專利名稱：可強化傳質(zhì)與傳熱的管式流體擾動裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)生產(chǎn)中的流體物料擾動而強化傳熱與傳質(zhì)的裝置及操作過程，特別是涉及一種液—液擾動和氣一液擾動裝置及擾動操作過程。
背景技術(shù)：
擾動是使一種或一種以上不同物質(zhì)或不同狀態(tài)的流體的質(zhì)點互相分散而達(dá)到質(zhì)量和溫度趨于均勻的操作。對兩種或兩種以上流體進(jìn)行擾動也稱混合。通過擾動而使流體質(zhì)量和溫度達(dá)到均勻的操作，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其中包括在石油、化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、油漆等行業(yè)中的反應(yīng)、傳熱、精餾、吸收、萃取、乳化等生產(chǎn)過程。工業(yè)上實現(xiàn)流體擾動的最典型操作有攪拌擾動和噴射擾動等。攪拌擾動為人們普遍采用，其使用歷史較長，使用經(jīng)驗豐富。但攪拌擾動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般投資較高，占地面積大，能耗高。噴射擾動是使流體高速流動通過噴嘴時出現(xiàn)湍動而實現(xiàn)擾動。噴射擾動操作彈性小，無法在較寬的產(chǎn)量范圍進(jìn)行操作。由于噴射擾動是流體湍動而實現(xiàn)的，因而能量消耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種投資少、節(jié)能效果好、占地面積小、擾動效果明顯、效率高、操作簡單，流體在管道內(nèi)邊流動邊實現(xiàn)擾動的新型擾動裝置和操作萬法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的管式流體擾動裝置，包括流體輸入管線、流體擾流管和流體出口管線，在流體輸入管線和流體出口管線之間設(shè)置至少一個流體擾流管；流體輸入管線與流體擾流管入口端相連，流體出口管線與流體擾流管的出口端相連；流體輸入管線和流體出口管線間設(shè)置多個流體擾流管時，相鄰兩個流體擾流管之間采用對接或采用連接管連接，連接方式為固接。
如上所述的流體擾流管內(nèi)設(shè)有擾流元件，如擾流片；擾流管內(nèi)同一截面上可布置一組數(shù)量為n(n＝1～500)的擾流片或；擾流片或為左旋式或右旋式；一組擾流片的旋向相同或不同設(shè)置；擾流片間的夾角為α＝0～360°；流體擾流管內(nèi)沿軸向可設(shè)置多組擾流片，相鄰兩組擾流片沿圓周方向錯開β＝0～180°角度布置；相鄰兩組擾流片沿軸向首尾相連，也可保持一定距離。
如上所述的流片直接設(shè)置于流體擾流管內(nèi)，也可將擾流片直接或通過連接件固設(shè)在芯軸上后，再固設(shè)在流體擾流管內(nèi)；芯軸可為實心軸或空心軸。
如上所述的流體擾流管的內(nèi)徑為Di＝5～2000mm，芯軸的外徑為do＝0～500mm，擾流片的寬度為0～(Di-do)，擾流片或的長度為0.5～4倍擾流片寬度。
如上所述的流體擾流管內(nèi)不設(shè)置芯軸；擾流片可部分或全部用對流體起擾動作用的擾流元件代替。
如上所述的流體擾流管外側(cè)可設(shè)置夾套或不設(shè)置夾套；當(dāng)設(shè)置夾套時，流體擾流管外壁與夾套管內(nèi)壁形成的空間設(shè)置對流體起擾動作用的擾流元件；當(dāng)芯軸為空心軸即為芯管時，根據(jù)需要，芯管內(nèi)設(shè)置擾流元件。
如上所述的流體擾流管內(nèi)、流體擾流管外壁與夾套管內(nèi)壁形成的空間內(nèi)及芯管內(nèi)設(shè)置的擾流元件為可對流體起擾動作用的物體，可是柱狀、管狀、片狀、曲面狀、帶狀、螺旋狀、市售的化工填料和靜態(tài)混合元件，也可是柱狀、管狀、片狀、曲面狀、帶狀、螺旋狀、市售的化工填料和靜態(tài)混合元件的組合。
