CN109225115A - 一种可调喷嘴间距的撞击流反应器 - Google Patents
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Abstract
一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，涉及一种化工反应器，反应器包括上端椭圆形封头（14）、腔室（13）、下端锥形封头（10）以及控制台（11）。腔室侧壁装有螺纹滑道（2）以及小型变频电机（7）。加速管（4）穿过滑道（2）内部并以螺纹形式连接密封，加速管（4）一端装置喷嘴置于腔室（13）内部，另一端通过软管（12）与储液罐（9）连接。变频电机（7）置于螺旋滑道（2）下方，变频电机（7）前端连接齿轮1（3）并与加速管（1）壁齿轮啮合。变频电机（7）受控制台（11）控制。本装置实现喷嘴的轴向距离的直接设定,连续调节以及控制两个加速管以一定的频率进行轴向移动形成假脉冲。达到了最好的混合效果，同时，可调参数更多，功能更全面，同时降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工反应器，特别是涉及一种可调喷嘴间距的撞击流反应器。
背景技术
撞击流（Impinging Stream）是一类重要的流体混合强化技术，对扩散控制的化工过程尤其有效。撞击流比传统的方法效率更高、能耗更低，经过多年发展，撞击流的连续相由气相扩展到了液相，由此更加突出撞击流强化液相微观混合的优势。近年来撞击流在干燥、气化、燃烧、催化反应、吸收、萃取和纳米粒子制备等单元操作和工业过程中迅速地得到成功应用，显示出巨大的潜力和应用前景。
撞击流是实现快速混合的一种重要方法，而撞击流反应器就是用于实现撞击流过程的装置。撞击流反应器中的反应过程是两股射流离开喷嘴后相向流动、撞击，在反应器中间形成一个高度湍动的撞击区，轴向速度趋于零，并转为径向流动。由于射流撞击后产生一个高湍动撞击区，能够有效降低传递过程中的外部阻力，强化热质传递，促进混合。
然而，现有的撞击流反应器多是通过拆卸替换喷嘴以改变喷嘴间距从而达到更好的混合效果，然而大多数喷嘴多以一定尺寸制作，数量大，尺寸类型少，精度低，对于高粘流体混合或作为微反应器制备纳米颗粒，由于流体的射流雷诺数较低，流体的混合效果很差，化学反应很慢，也需要一种可靠的装置进一步提升对于流体混合和化学反应的促进作用。
中国专利CN103611487A提到一种撞击流反应器。此撞击流反应器通过控制两个比例阀将向两个喷嘴供料的流量分别调节为根据预设波形波动，引起撞击流的撞击面的周期振荡，从而提高撞击流反应器对于流体混合和化学反应的促进作用。但结构较为复杂，增加成本，同时可调参数单一，功能不够全面。比如：撞击流反应器喷嘴尺寸类型少，无连续可变轴向间距，精度尺度低，制作部件数量大，以及高粘度流体混合和化学反应的促进作用不够明显，难以取得理想的混合效果等；比如，对于微反应器来说，由于流体的流速较低，粘度较大，化学反应很慢，导致流体的混合效果很差，同时，轴向距离不能连续改变，导致的喷嘴制作数量大，尺度精度低以及高粘度，低流速流体混合效果不够理想。
撞击流已被证明是强化相间热质传递最有效的方法之一，但不可能是一种万能的工具，因为它也具有其本身的局限性。发生条件要求高，条件的细微改变就可能引发撞击驻点的偏移。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，本发明通过电机带动传动机构使喷嘴按设定的波形或频率运动，从而引起撞击面的周期振荡，同时达到调节喷嘴间距的目的，以便达到最好的混合效果。与现有技术相比，可调参数更多，功能更全面，同时降低成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，所述反应器包括上端椭圆形封头、腔室、下端锥形封头以及控制台；腔室侧壁装有螺纹滑道以及小型变频电机；加速管穿过滑道内部并以螺纹形式连接密封，加速管一端装设喷嘴置于腔室内部，另一端通过软管与储液罐连接；变频电机置于螺旋滑道下方，变频电机前端连接上齿轮并与加速管壁齿轮啮合；变频电机电路连接控制台；腔室侧壁装有螺纹滑道，加速管穿过滑道内部并以螺纹形式连接密封；加速管管壁上设置有螺纹以及上齿轮；腔室侧壁装设有小型变频电机，小型变频电机与控制台连接，输入函数波形或者频率，形成假脉冲；推荐使用正弦波，施加的形状或频率相同，为相位差为π且相位差不为2π的整数倍；本反应器适于低，中，高雷诺数的撞击流反应，其规格根据需要制作即可。
所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，所述螺纹滑道的螺纹长度为7cm，螺距为1mm。
所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，所述上齿轮的直径为10cm，模数为0.1，厚度为1cm。
所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，所述小型变频电机前端装置有齿轮并与加速管管壁齿轮以1：10比啮合。
所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，所述管壁齿轮直径为1cm，模数为0.1，齿轮长度为7cm。
所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，所述喷嘴间距可调节的长度范围为0-5cm；可连续调节，也可直接设定至具体值。
本发明的优点与效果是：
1.本发明撞击流反应器腔室内设有混合度检测原件，实时监测，并将检测结果反馈给控制台，控制台显示结果，人为调节或者给变频电机输入频率控制变频电机连续调节喷嘴轴向距离。
2.本发明通过在变频电机输入频率控制加速管形成假脉冲以达到最好的混合效果。输入频率相同或者有相位差，具有周期性。
