專利名稱：一種管、筒或塔內構件立交盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種管、筒或塔內構件，特別涉及一種可消除流體狀態(tài)徑向差異，改善流體輸送質量并提高傳熱、傳質或化學反應效率且流動阻力相對較低的管、筒或塔內構件立交盤。
背景技術：
物料流經空管、筒或塔時，中心區(qū)流速高，邊緣區(qū)流速低，物料在管、筒或塔內停滯時間分布較寬；如流動過程伴隨放熱或吸熱，或用夾套加熱或冷卻物料，傳熱阻力可能造成中心區(qū)和邊緣區(qū)物料溫度不一；如有化學反應發(fā)生，停滯時間及溫度差異可能導致中心區(qū)和邊緣區(qū)物料組成不勻。要消除這些現象，最簡捷的方法是在無死角、無短路和低阻力的前提下讓管、筒或塔內中心區(qū)和邊緣區(qū)的物料有規(guī)則地交替互換位置，使任意質點流經管、筒或塔過程的徑向坐標變化的經歷相似。利用塔設備進行非均相體系化學反應或傳質操作時，參與反應或傳質的兩相物料應盡量保持活塞型逆向流動以獲得最大的反應或傳質推動力，分散相物料應分割成盡量細小的顆粒、液滴或氣泡均布在連續(xù)相物料中以提供最大的反應或傳質界面。為滿足這些要求，目前已有多種不同結構形式的板式塔和填料塔投入工業(yè)化運行，但其效率尚待進一步提高，操作彈性尚待進一步拓寬。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是發(fā)明人在先期授權專利ZL 01100022.8中公布的一種塔、筒或管內構件立交盤基礎上，開發(fā)的第二代管、筒或塔內構件立交盤，它保持了第一代立交盤的特點和優(yōu)點，進一步簡化結構、降低阻力、綜合性能更佳。
本發(fā)明提供的管、筒或塔內構件立交盤，其特征在于包括管體、筒體或塔體(1)和一層或多層立交盤(2)；所述立交盤(2)由4或4以上的偶數個環(huán)形排列的異形錐狀管腔(2-1)(簡稱錐腔)構成(圖2)。錐腔外端口大內端口小，其數目根據立交盤公稱直徑、工藝要求及工藝介質確定。公稱直徑越大，錐腔數目越多；混合程度要求越嚴，錐腔數目越多；工藝介質粘度越高，錐腔數目越少。管內立交盤錐腔數優(yōu)選4、6、8個，塔內立交盤錐腔數可更多，此時為方便加工，盤心處可增設一對雙向小圓錐。所有錐腔交集于立交盤中軸線的中點立交盤盤心處。每個錐腔含兩個側面(2-1-1)，一個外面(2-1-2)與一個內面(2-1-3)。所述側面為相鄰兩錐腔共有的四棱形平面或曲面，所述外面為曲面或折彎平面，所述內面為扇狀弧面或平面或折彎平面；構成立交盤的諸單數錐腔軸線分布于一圓錐面上，其交點為圓錐頂點；諸雙數錐腔軸線分布于另一反向圓錐面上，其交點亦為圓錐頂點；諸單數錐腔軸線交點和諸雙數錐腔軸線交點分別處于立交盤盤心兩側呈對稱關系。本發(fā)明提供的立交盤錐腔的另一結構形式是將內面縮為一線段，此線段即為兩側面的相交線，諸線段內側端點匯于盤心。此時錐腔僅由兩片與左右鄰腔共有的側面(2-1-1)和一外面(2-1-2)構成；所述錐狀管腔也可以是其它形式的異形管腔；立交盤的外廓面(3)在立交盤橫截面上的投影為完整圓周，其直徑與相配套的管、筒或塔體內徑相等；立交盤上、下內廓線或面(4)在立交盤橫截面上的投影為圓或其它封閉曲線，它們分別將立交盤兩側的管體、筒體或塔體截面分成兩部分，內側為中心區(qū)，外側為邊緣區(qū)，中心區(qū)和邊緣區(qū)的面積之比約為0.1-4.2倍，優(yōu)選0.3-1.5倍。
立交盤的高度與直徑之比為0.2-3，優(yōu)選0.6-1.5。
本發(fā)明的立交盤也可以與截面非圓形如正方形、橢圓形或其它異形的管、筒、塔體相配，此時立交盤外廓與正方形、橢圓形或其它異形管、筒、塔體內壁吻合。
本發(fā)明的立交盤在管、筒或塔體內可使流體產生三維流動。物料流經立交盤時，原處于中心區(qū)的物料受內面(2-1-3)及側面(2-1-1)阻擋經錐腔內端口流向外端口抵達立交盤另一側的邊緣區(qū)，而原處于邊緣區(qū)的物料受錐腔外面(2-1-2)及側面(2-1-1)的阻擋經相鄰的錐腔外端口流向內端口抵達立交盤另一側的中心區(qū)；管體、筒體或塔體內串接若干個立交盤時，諸立交盤的排列角度宜保持一致，這樣流體每流經一塊立交盤，在徑向發(fā)生中心區(qū)和邊緣區(qū)互換位置的同時還在周向經歷一次分割-位移-匯合過程，流經多塊立交盤后，可使管、筒或塔體內流體任意質點在徑向坐標上的運動軌跡相似，縮小停留時間差異，消除徑向溫度梯度，滿足工藝要求。
為徹底消除短路和返混，可將立交盤兩端的內廓線或面(4)各自沿其所在柱面提升至內廓線的最高位置，形成一個與各異形錐狀管腔連體的管壁5(如圖3)。
所述立交盤可通過鑄造或焊接等工藝制造，立交盤與管體、筒體或塔體的裝配可用溫差緊配合、錐度緊配合、縮管或焊接等。