如上所述的流體擾流管與連接管為垂直、水平或傾斜設(shè)置，也可垂直、水平、傾斜組合設(shè)置；用于流體間只發(fā)生物理過程的場合，或用于流體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程的場合。
如上所述的流體在管式流體擾動裝置內(nèi)流動所需的推動力由泵、位差、壓強差或壓縮氣體提供。
管式流體擾動裝置的操作方法，其操作過程為①待擾動物料M1、M2......Mm-1、Mm(m＝1～10)經(jīng)流體輸入管線進(jìn)入流體擾流管入口并依次流經(jīng)擾流片或擾流元件時，被迫產(chǎn)生阻割、扭曲、置換、變形、分散、合并，達(dá)到需要的擾動時間或擾動程度后，由流體出口管線流出；②流體擾流管外側(cè)若設(shè)置夾套時，夾套內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，同擾動管內(nèi)流體進(jìn)行熱量交換；③流體擾流管內(nèi)若設(shè)置的芯軸為芯管，根據(jù)需要芯管內(nèi)可通入加熱或冷卻介質(zhì)，同流體擾流管內(nèi)流體進(jìn)行熱量交換。
本發(fā)明的優(yōu)點與效果是1.設(shè)備投資少，同攪拌擾動及噴射擾動相比可節(jié)省設(shè)備投資1/3～1/2；2.裝置占地面積小，易于布置；3.無運動構(gòu)件，不易出現(xiàn)故障，可增加生產(chǎn)有效時間；4.系統(tǒng)全封閉，無泄漏，可減少環(huán)境污染，改善生產(chǎn)條件，特別適合于易燃易爆有毒介質(zhì)的擾動；5.物料在管內(nèi)為層流流動，亦可實現(xiàn)強烈擾動，能量消耗低；6.操作彈性大，可穩(wěn)定地在較寬流量范圍內(nèi)操作；7.管式流體擾動裝置可應(yīng)用于流體間只發(fā)生物理過程的場合，也可應(yīng)用于流體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程的場合。


圖1是本發(fā)明的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的第二種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是無夾套的流體擾流管的軸向剖面圖；圖4是無夾套的流體擾流管橫向剖面圖；圖5是右旋擾流片結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是左旋擾流片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例一管式流體擾動裝置，包括帶有三個流體入口的流體輸入管線1，四根流體擾流管2，三段連接管3，一段流體出口管線4，一根芯管7，三種流體經(jīng)流體輸入管線1進(jìn)入流體擾流管2，每根流體擾流管2長度3m，公稱直徑200mm，內(nèi)設(shè)芯管7公稱直徑為25mm，內(nèi)部設(shè)置的擾流片5或6為每組3片，同一組擾流片間的夾角為α＝120°，相鄰兩組擾流片錯開β＝60°布置，擾流片寬度為80mm，長度為100mm。
具體安裝方式帶有三個流體入口的流體輸入管線1與流體擾流管2的入口端由法蘭連接；四段流體擾流管2與三段連接管3用法蘭連接垂直布置；流體擾流管2內(nèi)設(shè)置芯管7；芯管7上固設(shè)擾流片5、6，擾流片組與組之間首尾相接；流體擾流管2的出口與物料出口管線4用法蘭連接，構(gòu)成流體擾動裝置。該裝置可對三種流體進(jìn)行擾動操作。
實施例二實施例二與實施例一基本相同，不同之處是流體輸入管線1上帶有二個流體入口，裝置對二種流體進(jìn)行擾動操作。
實施例三實施例三與實施例一基本相同，不同之處是流體擾流管2內(nèi)部設(shè)置的擾流片5或6為每組4片，同一組擾流片間的夾角α＝90°，相鄰兩組擾流片錯開β＝45°布置。流體擾流管外設(shè)置夾套，擾流管2與夾套管間不設(shè)置擾流元件。