3.本发明装置因为齿轮的高传动比和对变频电机转速的调整灵活调节加速管轴向伸长或者缩短的距离，精准控制，操作简单，连续调节，方便测量等动量下撞击面驻点在不同喷嘴间距下的稳定性和振荡特性。达到更好的混合效果。避免制作大量的喷嘴以及调节时间，节省人力物力。
4.本发明最大的特点就是可以实现喷嘴的轴向距离的直接设定,连续调节以及控制两个加速管以一定的频率进行轴向移动形成假脉冲。解决了轴向距离不能连续改变导致的喷嘴制作数量大，尺度精度低以及高粘度，低流速流体混合效果不够理想的缺陷。
附图说明
图1是撞击流反应器结构示意图；
图2是撞击流反应器加速管以及喷嘴结构示意图。
图中：1-喷嘴，2-螺旋滑道，3-上齿轮，4-加速管，5-电磁流量计，6-齿轮2，7-变频电机，8-检测元件，9-储液罐，10-锥形封头，11-控制台，12-软管，13-腔室，14-椭圆形封头，15-螺纹。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种撞击流反应器，包括上端椭圆形封头，腔室，下端锥形封头以及控制台，腔室侧壁装有螺纹滑道以及小型变频电机。加速管穿过滑道内部并以螺纹形式连接密封，加速管一端装置喷嘴置于腔室内部，另一端通过软管与储液罐连接。变频电机置于螺旋滑道下方，变频电机前端连接齿轮并与加速管壁齿轮啮合。变频电机受控制台控制。加速管以及变频电机，可以调节喷嘴的轴向间距大小以及按照一定的周期频率移动。加速管可调节的距离范围为1-5cm。可连续调节，也可直接设定至具体值。螺旋滑道下方设有变频电机，可以带动加速管调节喷嘴的轴向间距。加速管置于螺旋滑道中，以螺纹形式连接，保证密封。撞击流在特定条件下会偶发撞击面的偏移振荡，同时振荡程度较弱也无法控制。本发明撞击流反应器，通过变频电机按照一定周期的函数波形或者频率运行改变加速管的轴向周期移动形成假脉冲，流体到达中心的速度会发生改变，使撞击面具有周期性的偏移振荡，也就相当于控制了两股流体到达中心的速度，而物料射流的速度的波动会造成该两个喷嘴的撞击面以及撞击驻点的波动变化。两股射流的撞击面就能够产生较强的周期偏移振荡。并且由于撞击面的周期振荡是由物料速度的波动产生的，因此通过调整对变频电机输入的信号来对撞击面的偏移振荡进行一定的控制。
本发明中各种形状的波形均可适用，推荐使用正弦波。两个变频电机施加的函数波形或频率相同，也可为相位差为π且相位差不为2π的整数倍。
其他条件相同的情况下，相位差为π的条件下产生的撞击面运动速度最大，效率最高。
调节变频电机输入的频率，在低频振荡的情况下能够在撞击面的振荡中产生大的旋涡，有利于强化宏观混合效果，在高频振荡的情况下可产生小尺度旋涡，有利于强化微观混合效果。
实施例1
如图1所示，一种撞击流反应器，包括上端椭圆形封头14，腔室13，下端锥形封头10以及控制台11。腔室侧壁装有螺纹滑道2以及小型变频电机7。加速管4穿过滑道2内部并以螺纹形式连接密封，加速管4一端装置喷嘴置于腔室13内部，另一端通过软管12与储液罐9连接。变频电机7置于螺旋滑道2下方，变频电机7前端连接上齿轮3并与加速管1壁齿轮啮合。变频电机7受控制台11控制。
工作时，两股流体从储液罐9经由软管12在腔室13内撞击，检测元件8将混合度信号发送至控制台11，控制台11会根据结果传递信号给变频电机7，变频电机7通过上齿轮3和齿轮6可自动或者手动调节喷嘴1之间间距以达到最好的混和效果。对于高粘度、低流速的液体，可以通过给变频电机7输入一定的函数或者频率（推荐正弦波）控制加速管移动形成假脉冲，造成撞击面的偏移震荡促进微观混合效果。
Claims (6)
1.一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，其特征在于，所述反应器包括上端椭圆形封头（14）、腔室（13）、下端锥形封头（10）以及控制台（11）；腔室侧壁装有螺纹滑道（2）以及小型变频电机（7）；加速管（4）穿过滑道（2）内部并以螺纹形式连接密封，加速管（4）一端装设喷嘴置于腔室（13）内部，另一端通过软管（12）与储液罐（9）连接；变频电机（7）置于螺旋滑道（2）下方，变频电机（7）前端连接上齿轮（3）并与加速管（1）壁齿轮啮合；变频电机（7）电路连接控制台（11）；腔室侧壁装有螺纹滑道（2），加速管（4）穿过滑道内部并以螺纹形式连接密封；加速管（4）管壁上设置有螺纹以及上齿轮（3）；腔室（13）侧壁装设有小型变频电机（7），小型变频电机（7）与控制台（11）连接，输入函数波形或者频率，形成假脉冲；推荐使用正弦波，施加的形状或频率相同，为相位差为π且相位差不为2π的整数倍；本反应器适于低，中，高雷诺数的撞击流反应，其规格根据需要制作即可。
2.根据权利要求1所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，其特征在于，所述螺纹滑道（2）的螺纹长度为7cm，螺距为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，其特征在于，所述上齿轮（3）的直径为10cm，模数为0.1，厚度为1cm。
4.根据权利要求1所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，其特征在于，所述小型变频电机（7）前端装置有齿轮（6）并与加速管（4）管壁齿轮以1：10比啮合。
5.根据权利要求4所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，其特征在于，所述管壁齿轮直径为1cm，模数为0.1，齿轮长度为7cm。
6.根据权利要求1所述的一种可调喷嘴间距的撞击流反应器，其特征在于，所述喷嘴间距可调节的长度范围为0-5cm；可连续调节，也可直接设定至具体值。
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Legal Events
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