單管多旋流體混合裝置及其混合操作方法
2023-04-27 06:05:16 1
專利名稱：單管多旋流體混合裝置及其混合操作方法
技術領域：
本發明涉及一種工業生產中的流體物料混合裝置及混合操作過程，具體涉及的是液-液混合和氣-液混合裝置及混合操作過程。
(二)技術背景混合是使兩種或兩種以上不同物質或不同狀態的物質在彼此之間互相分散而達到的均勻的操作過程。混合操作在工業生產中應用廣泛，其中包括在石油、化工、醫藥、農藥、染料、油漆等行業，而用於化學反應最為普遍。工業上實現混合的最典型操作是攪拌混合和噴射混合。攪拌混合為人們普遍採用，其使用歷史較長，使用經驗豐富。攪拌混合使用最多的場合是攪拌釜式反應器。攪拌混合結構複雜，一般投資較高，佔地面積大，能耗高。用於伴有熱量傳遞的反應過程時，傳熱面受到限制。為強化傳熱，在釜內裝有蛇管時。攪拌混合用於非常壓操作時，由於轉動軸的伸入，密封處容易洩漏，嚴重時造成停產，影響生產有效時間。攪拌混合用於連續反應時，一般需多釜串聯，操作控制複雜。目前見到的立式攪拌釜，雖攪拌軸安裝方式有所不同，但均為單軸攪拌。而噴射混合是使一種流體高速流動來抽吸另一種流體，兩種流體匯合後，發生碰撞出現湍動而實現混合。噴射混合操作彈性小，無法在較寬的產量範圍進行操作。由於噴射混合是流體相互碰撞出現湍動而實現混合，因而能量消耗大。另外，噴射洗滌容易使被混合物體出現乳化。
發明內容本發明的目的是提供一種投資少、節能效果好、佔地面積小、混合效率高、操作簡單，流體在管道內邊流動邊實現混合的新混合裝置和混合操作方法。
採用的技術方案是單管多旋流體混合裝置，包括至少一個單管多旋流體混合管及流體入口管線和出口管線。
採用多個單管多旋流體混合管時，相鄰二個單管多旋流體混合管之間對接，或通過聯結管連接。
在單管多旋流體混合管內固設有與管道相對靜止的可對流體產生切割、扭曲、置換、變形、分散、合併作用的螺旋片。
在單管多旋管式流體混合裝置的混合管內同一橫截面上可布置數量至少兩個螺旋片，螺旋片可為左旋式或右旋式，n個螺旋片為一組，一組螺旋片的旋向相同或任意設置，螺旋片間的夾角為α＝0-180°。
沿單管多旋流體混合管軸線方向，可固設多組螺旋片，若某一組螺旋片為左(右)旋，則相鄰組螺旋片為右(左)旋，組與組之間沿軸向可首尾相聯，也可保持一定距離。
上述單管多旋流體混合管內相鄰兩組螺旋片沿圓周錯開β＝0-90°角度布置。
上述單管多旋流體混合管內可固設芯軸，螺旋片可固設在芯軸上。
上述芯軸為實心，也可為空心。
上述芯軸為空心時，即為芯管時，根據需要芯管內可通入加熱或冷卻介質，與混合管內的流體進行熱量交換。
上述芯軸或芯管、螺旋片、混合管管體間無相對運動。
單管多旋流體混合管外側可設置夾套管，用於通入加熱或冷卻介質，同混合管內流體進行熱量交換。
單管多旋流體混合管，可單個使用，也可多個串聯或並聯使用，多個串聯或並聯使用時，可通過聯接管聯接，聯接方式可用焊接、螺紋聯接或法蘭聯接。
上述單管多旋流體混合管內也可不設芯軸，而上述的螺旋片可用其它對流體起切割、扭曲、置換、變形、分散、合併的內設化工填料和混合元件代替。
單管多旋流體混合裝置，可垂直布置、水平布置或傾斜布置，也可垂直、水平、傾斜組合布置。
上述芯軸外徑do為0-300mm。
上述單管多旋流體混合管內徑Di為10-1000mm。
上述單管多旋流體混合管長L為100-6000mm。
上述螺旋片的寬度應小於(Di-do)/2。
上述螺旋片的長度為0.5-4倍螺旋片寬度。
單管多旋流體混合裝置操作方法的技術要點是①待混合物料W1、W2……Wm-1、Wm經管線按比例進入單管多旋流體混合裝置入口；②各股物料進入單管多旋流體混合裝置依次流經螺旋片時，被迫旋轉並產生切割、扭曲、分散、合併、置換、變形，流經一定數量的螺旋片組後，便可達到需要的混合程度。③達到規定混合程度的物料由出口流出；④物料在單管多旋流體混合裝置內流動所需的推動力可由泵、位差或壓縮氣體等提供。
本發明具有如下優點1.設備投資少，同攪拌混合相比可節省設備投資1/3～1/2；2.裝置佔地面積小，易於布置；3.無運動構件，不易出現故障，可增加生產有效時間；4.系統全封閉，無洩漏，可減少環境汙染，改善生產條件，特別適合於易燃易爆有毒介質的混合；5.物料在管內為層流流動，亦可實現混合，能量消耗低；6.操作彈性大，可穩定地在較寬流量範圍內操作；7.單管多旋流體混合可應用於流體間只發生物理混合的場合，也可應用於流體間發生化學反應的場合的混合。
