一种喷射氧化反应器论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种喷射氧化反应器，该反应器包括液气喷射器、扩散管、连接管、回收管，在液气喷射器液体的抽吸力作用下，液气喷射器将氧气吸入，氧气和水溶液在液气喷射器喉管中充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体依次经过扩散管、连接管、输出管流出。本实用新型杜绝了反应釜氧气喷口堵塞，减少了设备体积，增加了氧气和溶液的接触面积和时间，提高了氧气吸收效率。

主设计要求

1.一种喷射氧化反应器，其特征在于包括液气喷射器(1)、扩散管(2)、连接管(3)、输出管(4)，在液气喷射器(1)液体的抽吸力作用下，液气喷射器(1)将氧气吸入，氧气和水溶液在液气喷射器(1)中充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体依次经过扩散管(2)、连接管(3)、输出管(4)流出。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述液气喷射器(1)的喷嘴形式为双级喷射器。

3.根据权利要求2所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述液气喷射器(1)包括动力喷嘴、氧气入口、接受室、二级喷嘴和喉管，其中：

动力喷嘴从接受室的入口端插入接受室，接受室的出口端与二级喷嘴连通，二级喷嘴与喉管连通；动力喷嘴正对二级喷嘴入口中心，液体通过动力喷嘴注入至二级喷嘴；氧气入口开在接受室的侧壁上，将外部的氧气导入至接受室；动力喷嘴与二级喷嘴侧壁之间保持一定的间隙，氧气通过该间隙进入二级喷嘴中，与液体充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体经由喉管传输至扩散管(2)。

4.根据权利要求1所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于还包括回收管，回收管连接输出管(4)至液气喷射器(1)，未反应的氧气通过回收管回流至液气喷射器(1)，在氧和水溶液混合后流体的抽吸力下，再次进入扩散管(2)，循环反复，最终实现氧气和溶液的充分吸收。

5.根据权利要求4所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述液气喷射器(1)包括动力喷嘴、氧气入口、回收入口、接受室、二级喷嘴和喉管，其中：

动力喷嘴从接受室的入口端插入接受室，接受室的出口端与二级喷嘴连通，二级喷嘴与喉管连通；动力喷嘴正对二级喷嘴入口中心，液体通过动力喷嘴注入至二级喷嘴；接受室内设有两端开口的锥形隔断，锥形隔断的大端密封安装在接受室侧壁安装，小端悬空，小端开口位于动力喷嘴与二级喷嘴之间的环形间隙中，分别与动力喷嘴与二级喷嘴保持一定的间隙，锥形隔断将接受室分隔成两个空间，分别为进氧空间和回收空间，氧气入口开在接受室的接受室进氧空间侧壁上，将外部的氧气导入至进氧空间，动力喷嘴与二级喷嘴侧壁之间保持一定的间隙，氧气再通过该间隙进入二级喷嘴中，与液体充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体经由喉管传输至扩散管(2)；回收入口开在接受室回收空间侧壁上，回收的氧气通过回收入口进入回收空间，再通过锥形隔断与二级喷嘴之间的间隙进入二级喷嘴。

6.根据权利要求3或5所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述动力喷嘴可拆卸。

7.根据权利要求3或5所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述喉管面积与动力喷嘴面积比值取值范围为2.5～6.5。

8.根据权利要求4所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于还包括回流调节阀(5)，回流调节阀(5)安装于回收管上，用于控制回收管开度，调节回收管的回流流量，控制反应速度。

9.根据权利要求4所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述输出管(4)水平放置，回收管垂直放置。

10.根据权利要求1所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述扩散管(2)的扩散角3.5～4°。

11.根据权利要求1所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于所述扩散管(2)内表面光滑，粗糙度在Ra1.6以下。

12.根据权利要求1所述的一种喷射氧化反应器，其特征在于还包括出口调节阀(7)，出口调节阀(7)安装在输出管靠近出口端，用来调节输出口的背压。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种喷射氧化反应器，属于新材料技术化学工程技术领域。

背景技术

反应釜中的混合氧化反应一般是在溶液中通入氧气，为了使氧气和溶液充分接触，需要氧气雾化通入溶液，制造加工时，就需要对氧气的喷孔进行微米级别的加工，一方面增加了制造难度，另一方面设备运行中氧气喷孔极易堵塞，经常需要停车检修，而且此类反应釜容器体积庞大，造价不菲，给用户带来了极大的不便。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种喷射氧化反应器，杜绝反应釜氧气喷口堵塞，减少设备体积，增加氧气和溶液的接触面积和时间，提高氧气吸收效率。

本实用新型的技术解决方案是：一种喷射氧化反应器，该氧化反应器包括液气喷射器、扩散管、连接管、输出管，在液气喷射器液体的抽吸力作用下，液气喷射器将氧气吸入，氧气和水溶液在液气喷射器中充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体依次经过扩散管、连接管、输出管流出。

