用於流體進料的設備及其進料方法
2023-05-03 15:21:41
用於流體進料的設備及其進料方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於流體進料的設備及其進料方法，主要解決現有技術中返混較多、存在死區的問題。本發明通過採用一種用於流體進料的設備及其進料方法，流體經過設置於設備入口處的旋流導向器進入體積較大連續流動的全充滿流體的所述設備，使得流體主體形成沿進料方向繞所述設備中心軸螺旋推進的流動，設備內流體具有較為均勻的周向和軸向流速；所述旋流導向器結構至少包括進料管、導流管，導流管與進料管相連，導流管型式為內置旋流槽型、內置Z型或外置鉗型的技術方案較好地解決了上述問題，可用於具有較高雷諾數、化學性質活潑的液相流體物料進料中。
【專利說明】用於流體進料的設備及其進料方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於流體進料的設備及其進料方法，尤其適用於具有較高雷諾數、化學性質活潑的液相流體物料進料。
技術背景
[0002]石油、化工及醫藥行業所用到的工藝設備液體進料方式多種多樣，比較普遍採用的是流體經管道在設備入口連接處直接進料的方式，對於一般的工藝流體來說，此種進料方式最簡單直接而不會造成顯著地不利影響。對於在管道內具有較高雷諾數、化學性質活潑的液相流體物料，經管道連續進入體積較大的全充滿液體的管式反應器內進行近似平推流化學反應的情況，目前同樣採用了直接進料的進料方式，即管道內物料經入口直接進入設備。
[0003]對於此種直接進料方式，由於設備空間明顯大於管道尺寸，液體進入設備時流道空間會突然擴大，設備內主體流速與入口流速梯度很大，流體以射流形式進入，會形成「卷吸」現象，產生漩渦運動，返混程度較大，不利於需要在平推流的條件下反應物的反應生成期望產物。由於物料性質活潑，在返混的作用下，反應加速並引起局部過熱，在入口處的區域容易生成不希望得到的副產物，這類副產物多為多聚體及一些粘稠膠狀的物質，逐漸堆積後附著在反應器內壁上，影響產品質量的同時也會造成設備清洗的困難。
[0004]CN93216520.6涉及一種與空調機相配置的送風旋流導向器，包括一可配置於空調機送風口的框架，框架的內壁上配置有導向百葉，可使空調送風呈旋流狀態，從而減輕了局部吹風強度，且增加了與室內被調節空氣的混合，提高了熱交換。據測試，配置本實用新型的空調機比未配置前效率提高了 10?20%。但該實用新型無法應用液體進料。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中返混較多、存在死區的問題，提供一種新的用於流體進料的設備進料方法。該設備用於較高雷諾數、化學性質活潑的液相流體物料進料中，具有返混較小、基本不存在死區的優點。本發明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相適應的新的用於流體進料的設備進料方法。
[0006]為解決上述問題之一，本發明採用的技術方案如下:一種用於流體進料的設備，包括進料管、設有流體入口和出口的容器，其特徵在於在容器的流體入口處的內部或外部設置有旋流導向器，所述旋流導向器結構至少包括進料管、導流管，導流管與進料管相連，導流管型式為內置旋流槽型、內置Z型或外置鉗型。
[0007]上述技術方案中，優選地，所述導流管型式為內置旋流槽型時，旋流導向器結構包括進料管、旋流槽和擋板，進料管連接在容器入口，旋流槽沿進料管軸心呈對稱的螺旋分布設置，底部與入口封頭內壁連接；擋板覆蓋在旋流槽上方，與容器內壁面之間形成封閉的以進口為中心雙向旋流的空間，進料液體在旋流器內流向由垂直進入轉變為沿旋流槽圓周對稱兩端相反的方向垂直於容器橫截面切向流入容器，出料液體在容器內形成螺旋流動。[0008]上述技術方案中，更優選地，所述旋流槽的兩端流出口平面在沿中心軸對稱的同一條直徑面上，且流出方向垂直於容器橫截面。
[0009]上述技術方案中，更優選地，所述旋流槽外徑di與容器主體內徑Di比值在0.2?
