CN100408197C

CN100408197C - 空心喷嘴

Info

Publication number: CN100408197C
Application number: CNB2005101114693A
Authority: CN
Inventors: 甘永胜; 吴文伟; 何志; 周斌
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology; China Petrochemical Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: CN1981940A

Abstract

本发明涉及一种空心喷嘴，主要解决传统空心喷嘴在低压条件下喷淋液体的分散度不好、喷淋密度不高、易被高粘度或高聚合的液体所堵塞以及喷嘴易破裂的问题。本发明通过采用喷嘴入口管和喷嘴出口管都为圆柱状，并且相互垂直，喷嘴入口管内和出口管内都呈圆锥状的技术方案，较好地解决了该问题，可用于化工、医药、食品、汽车、机械、建筑和航空航天等众多工业领域中需要高分散度液体喷淋的设备中。

Description

空心喷嘴

技术领域

本发明涉及一种液体喷淋空心喷嘴。

背景技术

喷嘴是一种用于分散液体或气体的设备，应用范围极其广泛，在吸收、洗涤、油漆喷涂、冷却、燃烧等许多领域都有应用。喷嘴的设计好坏与气体或液体的分散度以及上述各应用体系的运行效率有直接关系。喷嘴通常在不同的喷淋条件下工作，因此，可能有不止一种喷嘴满足喷淋要求。例如，空心喷嘴既可分散一般条件下的流体，也可用于喷淋高粘度或含固体杂质的流体。同时，没有单一的哪种喷嘴符合所有的喷淋要求。

喷嘴的种类很多，按照形成喷淋场的动力来分，喷嘴主要有两种：离心式喷嘴和冲击式喷嘴。前者由沿切线进入喷嘴内部的流体作旋转运动，产生离心力，从而形成喷淋场；后者由流体对障碍物的撞击或两股流体的相互碰撞形成喷淋场。按照喷嘴出口喷淋液体的分散特点来分，传统的喷嘴主要有空锥(空心)喷淋喷嘴、满锥喷淋喷嘴、固体流喷淋喷嘴、平面喷淋喷嘴、精细喷淋喷嘴以及雾化喷嘴等。空锥喷嘴(即空心喷嘴)的出口喷淋液体为一空心圆锥，在喷淋切面上为一圆环形。这种方式的喷淋场通常由沿喷嘴内部旋转空腔的进口切线形成，属于离心式喷嘴。这些旋转切线使液体在喷嘴内部形成旋转，由旋转的液体形成空心圆锥形状。满锥喷嘴的出口喷淋液体在切面上可以是圆形、方形或椭圆形且整个切面完全被喷淋液体所充满。这种方式的喷淋场则由喷嘴内部的叶片对出口液体形成可控制的湍流，从而在出口形成满锥喷淋液体场。其他几种喷淋方式都有自己的特点，从而形成不同的喷淋场。

选择喷嘴的决定因素很多，主要有流体压力、流体流量、流体本身的物性、要求的喷淋密度、流体的分散度、喷淋角度以及喷淋高度等。要使喷嘴正常工作或得到一个好的分散度和喷淋密度，必须确保喷嘴入口有一定的压力。另外，喷嘴流量越高，越有可能得到一个好的分散度和喷淋密度。在对喷淋密度或流体分散度要求不是特别高的情况下，工业上通常采用的是空心喷嘴。相对于其它类型的喷嘴，空心喷嘴在喷淋含垢物的流体或高粘度及高聚合的流体时仍能可靠地运行。