圖1是本發明的一種實施例的結構示意圖。
圖2是本發明的第二種實施例結構示意圖。
圖3是單管多旋流體混合管的軸向剖面圖。
圖4是單管旋流體混合管橫向剖面圖。
圖5是右旋螺旋片結構示意圖。
圖6是左旋螺旋片結構示意圖。
具體實施方式
實施例一單管多旋流體混合裝置，包括帶有三個流體入口的流體輸送管線1，四根單管多旋流體混合管2，三段聯接管3，一段混合流體出口管線4，一根芯管7，三種流體經流體輸送管線1進入單管多旋流體混合管2，每根單管多旋流體混合管2長度3m，公稱直徑200mm，內設芯管7直徑為32mm，內部設置的螺旋片5或6為每組3片，同一組螺旋片間的夾角為α＝120°，相鄰兩組螺旋片錯開β＝60°布置，螺旋片寬度為80mm，長度為100mm。
具體安裝方式帶有三個流體入口的流體輸送管線1與單管多旋流體混合管2的入口端由法蘭聯接；四根單管多旋流體混合管2用三段聯接管3用法蘭聯接垂直布置；單管多旋流體混合管2內設置芯管7；單管多旋流體混合管2內設置的螺旋片5、6，螺旋片組與組之間首尾相接；單管多旋流體混合管2的出口與混合物料出口管線4用法蘭聯接，構成單管多旋流體混合裝置。該裝置可對三種流體進行混合。
實施例二實施例二與實施例一基本相同，不同之處是流體輸送管線上帶有二個流體入口，裝置對二種流體進行混合。
實施例三實施例三與實施例一基本相同，不同之處是單管多旋流體混合管2內部設置的螺旋片5或6為每組4片，同一組螺旋片間的夾角α＝90°，相鄰兩組螺旋片錯開β＝45°布置。單管多旋流體混合管外設置夾套。
實施例四單管多旋流體混合裝置，包括帶有五個流體入口的流體輸送管線1，六根單管多旋流體混合管2，兩段聯接管3，一段流體出口管線4，三種流體經流體輸送管線1進入單管多旋流體混合管2。每根單管多旋混合管2的長度為3m，公稱直徑為150mm，內設芯軸7直徑為25mm。內部設置的螺旋片5或6每組3片，同一組螺旋片間的夾角為α＝120°，相鄰兩組螺旋片間錯開β＝60°布置，螺旋片寬度60mm，長度60mm。
具體安裝方式帶有五個流體入口的流體輸送管線1與單管多旋流體混合管2的入口用法蘭聯接，每兩根單管多旋流體混合管2用法蘭聯接組成一組。三組單管多旋流體混合管組與兩段聯接管3用法蘭聯接水平布置。單管多旋流體混合管內設置芯軸7，螺旋片組與組之間首尾間距30mm。混合物料出口管線4與單管多旋流體混合管2的出口用法蘭聯接，構成單管多旋流體混合裝置，該裝置可對五種流體進行混合。
實施例五實施例五與實施例四基本相同，不同之處是流體輸送管線1帶有兩個流體入口，每根單管多旋流體混合管2的長度為5m，公稱直徑為500mm，內設芯管7為100mm。螺旋片寬度200mm，長度300mm。單管多旋流體混合管2外設夾套，外夾套和芯管7通加熱或冷卻介質。
實施例六實施例六與實施例五基本相同，不同之處在於每根單管多旋流體混合管2的長度6m，公稱直徑為800mm，內為設芯管7為250mm，螺旋片5、6寬度270mm，長度為400mm。
實施例七單管多旋流體混合裝置，包括帶有兩個流體入口的流體輸送管線1，四根單管多旋流體混合管2，一段混合流體出口管線，兩種流體經流體輸送管線1進入單管多旋流體混合管2。每根單管多旋流體混合管2的長度為2m，公稱直徑為125mm，內設芯管7公稱直徑25mm，內部設置的螺旋片5或6為每組3片，同一組螺旋片間的夾角為α＝120°，相鄰兩組螺旋片間錯開β＝60°布置，螺旋片寬52mm，長60mm。
具體安裝方式流體輸入管線1與單管多旋流體混合管2的入口用法蘭聯接。兩根單管多旋流體混合管2用法蘭聯接在一起，水平布置，其出口與混合物料出口管線4用法蘭聯接，構成單管多旋流體混合裝置，可對兩種流體進行混合。
實施例八實施例八與實施例七基本相同，不同之處是四根單管多旋流體混合管2外面設有外夾套，用法蘭聯接在一起垂直布置。
實施例九實施例九與實施例七基本相同，不同之處是三根單管多旋流體混合管2用法蘭聯接在一起與水平成45°角布置。
實施例十實施例十與實施例七基本相同，不同之處是單管多旋流體混合管內無芯管(或芯軸)7，用化工填料代替單管多旋流體混合管2內的螺旋片5、6。
權利要求