0.8之間；所述旋流導向器旋流槽繞中心旋轉圈數η為I Sn <9。
[0010]上述技術方案中，更優選地，所述的旋流導向器旋流槽設置為流道寬度繞中心漸進擴大的形式，使得進料流體在導流槽內流速更好的完成初步的穩定降低，更有利於流體在容器內接近平推流螺旋流動。
[0011 ] 上述技術方案中，優選地，所述導流管型式為內置Z型時，旋流導向器包括進料管和導流管兩部分，進料管在容器入口內壁處連接入導流管對稱中心，導流管垂直於進料方向設置，兩個出口在平行管道的兩端垂直彎出，方向沿導流管中心對稱，並緊貼容器內壁。進料流體經此導流管將使流體軸向進入容器轉變為軸徑向進入容器，出料後在容器內形成螺旋流動。
[0012]上述技術方案中，更優選地，所述導流管垂直於進料段的長度L與容器內徑Di比值在0.2?0.8之間。
[0013]上述技術方案中，優選地，所述導流管型式為外置鉗型時，旋流導向器包括進料管和導流管兩部分，進料管在容器外經三通平分成至少兩路導流管進入容器，每個導流管沿容器軸心對稱進入，進料方向與容器主體軸向垂直，出口中心在同一容器徑向平面上但空間相錯，流體經導流管流出後在容器內形成螺旋推進運動。
[0014]上述技術方案中，更優選地，所述導流管的兩齣口中心與容器軸心垂直距離為
0.1D?0.4D之間。
[0015]為解決上述問題之二，本發明採用的技術方案如下:一種用於流體進料的設備的進料方法，流體經過設置於容器入口處的旋流導向器進入體積較大連續流動的全充滿流體的所述容器，使得流體主體形成沿進料方向繞所述容器中心軸螺旋推進的流動，容器內流體具有較為均勻的周向和軸向流速。
[0016]本發明提供了一種液體旋流進料的方法和設備，使得管道內高雷諾數的液相流體經旋流進料進入體積較大連續流動的全充滿液體的容器後進行沿進料方向的螺旋狀近似平推流動，此種流動方式同時具有周向和軸向的速度，可使得容器進料端液體流速下降梯度平緩穩定，有效的降低了剛進入容器的液體因突然的流道擴大而引起的渦流及返混運動，並減少了死區的產生，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明所述設備的示意圖。
[0018]圖2為本發明所述設備中內置旋流槽型導向器的側視圖。
[0019]圖3為本發明所述設備中內置旋流槽型導向器的俯視圖。
[0020]圖4為本發明所述設備中內置Z型導向器的側視圖。
[0021]圖5為本發明所述設備中內置Z型導向器的俯視圖。
[0022]圖6為本發明所述設備中外置鉗型導向器的側視圖。
[0023]圖7為本發明所述設備中外置鉗型導向器的俯視圖。
[0024]I為進料管；2為旋流導向器；3為容器；4為擋板。[0025]下面通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不僅限於本實施例。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。本實施例僅為了更清楚的說明本發明，而非限制本發明的保護範圍。
[0027]本發明以石油裂解碳五餾份分離裝置的碳五二聚反應器進料為實施例做進一步說明。[0028]由於碳五餾份中含有異戊二烯、間戊二烯和環戊二烯等化學性質活潑的雙烯烴，彼此間沸點相近，且相互間均能反應生成聚合物，從中分離出符合工業要求的純組分難度較高。用環戊二烯的熱二聚活性將其轉化為雙環戊二烯後再與其他雙烯烴進行分離，該過程在二聚反應器內進行。此反應為放熱反應，物料在低溫及較穩定的平推流條件下有利於熱二聚反應的進行，反應速度較慢，也因此該反應器體積較大。該反應器的進料流速較高，雷諾數大，直接進料的情況下，在反應器入口區域因突然擴大產生的渦流和返混嚴重，較易引起了雙烯烴自身及相互間的二聚、共聚、多聚等副反應的發生，使反應器汙垢增多，並粘壁現象嚴重。
[0029]將本發明的流體旋流進料方法及設施應用於碳五二聚反應器進料，在反應器入口處設置液體旋流導向器，根據所發明的方法，提供了如下三種【具體實施方式】。
[0030]【實施例1】
[0031]如圖1、2、3，旋流導向器為內置旋流槽型，旋流導向器由進料管1、旋流槽式旋流導向器2及擋板4組成，其中進料管內徑80mm，旋流槽寬度50mm，高度100mm，旋流槽下部焊接在反應器內壁上，蓋板覆蓋焊接在旋流槽上部，與設備內壁形成上下封閉的雙向旋流通道，兩個旋轉流道繞進料中心反向旋轉，沿半徑方向逐漸增加，各同時環繞I圈後至兩環形流道出口。出口在同一直徑平面上軸向對稱，使液體垂直於徑面方向沿旋流槽周向切出。反應器內徑1000mm,旋流導向器外徑460mm。
[0032]【實施例2】
