一种多股旋转射流冲击螺旋流的管式反应器,涉及一种管式反应器,所述反应器包括有芯管(1)、芯管固定件(2)、横流入口管(3)、反应管(4)、射流管(5)、扭旋元件(6)、混合元件(7)和夹套(8)组成。本技术将多个射流管(5)排列与芯管(1)内壁平齐或内伸安装,并在各射流管(5)内插入扭旋元件(6)。射流流体在扭旋元件(6)作用下,旋转冲击横流流体,而横流流体在切向安装的横流入口管(3)作用下在反应管(4)内螺旋流动。反应流体在旋转射流和螺旋流的复合作用下,反应效果得到显著提升。本发明具有结构简单,承压能力强,反应及换热效果好,副产物少,不易结垢优点,适合用于气液、液液反应过程,特别适用于有较高换热要求的快速反应过程。
背景技术
螺旋流是化工、石化等过程工业常见的一种流动形式,主要用于强化流体的传热、混合、分离、输送等单元过程。产生螺旋流的方式主要有3种:一是采用切向入口,如旋流分离器;二是在直流道内插入扭旋元件,如kenics静态混合器;三是采用螺旋形管道,如螺旋盘管换热元件。螺旋流的强化机理可归纳为:流体螺旋流动过程中,流体质点受到离心力作用,进而使其产生垂直于主流方向的横向流动,形成二次涡流,主流流体和边界流体得到交换和更新,同时流动和传热边界层厚度也会产生一定程度的减薄。
射流是过程工业及航空航天领域中常见的流动形式。当一股高速流体喷射进入另一种流体之中时,该高速流体称为射流流体,而另一种低速或静止流体称为环境流体或横流流体。射流流体在高速流动过程中会卷吸横流流体,两种流体相互掺混,随着流动路径的增长,掺混区域扩大而流动速度变慢。当横流流体所处的空间较小时,射流流体的动量未被横流流体消耗殆尽,此时射流流体会以较高的速度冲击到横流流体空间壁面,显著减薄流动及传热边界层,提高流体对流传热系数。
从射流自身流动方式进行分类,射流可分为直流射流和旋转射流两种。直流射流是指流体沿射流管或喷嘴轴线方向喷射而出,而旋转射流是指射流围绕射流管或喷嘴轴线螺旋流动,存在轴向速度的同时,也存在较大的切向速度。前人的研究结果表明:在射流流量和流通面积一定的情况下,旋转射流对表面的冲击强度相比于直流射流有所削弱,但冲击作用面积增大,同时对横流流体的卷吸掺混能力明显强于直流射流。因此,旋转射流近年来受到了越来越多的学者的关注。
综上可知,螺旋流和旋转射流均能强化流体的混合及传热过程,若将上述两种流动方式复合在同一个反应器内,必将显著提升反应器的反应效果以及对反应温度的控制能力,对于化工、石化等领域强化放热反应过程具有十分广阔的应用前景。
实现思路