1.單管多旋流體混合裝置，包括流體輸入管線(1)、單管多旋流體混合管(2)和混合流體出口管線(4)，其特徵是在流體輸入管線(1)和混合流體出口管線(4)之間設置至少一個單管多旋流體混合管(2)；單管多旋流體混合管(2)內固設有多個螺旋片(5)、(6)；流體輸入管線(1)與單管多旋流體混合管(2)入口端相聯，混合流體出口管線(4)與單管多旋流體混合管(2)的出口端相聯；流體輸入管線(1)和混合流體出口管線(4)間設置多個單管多旋流體混合管(2)時，相鄰兩個單管多旋流體混合管(2)之間可採用對接或聯接管(3)聯接。
2.根據權利要求1所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵是在單管多旋流體混合管(2)內固設有芯軸(7)，芯軸(7)可為實心軸，也可為空心軸。
3.根據權利要求1所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於單管多旋流體混合管(2)內同一截面上可布置一組數量為n的螺旋片(5)或(6)；螺旋片(5)或(6)可為左旋式或右旋式；一組螺旋片的旋向相同或任意設置；螺旋片間的夾角為α＝0-180°。
4.根據權利要求1所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於單管多旋流體混合管(2)內沿軸向可設置多組螺旋片(5)、(6)，其中一組螺旋片(5)為左旋式(或右旋式)時，則相鄰組螺旋片(6)為右旋式(或左旋式)，相鄰兩組螺旋片沿圓周方向錯開β＝0-90°角度布置；相鄰兩組螺旋片沿軸向可首尾相聯，也可保持一定距離。
5.根據權利要求1、2、3、4、5所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於單管多旋流體混合管(2)的內徑為Di＝10-1000mm，芯軸(7)的外徑為do＝0-300mm，螺旋片(5)或(6)的寬度為0-(Di-do)/2，螺旋片(5)或(6)的長度為0.5-4倍螺旋片寬度。
6.根據權利要求2所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於單管多旋流體混合管(2)內的螺旋片(5)或(6)可用其它對流體起混合作用的化工填料或元件代替。
7.根據權利要求1所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於單管多旋流體混合管(2)外側可設置夾套，也可不設置夾套。
8.根據權利要求1所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於流體輸送管線(1)至少設有2個流體入口。
9.根據權利要求1所述的單管多旋流體混合裝置，其特徵在於單管多旋流體混合管(2)與聯接管(3)可垂直、水平或傾斜設置，也可垂直、水平、傾斜組合設置。
10.單管多旋流體混合裝置的使用方法，其特徵在於①待混合物料W1、W2……Wm-1、Wm(m＝2-6)經流體輸入管線(1)按比例進入單管多旋流體混合管(2)入口並依次流經螺旋片時，被迫產生切割、扭曲、置換、變形、分散、合併，並達到需要的混合程度後，由混合流體出口管線(4)流出；②單管多旋流體混合管(2)外側若設置夾套時，夾套內可通入加熱或冷卻介質，同混合管內流體進行熱量交換；③單管多旋流體混合管(2)內若設置的芯軸(7)為空心軸，根據需要空心軸內可通入加熱或冷卻介質，同混合管內流體進行熱量交換。
全文摘要
單管多旋流體混合裝置，包括流體輸入管線和混合流體出口管線，其特點是在於流體輸入管線和混合流體出口管線之間設置至少一個單管多旋流體混合管；流體輸入管線和混合流體出口管線入口端相聯，混合流體出口管線與單管多旋流體混合管的出口端相聯；採用多個單管多旋流體混合管時，相鄰二個單管多旋流體混合管之間可對接或通過聯接管聯接。本發明的主要優點是設備投資少、佔地面積小、混合效果、裝置本身無運動構件，不易出現故障，可增加生產有效時間；系統全封閉，無洩漏，特別適合於易燃、易爆、有毒介質的混合。裝置操作彈性大，可在較寬的處理量範圍內穩定操作。
文檔編號B01F3/02GK1781586SQ200410082810
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者吳劍華 申請人:瀋陽化工學院