[0033]如圖1、4、5，旋流導向器為內置Z型，旋流導向器由進料管I和導流管2兩部分組成，其中進料管內徑80mm，導流管內徑80mm，導流管垂直於進料管，並與反應器內壁緊密連接，出口管段在導流兩端垂直彎出100~200mm，方向沿導流管中心對稱。反應器內徑1000mm,導流管兩端距離500mm。
[0034]【實施例3】
[0035]如圖1、6、7，旋流導向器為外置鉗型，旋流導向器由進料管I和導流管2兩部分組成，其中進料管內徑80mm，導流管內徑80mm。進料管與導流管在反應器外由三通連接，導流管的兩支管沿反應器軸心對稱進入其封頭，進料方向與反應器主體軸向垂直，軸心在同一反應器徑向平面上但空間相錯。反應器內徑1000mm，導流管的兩齣口中心與設備軸心垂直距離為500mm。
[0036]為量化反映本發明及設施的效果，通過CFD模擬計算比較了在同一反應器內設置以上三種形式的旋流導向器、現有技術的常規直接進料、現有技術的進料口設置與旋流槽直徑相同擋板三種情況下反應器內流體的返混程度。
[0037]採用如下公式表達返混程度[0038]M=Vx-/V
[0039]式中，M代表流體返混程度，Vx-表示流體質點與主體流動方向相反的軸向分速度，V表示流體在反應器內的主體平均速度。
[0040]M值越趨近於O，返混程度越低。
[0041]以下為CFD模擬計算結果對比表:
[0042]
【權利要求】
1.一種用於流體進料的設備，包括進料管、設有流體入口和出口的容器，其特徵在於在容器的流體入口處的內部或外部設置有旋流導向器，所述旋流導向器結構至少包括進料管、導流管，導流管與進料管相連，導流管型式為內置旋流槽型、內置Z型或外置鉗型。
2.根據權利要求1所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述導流管型式為內置旋流槽型時，旋流導向器結構包括進料管、旋流槽和擋板，進料管連接在容器入口，旋流槽沿進料管軸心呈對稱的螺旋分布設置，底部與入口封頭內壁連接；擋板覆蓋在旋流槽上方，與容器內壁面之間形成封閉的以進口為中心雙向旋流的空間，進料液體在旋流器內流向由垂直進入轉變為沿旋流槽圓周對稱兩端相反的方向垂直於容器橫截面切向流入容器，出料液體在容器內形成螺旋流動。
3.根據權利要求2所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述旋流槽的兩端流出口平面在沿中心軸對稱的同一條直徑面上，且流出方向垂直於容器橫截面。
4.根據權利要求2所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述旋流槽外徑di與容器主體內徑Di比值在0.2?0.8之間；所述旋流導向器旋流槽繞中心旋轉圈數η為I < η < 9。
5.根據權利要求2所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述的旋流導向器旋流槽設置為流道寬度繞中心漸進擴大的形式，使得進料流體在導流槽內流速更好的完成初步的穩定降低，更有利於流體在容器內接近平推流螺旋流動。
6.根據權利要求1所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述導流管型式為內置Z型時，旋流導向器包括進料管和導流管兩部分，進料管在容器入口內壁處連接入導流管對稱中心，導流管垂直於進料方向設置，兩個出口在平行管道的兩端垂直彎出，方向沿導流管中心對稱，並緊貼容器內壁。進料流體經此導流管將使流體軸向進入容器轉變為軸徑向進入容器，出料後在容器內形成螺旋流動。
7.根據權利要求6所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述導流管垂直於進料段的長度L與設備內徑Di比值在0.2?0.8之間。
8.根據權利要求1所述用於流體進料的設備，其特徵在於所述導流管型式為外置鉗型時，旋流導向器包括進料管和導流管兩部分，進料管在容器外經三通平分成至少兩路導流管進入容器，每個導流管沿容器軸心對稱進入，進料方向與容器主體軸向垂直，出口中心在同一容器徑向平面上但空間相錯，流體經導流管流出後在容器內形成螺旋推進運動；所述導流管的兩齣口中心與容器軸心垂直距離為0.1D?0.4D之間。
9.權利要求1所述用於流體進料的設備的進料方法，流體經過設置於容器入口處的旋流導向器進入體積較大連續流動的全充滿流體的所述容器，使得流體主體形成沿進料方向繞所述容器中心軸螺旋推進的流動，容器內流體具有較為均勻的周向和軸向流速。
【文檔編號】B01J4/00GK103585931SQ201310561218
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】葛春方, 楊兆銀, 沙裕, 吳德榮, 鄭寧寧 申請人:中石化上海工程有限公司, 中石化煉化工程（集團）股份有限公司