實施例四流體擾動裝置，包括帶有三個流體入口的流體輸入管線1，六段流體擾流管2，兩段連接管3，一段流體出口管線4，三種流體經(jīng)流體輸入管線1進(jìn)入流體擾流管2。每根流體擾流管2的長度為3m，公稱直徑為150mm，內(nèi)設(shè)芯軸7公稱直徑為25mm。內(nèi)部設(shè)置的擾流片5或6每組3片，同一組擾流片間的夾角為α＝120°，相鄰兩組擾流片間錯開β＝60°布置，擾流片寬度60mm，長度60mm。
具體安裝方式帶有三個流體入口的流體輸入管線1與流體擾流管2的入口用法蘭連接，每兩根流體擾流管2用法蘭連接組成一組。三組流體擾流管組與兩段連接管3用法蘭連接水平布置。流體擾流管內(nèi)設(shè)置芯軸7，擾流片5、6經(jīng)連接片連接在擾流芯軸7上，擾流片組與組之間首尾間距30mm。物料出口管線4與流體擾流管2的出口用法蘭連接，構(gòu)成流體擾動裝置，該裝置可對三種流體進(jìn)行擾動操作。
實施例五實施例五與實施例四基本相同，不同之處是流體輸入管線1帶有兩個流體入口，每根流體擾流管2的長度為5m，公稱直徑為500mm，內(nèi)設(shè)芯管7公稱直徑為100mm。擾流片寬度200mm，長度300mm。流體擾流管2外設(shè)夾套，外夾套和芯管7通加熱或冷卻介質(zhì)，擾流管2與夾套管間設(shè)置螺旋狀擾流元件。
實施例六實施例六與實施例五基本相同，不同之處在于流體擾流管2外不設(shè)夾套。
實施例七流體擾動裝置，包括帶有兩個流體入口的流體輸入管線1，四根流體擾流管2，一段流體出口管線4，兩種流體經(jīng)流體輸入管線1進(jìn)入流體擾流管2。流體擾流管2的長度為2m，公稱直徑為125mm，內(nèi)設(shè)芯管7公稱直徑25mm，內(nèi)部設(shè)置的擾流片5或6為每組3片，同一組擾流片間的夾角為α＝120°，相鄰兩組擾流片間錯開β＝60°布置，擾流片寬52mm，長60mm。
具體安裝方式流體輸入管線1與流體擾流管2的入口用法蘭連接。四根流體擾流管2用法蘭連接在一起，水平布置，其出口與物料出口管線4用法蘭連接，構(gòu)成流體擾動裝置，可對兩種流體進(jìn)行擾動。
實施例八實施例八與實施例七基本相同，不同之處是四根流體擾動管2外面設(shè)有外夾套，用法蘭連接在一起垂直布置。
實施例九實施例九與實施例七基本相同，不同之處是三根流體擾流管2用法蘭連接在一起與水平成45°角布置。
實施例十實施例十與實施例七基本相同，不同之處是流體擾流管內(nèi)無芯管(或芯軸7)，用化工填料代替流體擾流管2內(nèi)的擾流片5、6。
權(quán)利要求
1.管式流體擾動裝置，包括流體輸入管線、流體擾流管和流體出口管線，其特征在于在流體輸入管線(1)和流體出口管線(4)之間設(shè)置至少一個流體擾流管(2)；流體輸入管線(1)與流體擾流管(2)入口端相連，流體出口管線(4)與流體擾流管(2)的出口端相連；流體輸入管線(1)和流體出口管線(4)間設(shè)置多個流體擾流管(2)時，相鄰兩個流體擾流管(2)之間采用對接或采用連接管(3)連接，連接方式為固接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體擾流管(2)內(nèi)設(shè)有擾流元件，如擾流片；擾流管(2)內(nèi)同一截面上可布置一組數(shù)量為n(n＝1～500)的擾流片(5)或(6)；擾流片(5)或(6)為左旋式或右旋式；一組擾流片的旋向相同或不同設(shè)置；擾流片間的夾角為α＝0～360°；流體擾流管(2)內(nèi)沿軸向可設(shè)置多組擾流片(5)、(6)，相鄰兩組擾流片沿圓周方向錯開β＝0～180°角度布置；相鄰兩組擾流片沿軸向首尾相連，也可保持一定距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的管式流體擾流裝置，其特征在于擾流片(5)、(6)直接設(shè)置于流體擾流管(2)內(nèi)，也可將擾流片(5)、(6)直接或通過連接件固設(shè)在芯軸(7)上后，再固設(shè)在流體擾流管(2)內(nèi)；芯軸(7)可為實心軸或空心軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體擾流管(2)的內(nèi)徑為Di＝5～2000mm，芯軸(7)的外徑為do＝0～500mm，擾流片(5)或(6)的寬度為0～(Di-do)，擾流片(5)或(6)的長度為0.5～4倍擾流片寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體擾流管(2)內(nèi)不設(shè)置芯軸(7)；擾流片(5)、(6)可部分或全部用對流體起擾動作用的擾流元件代替。