本發(fā)明的立交盤用途廣泛，如用于流體輸送管道內靜態(tài)混合器、高粘流體熱交換器、螺桿擠壓機出口溫度均化器、高效管道反應器、以及液液萃取、固液萃取等方面。當立交盤用作高粘流體換熱器內構件時，可將異形錐狀管腔外面2-1-2鑄成周邊厚內側薄的形狀，以增強內構件傳熱效率。
本發(fā)明的新一代管、筒或塔內構件立交盤具有以下優(yōu)點1、結構簡單、加工成本低；2、混合效率高；3、無流動死角，無短路；4、流動阻力小，特別適合高粘流體；5、強制性徹底深度剝離邊界膜，傳熱效果好、管內橫截面溫度均勻；6、可實現平推流動，提高管道反應器容積效率，改善聚合物分子量分布；7、調整錐狀管腔數目，可滿足各種工藝要求。


1.圖1為管、筒或塔內安裝多塊立交盤的結構示意圖；2.圖2為單塊立交盤結構示意圖；3.圖3為立交盤端部的圓柱面5示意圖；具體實施方式
以下為本發(fā)明的兩個實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列具體實施例12米長Dg50管內裝40塊錐腔數為4、長徑比為1的立交盤，外設夾套傳熱。該換熱管用于聚合物冷卻，管內給熱系數為空管的3.5-7.5倍，壓力降為空管的5-10倍。
實施例2
Dg100螺桿擠壓機出口熔體截面最大溫差15℃，加裝含7塊管腔數為4、長徑比為1.0立交盤的溫度均化器后，溫差降為1-2℃。
權利要求
1.一種管、筒或塔內構件立交盤，其特征在于包括管體、筒體或塔體(1)和一層或多層立交盤(2)；所述立交盤(2)由4或4以上的偶數個環(huán)形排列、外端口大內端口小的異形錐狀管腔(2-1)構成，所有錐腔交集于立交盤中軸線的中點立交盤盤心處；每個錐腔含兩個側面(2-1-1)，一個外面(2-1-2)與一個內面(2-1-3)，所述側面為相鄰兩錐腔共有的四棱形平面或曲面，所述外面為曲面或折彎平面，所述內面為扇狀弧面或平面或折彎平面；諸單數錐腔軸線分布于一圓錐面上，其交點為該圓錐頂點；諸雙數錐腔軸線分布于另一反向圓錐面上，其交點亦為反向圓錐頂點；諸單數錐腔軸線交點和諸雙數錐腔軸線交點分別處于立交盤盤心兩側呈對稱關系；立交盤的外廓面(3)在立交盤橫截面上的投影為完整圓周，其直徑與相配套的管、筒或塔體內徑相等；立交盤上、下內廓線或面(4)在立交盤橫截面上的投影為圓或其它封閉曲線，它們分別將立交盤兩側的管體、筒體或塔體截面分成兩部分，內側為中心區(qū)，外側為邊緣區(qū)，中心區(qū)和邊緣區(qū)的面積之比為0.1-4.2倍，立交盤的高度與直徑之比為0.2-3。
2.根據權利要求1的立交盤，其特征在于所述異形錐狀管腔由兩片與左右鄰腔共有的四棱形側面(2-1-1)和一個曲面或折彎平面組成的外面(2-1-2)構成。
3.根據權利要求1的立交盤，其特征在于所述中心區(qū)和邊緣區(qū)的面積之比為0.3-1.5，立交盤的高度與直徑之比為0.6-1.2。
4.根據權利要求1的立交盤，其特征在于外廓為正方形、橢圓形或其它形狀，與正方形、橢圓形或其它形狀的管、筒、塔體相配。
5.根據權利要求1的立交盤，其特征在于所述異形錐狀管腔外面2-1-2可制成周邊厚內側薄的形狀。
6.根據權利要求1的立交盤，其特征在于在管、筒或塔體內串接多個立交盤時，諸立交盤排列角度一致。
7.根據權利要求1的立交盤，其特征在于所述內廓線或面(4)的投影為圓時，立交盤兩端的內廓線或面(4)沿其所在圓柱面提升至內廓線或面的最高位置，形成一個與各異形錐狀管腔連體的圓管壁(5)。
8.根據權利要求1的管、筒或塔內構件立交盤用于制作靜態(tài)混合器、管道反應器、高粘流體換熱器以及液液萃取、固液萃取的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管、筒或塔內構件立交盤，包括管、筒或塔體和一層或多層立交盤，所述立交盤由4或4以上的偶數個環(huán)形排列的錐腔構成，所有錐腔交集于立交盤中軸線的中點立交盤盤心；諸單數錐腔軸線交點和諸雙數錐腔軸線交點分別處于立交盤盤心兩側呈對稱關系。每個錐腔由兩個與左右鄰腔共有的四棱形側面和一個曲面或折彎平面組成的外面以及一個扇狀內面構成，立交盤外廓與管、筒或塔體內壁吻合，上、下內廓線將立交盤兩側的管、筒或塔體截面分成中心區(qū)和邊緣區(qū)，流體每流經一塊立交盤，中心區(qū)和邊緣區(qū)的物料互換一次位置，形成立體交叉流動。該立交盤可有效改善傳熱、傳質效果和管道反應器性能，可廣泛應用于靜態(tài)混合器、高粘流體熱交換器、螺桿擠壓機出口溫度均化器、高效管道反應器以及液液萃取、固液萃取等場合。
文檔編號B01J19/30GK1490065SQ0315662
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月5日 優(yōu)先權日2003年9月5日
發(fā)明者劉兆彥, 施景云 申請人:劉兆彥