更多小尺度的涡，湍流不仅增加动量输运，还增加运动物质热输运，混合物质量等对流输运，利于介质的混合，能在较短的距离内，达到较好的混合效果，并且压降增加较小，成本低。特别适合管道直径较大，要求混合压降小，混合距离短的情况。
本实用新型所述含多孔环形腔体和内伸管的混合器在合成三甲硫基丙醛的应用，甲硫醇由支管入口进入混合器的环形腔体，通过流通孔和内伸管分散进入主管道内部，在管壁四周和管道中心与循环母液充分混合。混合器主流体进口的直径为200-1500mm，环形腔体内圆直径为主管直径的0.5~0.9倍。环形腔体的截面是梯形，梯形的底角为6°~75°之间。四周均匀分布大于3根内伸管，内伸管自由一端距离主管道中心距离为主管道半径的0.1~0.9倍。夹套上均匀分布两排流通孔，流通孔直径为5~50mm；经过2m的管道，混合程度达到97-98%。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
（1）本实用新型的优点在于，在两股物料混合位置增加了一个环形腔体，腔体上还有多个流通管道，改变了注入介质只从一个或两个进口进入的情况。注入介质通过流通管道从四周与主介质进行混合，混合初始范围扩大，并且改善了两股流体在管道壁面的混合情况，破坏了混合流体的边界层，改善了流体截面的速度分布，提高了混合效果，同时在混合之前能提前进行热交换，避免过热介质在管道中汽化。
（2）注入介质通过内伸管进入主管道中心位置，改善了注入介质在主管道截面上的浓度分布，使注入介质不止在管壁面附近与主介质混合，在管中心位置也能与主介质充分混合。内伸管对流体造成的扰动也有利于介质的混合。优化了注入介质的初始分布，所以能在能在较短的距离内，达到较好的混合效果，经过2m的管道，混合程度达到97-98%。
（3）内伸管直径相对插入管直径小很多，对主介质管道造成的压降较小，整体压降为3-4.5kpa。
（4）主管道较粗时，注入介质流速较慢时，也能获得较好的混合效果，所以特别适合管道直径较大，要求混合压降小，混合距离短的情况。
（5）此混合器制造成本低，能在现有管道上直接改装，不用增加较长的混合器，改装方便。
附图说明
图1为本实用新型实施例1实施例1所述含有环形腔体和内伸管混合器的示意图。
图2为本实用新型实施例1所述含有环形腔体和内伸管混合器俯视图。
图3为本实用新型实施例2所述含有环形腔体和内伸管混合器的示意图。
图4为本实用新型实施例2所述含有环形腔体和内伸管混合器俯视图。
其中
1—主管道，2—支管，3—环形腔体，4—内伸管，5—流通孔。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，应该理解的是，本实用新型不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本实用新型可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本实用新型并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1一种含有环形腔体和内伸管混合器
所述含有环形腔体和内伸管混合器的结构如图1所示：
所述混合器包括主管道1；
所述主管道1设置有支管2，所述主管道1上对应支管2的位置设置有环形腔体3；
所述环形腔体3位于主管道1的内部；
所述环形腔体3内壁上周向均匀连接4根内伸管4，内伸管4的直径为40mm，内伸管4自由一端距离主管道1中心距离为100mm。
所述环形腔体3内壁上周向分布72个流通孔5，
所述流通孔5分两排排布，每排流通孔5是呈周向均匀分布的，流通孔5的直径为10mm。
所述环形腔体3通过腔体内壁上多个流通孔5和内伸管4与主管道1内部连通。
所述主管道1进口的直径为450mm，环形腔体3的内圆直径为390mm，环形腔体3沿主管道1的总长度为313mm。
所述环形腔体3纵截面是等腰梯形，梯形的底角为30°。
为检验含有环形腔体3和内伸管4的混合器的混合效果，对混合器进行了CFD模拟。
主流体从主管道1通入，循环流量为1000m3/h，甲硫醇由支管2入口进入混合器的环形腔体3，支管2流量为100m3/h，通过流通孔5和内伸管4分散进入主管道1内部，在主管道1管壁四周和管道中心与主流体充分混合。
模拟结果显示，增加环形腔体3和内伸管4的混合器，主管道1内整体压降为4.5KPa，经过该混合器混合后，经过2m的主管道1，混合程度达到98%。
混合程度是管道截面上组分的浓度分布的指标。
实施例2一种含有环形腔体和内伸管混合器
所述含有环形腔体3和内伸管4的混合器的结构如图3所示：
所述混合器包括主管道1；
所述主管道1设置有支管2，所述主管道1上对应支管2的位置设置有环形腔体3；
所述环形腔体3位于主管道1的外部；
所述环形腔体3内壁上有多个内伸管4深入主管道1中心位置；所述环形腔体3通过腔体内壁上多个流通孔5和内伸管4与主管道1内部连通。
环形腔体3内壁上周向均匀连接4根内伸管，内伸管4直径为38mm，内伸管4自由一端距离主管道1中心距离为90mm。
所述环形腔体3内壁上周向分布68个流通孔5，分两排排布，每排的流通孔5是周向均匀分布的，流通孔5的直径为9mm。
所述主管道1进口的直径为450mm，环形腔体3外圆直径为500mm，环形腔体3沿主管道1的总长度为290mm。环形腔体3纵截面是半圆形。
为检验含有环形腔体3和内伸管4混合器的混合效果，对混合器进行了CFD模拟。主流体进入主管道1，循环流量为1000m3/h时，甲硫醇由支管2入口进入混合器的环形腔体3，支管2流量为100m3/h，通过流通孔5和内伸管4分散进入主管道1内部，在主管道1管壁四周和管道中心与主流体充分混合；