文献《化工工艺设计手册》(第三版，下，P4-175)介绍了一种非常有代表性的传统空心喷嘴。此类空心喷嘴要求至少具有0.2MPa的喷淋压力，不同的进出口尺寸可以有不同的喷淋流量、分散度和喷淋密度等。液体从喷嘴入口沿切线进入喷嘴内部旋转空腔，在旋转空腔内作切线旋转运动。但连接管线与喷嘴入口无缓冲，为直接对接。喷嘴的旋转空腔与喷嘴出口也无缓冲，直接对接，旋转运动的液体直接喷出出口。这些无缓冲的地方导致液体流道的突然变化，增加了压力降；同时，造成液体的回流，增加了液体停留时间，提高了固体杂质、高粘度或高聚合液体堵塞喷嘴的几率。受其结构设计的影响，传统的空心喷嘴一般都具有以下的缺点：要求喷淋压力高；喷淋液滴直径受流体压力影响大；极易被高粘度、高聚合或含垢物液体堵塞；另外，由于空心喷嘴为离心式喷嘴，需要靠液体在喷嘴内部的旋转产生离心力形成喷淋场，喷嘴顶部容易被液体旋转运动所破裂。因此，空心喷淋喷嘴对材质的要求高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服传统的液体喷淋空心喷嘴在低压条件下喷淋液体的分散度不好、喷淋密度不高、易被高粘度或高聚合的液体所堵塞以及喷嘴易破裂的缺点，提供一种新的液体空心喷嘴。该空心喷嘴具有在低压条件下喷淋液体的分散度和喷淋密度仍然很高；喷淋含固体粉末、高粘度以及高聚合的液体仍然能稳定地运行，不易被堵塞；以及在大流量和高压情况下也不易破损的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种空心喷嘴，依次包括喷嘴入口管(1)、空腔2)和喷嘴出口管(3)，其中喷嘴入口管(1)和喷嘴出口管(3)都为圆柱状，并且相互垂直；喷嘴入口管内呈圆锥状，入口尺寸D₁与出口尺寸d₁以及管长h₁的比例为D₁∶d₁∶h₁＝1∶(0.2～1)∶(0.5～1)；喷嘴出口管内呈圆锥状，入口尺寸D₂等于空腔直径，入口尺寸D₂与出口尺寸d₂以及管长h₂的比例为D₂∶d₂∶h₂＝1∶(0.125～1)∶(0.1～0.5)；喷嘴出口管出口尺寸d₂与喷嘴入口管出口尺寸d₁的比例为d₂∶d₁＝(0.3～1)∶1。

上述技术方案中，喷嘴入口管入口尺寸D₁与出口尺寸d₁以及管长h₁的比例优选范围为D₁∶d₁∶h₁＝1∶(0.3～0.5)∶(0.5～0.8)；喷嘴出口管入口尺寸D₂与出口尺寸d₂以及管长h₂的比例优选范围为D₂∶d₂∶h₂＝1∶(0.2～0.5)∶(0.3～0.5)；喷嘴出口管出口尺寸d₂与喷嘴入口管出口尺寸d₁的比例优选范围为d₂∶d₁＝(0.5～0.8)∶1。

本发明的空心喷嘴出入口管内部都为圆锥形，避免了液体由于通道的突然缩小和放大所造成的压力损失；同时，避免了液体在入口和出口处由于通道的突然变化而造成的流速变化，减少了液体在这些地方的回流和滞留时间，从而达到减少固体杂质，缩短高粘度或高聚合的液体在喷嘴入口处、喷嘴内部以及喷嘴出口处的停留时间，降低喷嘴被堵塞的机会。逐渐缩小的喷嘴出口管结构，避免了由于出口通道的突然缩小而破坏液体在喷嘴内部形成的旋转场。因此，喷嘴在低压条件下也可形成高分散度的喷淋场，液体分布均匀，气液传质和传热效率提高，从而也提高了设备效率。工业装置应用证明：本发明的空心喷嘴可使喷嘴所需喷淋压力降低约33％，喷嘴运行时间提高超过250％，液体分散度可提高约300％，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为文献《化工工艺设计手册》(第三版，下，P4-175)的空心喷嘴的剖面图。

图2为文献《化工工艺设计手册》(第三版，下，P4-175)的空心喷嘴的截面图。

图3为本发明空心喷嘴的剖面图。

图4为本发明空心喷嘴的截面图。

图1、图2、图3和图4中，1为喷嘴入口管，2为喷嘴内部旋转空腔，3为喷嘴出口管，4为空心圆锥喷淋场。D₁为喷嘴入口管入口尺寸，d₁为喷嘴入口管出口尺寸，D₂为喷嘴出口管入口尺寸，d₂为喷嘴出口管出口尺寸，h₁为喷嘴入口管管长，h₂为喷嘴出口管管长。

图3中，液体在泵等动力设备的输送下经入口管从喷嘴的圆锥状入口进入喷嘴内部旋转空腔，液体进入旋转空腔的流道正好与喷嘴旋转空腔相切。在旋切力的作用下，液体在喷嘴旋转空腔内作旋转运动。液体从圆锥形喷嘴出口旋转着喷出，产生空心圆锥状喷淋场。