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體擾流管(2)外側(cè)可設(shè)置夾套或不設(shè)置夾套；當(dāng)設(shè)置夾套時，流體擾流管(2)外壁與夾套管內(nèi)壁形成的空間設(shè)置對流體起擾動作用的擾流元件；當(dāng)芯軸(7)為空心軸即為芯管時，根據(jù)需要，芯管內(nèi)設(shè)置擾流元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體擾流管(2)內(nèi)、流體擾流管(2)外壁與夾套管內(nèi)壁形成的空間內(nèi)及芯管內(nèi)設(shè)置的擾流元件為可對流體起擾動作用的物體，可是柱狀、管狀、片狀、曲面狀、帶狀、螺旋狀、市售的化工填料和靜態(tài)混合元件，也可是柱狀、管狀、片狀、曲面狀、帶狀、螺旋狀、市售的化工填料和靜態(tài)混合元件的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體擾流管(2)與連接管(3)為垂直、水平或傾斜設(shè)置，也可垂直、水平、傾斜組合設(shè)置；用于流體間只發(fā)生物理過程的場合，或用于流體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程的場合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式流體擾動裝置，其特征在于流體在管式流體擾動裝置內(nèi)流動所需的推動力由泵、位差、壓強差或壓縮氣體提供。
10.管式流體擾動裝置的操作方法，其特征在于①待擾動物料M1、M2......Mm-1、Mm(m＝1～10)經(jīng)流體輸入管線(1)進(jìn)入流體擾流管(2)入口并依次流經(jīng)擾流片或擾流元件時，被迫產(chǎn)生阻割、扭曲、置換、變形、分散、合并，達(dá)到需要的擾動時間或擾動程度后，由流體出口管線(4)流出；②流體擾流管(2)外側(cè)若設(shè)置夾套時，夾套內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，同擾動管內(nèi)流體進(jìn)行熱量交換；③流體擾流管(2)內(nèi)若設(shè)置的芯軸(7)為芯管，根據(jù)需要芯管內(nèi)可通入加熱或冷卻介質(zhì)，同流體擾流管(2)內(nèi)流體進(jìn)行熱量交換。
全文摘要
可強化傳質(zhì)與傳熱的管式流體擾動裝置及其操作方法，涉及一種工業(yè)生產(chǎn)中的流體物料擾動而強化傳熱與傳質(zhì)的裝置及操作過程，該裝置包括流體輸入管線、流體擾流管和流體出口管線；操作方法為①待擾動物料經(jīng)流體輸入管線進(jìn)入流體擾流管入口，達(dá)到需要的擾動時間或擾動程度后，由流體出口管線流出；②流體擾流管外的夾套內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，同擾動管內(nèi)流體進(jìn)行熱量交換；③流體擾流管內(nèi)為芯管，芯管內(nèi)可通入加熱或冷卻介質(zhì)，同流體擾流管內(nèi)流體進(jìn)行熱量交換。本發(fā)明可應(yīng)用于流體間只發(fā)生物理過程的場合，也可應(yīng)用于流體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程的場合，具有節(jié)能效果好、占地面積小、擾動效果明顯、效率高、操作簡單等特點。
文檔編號F28F9/24GK1920469SQ200610047678
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者吳劍華 申請人:沈陽化工學(xué)院