模拟结果显示，增加环形腔体3和内伸管4的混合器，整体压降为3KPa，经过2m的管道，混合程度达到97%。
作为比较，对现有的SK型管道混合器进行了实验。支管2甲硫醇加入后，经过3m的SK静态混合器，不存在环形腔室，主管、支管管径相同。经测定，压降为8.5KPa，混合程度为91%，比本实用新型的混合程度低，且压降大。本实用新型在较小的压降下能达到较好的混合效果，节约了动力消耗，有利于环保。
综上所述，本实用新型提供了一种含有环形腔体3和内伸管4的混合器，改变了原来混合器只从一个或者两个口进入混合器的方式。两股流体混合的初始范围扩大，改善了两股流体在管道壁面的混合情况，破坏了混合流体的边界层，改善了流体截面的速度分布。改善了注入介质在主管道截面上的浓度分布，使注入介质不止在管壁面附近与主介质混合，在管中心位置也能与主介质充分混合。内伸管对流体造成的扰动也有利于介质的混合。能在较短的距离内，达到较好的混合效果，并且压降增加较小。特别适合管道直径较大，要求混合压降小，混合距离短的情况。此混合器制造成本低，能在现有管道上直接改装，不用增加较长的混合器，改装方便。
本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本实用新型的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。
Claims (8)
1.一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：包括主管道（1），所述主管道（1）设置有支管（2），所述主管道（1）上对应支管（2）的位置设置有环形腔体（3）；所述环形腔体（3）内壁上周向均匀连接多个内伸管（4）；所述环形腔体（3）内壁上周向分布多个流通孔（5）；所述环形腔体（3）通过腔体内壁上多个流通孔（5）和内伸管（4）与主管道（1）内部连通。
2.根据权利要求1所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：所述环形腔体（3）在主管道（1）内部或主管道（1）外部。
3.根据权利要求1所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：
所述环形腔体（3）的纵截面是多边形、梯形、圆弧形或流线型；所述环形腔体（3）的纵截面面积不小于支管（2）流通面积的二分之一。
4.根据权利要求2所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：
所述内伸管（4）的数量为1至8根，内伸管（4）一端连接到环形腔体（3）内壁上，另一端位于主管道（1）的管道中心位置，距离主管道中心距离为主管道半径的0.1~0.9倍。
5.根据权利要求4所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：
所述内伸管（4）的直径小于支管（2）直径的1/m，m为内伸管（4）的个数；
所述内伸管（4）自由端位于距离主管道（1）中心3/4管道半径的区域内。
6.根据权利要求2所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：
所述流通孔（5）的个数大于3个，可以为一排或者多排排布；
每排的流通孔是周向均匀分布的；
所述流通孔（5）的直径大于支管（2）直径的1/（n+1），小于支管（2）直径的1/2，n为流通孔（5）的个数；
所述流通孔（5）的个数与每个流通孔（5）的面积的乘积不大于支管（2）的管道截面积。
7.根据权利要求1所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：
所述主管道（1）加入环形腔体（3）后最小流通面积不能小于主管道（1）的质量流量除以2*ρ*ΔP的开方，其中ρ为流体密度，ΔP为允许压降。
8.根据权利要求1所述的一种含多孔环形腔体和内伸管的混合器，其特征在于：所述环形腔体（3）将支管（2）的流体分散到主管道（1）四周；所述支管（2）的流体通过环形腔体（3）上的流通孔（5）进入主管道（1）内部，支管（2）中的流体与主管道（1）流体在主管道（1）近壁面处进行混合；支管（2）中的流体通过内伸管（4）到达主管道（1）的中心位置，在中心部位与主管道（1）的流体进行混合。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114669211A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-28 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种顺流引入流体的文丘里混合器 |
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- 2019-12-30 CN CN201922434356.7U patent/CN211659741U/zh active Active
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| CN114669211A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-28 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种顺流引入流体的文丘里混合器 |
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