下面通过实施例来对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

【比较例1】

用污水急冷高温反应器出口气体，每个喷嘴的流量要求为2.83米³/小时，污水粘度0.6cP，密度1100千克/米³。采用图1文献《化工工艺设计手册》(第三版，下，P4-175)所设计的空心喷嘴，所需喷淋压力＞0.2MPa。工业应用证明：在此进料条件下，喷嘴运行时间为6个月，液滴直径为1.0～3.0毫米，反应器出口气体达到要求温度所需要的循环污水量为209米³/小时。

【比较例2】

用污水急冷高温反应器出口气体，每个喷嘴的流量要求为2.83米³/小时，污水粘度0.68cP，密度1315千克/米³。采用图1文献《化工工艺设计手册》(第三版，下，P4-175)所设计的空心喷嘴，所需喷淋压力为0.27～0.29MPa。工业应用证明：在此进料条件下，喷嘴运行时间为5个月，液滴直径为2.0～5.0毫米，反应器出口气体达到要求温度所需要的循环污水量为226米³/小时。

【实施例1】

用污水急冷高温反应器出口气体，每个喷嘴的流量要求为2.83米³/小时，污水粘度0.6cP，密度1100千克/米³。采用本发明所设计的空心喷嘴，所需喷淋压力为0.1～0.12MPa。D₁∶d₁∶h₁＝1∶0.5∶0.6，D₂∶d₂∶h₂＝1∶0.3∶0.2，d₂/d₁＝0.5。工业应用证明：在此进料条件下，喷嘴运行时间为15个月，液滴直径为0.3～1.0毫米，反应器出口气体达到要求温度所需要的循环污水量为132米³/小时。

【实施例2】

用污水急冷高温反应器出口气体，每个喷嘴的流量要求为2.83米³/小时，污水粘度0.68cP，密度1115千克/米³。采用本发明所设计的空心喷嘴，所需喷淋压力为0.11～0.13MPa。D₁∶d₁∶h₁＝1∶0.2∶1，D₂∶d₂∶h₂＝1∶0.125∶0.5，d₂/d₁＝0.9。工业应用证明：在此进料条件下，喷嘴运行时间为12个月，液滴直径为0.5～1.5毫米，反应器出口气体达到要求温度所需要的循环污水量为136米³/小时。

【实施例3】

用污水急冷高温反应器出口气体，每个喷嘴的流量要求为2.83米³/小时，污水粘度0.88cP，密度1315千克/米³。采用本发明所设计的空心喷嘴，所需喷淋压力为0.12～0.15MPa，D₁∶d₁∶h₁＝1∶0.3∶0.75，D₂∶d₂∶h₂＝1∶0.2∶0.35，d₂/d₁＝0.65。工业应用证明：在此进料条件下，喷嘴运行时间为15个月，液滴直径为0.5～1.0毫米，反应器出口气体达到要求温度所需要的循环污水量为130米³/小时。

Claims

1. 一种空心喷嘴，依次包括喷嘴入口管(1)、空腔(2)和喷嘴出口管(3)，其中喷嘴入口管(1)和喷嘴出口管(3)都为圆柱状，并且相互垂直，其特征在于喷嘴入口管内呈圆锥状，入口尺寸D₁与出口尺寸d₁以及管长h₁的比例为D₁∶d₁∶h₁＝1∶(0.2～1)∶(0.5～1)；喷嘴出口管内呈圆锥状，入口尺寸D₂等于空腔直径，入口尺寸D₂与出口尺寸d₂以及管长h₂的比例为D₂∶d₂∶h₂＝1∶(0.125～1)∶(0.1～0.5)；喷嘴出口管出口尺寸d₂与喷嘴入口管出口尺寸d₁的比例为d₂∶d₁＝(0.3～1)∶1。

2. 根据权利要求1所述空心喷嘴，其特征在于喷嘴入口管入口尺寸D₁与出口尺寸d₁以及管长h₁的比例为D₁∶d₁∶h₁＝1∶(0.3～0.5)∶(0.5～0.8)；喷嘴出口管入口尺寸D₂与出口尺寸d₂以及管长h₂的比例为D₂∶d₂∶h₂＝1∶(0.2～0.5)∶(0.3～0.5)；喷嘴出口管出口尺寸d₂与喷嘴入口管出口尺寸d₁的比例为d₂∶d₁＝(0.5～0.8)∶1。