所述液气喷射器的喷嘴形式为双级喷射器。

所述液气喷射器包括动力喷嘴、氧气入口、接受室、二级喷嘴和喉管，其中：

优选的，所述喷射氧化反应器还包括回收管，回收管连接输出管至液气喷射器，未反应的氧气通过回收管回流至液气喷射器，在氧和水溶液混合后流体的抽吸力下，再次进入扩散管，循环反复，最终实现氧气和溶液的充分吸收。

优选的，所述液气喷射器包括动力喷嘴、氧气入口、回收入口、接受室、二级喷嘴和喉管，其中：

动力喷嘴从接受室的入口端插入接受室，接受室的出口端与二级喷嘴连通，二级喷嘴与喉管连通；动力喷嘴正对二级喷嘴入口中心，液体通过动力喷嘴注入至二级喷嘴；接受室内设有两端开口的锥形隔断，锥形隔断的大端密封安装在接受室侧壁安装，小端悬空，小端开口位于动力喷嘴与二级喷嘴之间的环形间隙中，分别与动力喷嘴与二级喷嘴保持一定的间隙，锥形隔断将接受室分隔成两个空间，分别为进氧空间和回收空间，氧气入口开在接受室的接受室进氧空间侧壁上，将外部的氧气导入至进氧空间，动力喷嘴与二级喷嘴侧壁之间保持一定的间隙，氧气再通过该间隙进入二级喷嘴中，与液体充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体经由喉管传输至扩散管；回收入口开在接受室回收空间侧壁上，回收的氧气通过回收入口进入回收空间，再通过锥形隔断与二级喷嘴之间的间隙进入二级喷嘴。

优选的，所述动力喷嘴可拆卸。

优选的，所述喉管面积与动力喷嘴面积比值取值范围为2.5～6.5。

优选的，所述喷射氧化反应器还包括回流调节阀，回流调节阀安装于回收管上，用于控制回收管开度，调节回收管的回流流量，控制反应速度。

优选的，所述输出管水平放置，回收管垂直放置。

优选的，所述扩散管的扩散角3.5～4°。

优选的，所述扩散管内表面光滑，粗糙度在Ra1.6以下。

优选的，所述喷射氧化反应器还包括出口调节阀，出口调节阀安装在输出管靠近出口端，用来调节输出口的背压。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本实用新型采用流体扰动混合方式，通过高速液体与低速气体之间的速度差，造成液体被破碎，与气相充分扰动，形成混合均匀的气液两相流，与传统的混合方式相比，属于静设备，安全性得到大幅提升。

(2)、本实用新型利用液气喷射器抽吸功能吸入氧气，氧气进入方式既可带压，也可负压，氧气的进入不会出现堵塞现象，运行稳定，维护简单。

(3)、本实用新型由于流体速度很快，而整个反应都有是在管道中循环进行，耗水量很少，不需要庞大的容器存储溶液，故设备占地空间小

(4)、本实用新型采用回收管将未完全反应的氧气回流至接受室，在一次氧和水溶液混合后的流体的抽吸力下，再次进入喉管，循环反复，最终实现氧气和溶液的充分吸收，反应效率很高。

(5)、本实用新型通过回流调节阀，可以根据需要调节阀控制反应速度。

(6)、本实用新型液气喷射器采用了多级喷嘴，简化了系统流程，增加了反应效率；

(7)、本实用新型液气喷射器喷管可拆卸，大大降低维护成本。

(8)、本实用新型扩散管有效恢复压力，降低压损，减少能耗。

(9)、本实用新型喉管气液充分混合，形成乳白色的混合流体。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施例双级混合喷射反应器结构。

图2为本实用新型第二种实施例双级混合喷射反应器结构。

图中：1为液气喷射器，2为扩散管，3为连接管，4为输出管，5为回流调节阀，6为第一仪表口，7为出口调节阀，8为第二仪表口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供了一种喷射氧化反应器，该喷射氧化反应器的反应方式为喷射式管道反应，即经过动力喷嘴的动力流体卷吸一次氧后，经过二级喷嘴混合后，卷吸二次未反应掉的氧气，进入喉管继续混合反应。

以下分别介绍两个具体实施例对本实用新型进行具体说明：

实施例1：

本实用新型的某一具体实施例中的喷射氧化反应器包括液气喷射器1、扩散管2、连接管3、输出管4、出口调节阀7，在液气喷射器1液体的抽吸力作用下，液气喷射器1将氧气吸入，氧气和水溶液在液气喷射器1中充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体依次经过扩散管2、连接管3、输出管4流出。出口调节阀7安装在输出管靠近出口端N3，用来调节输出口的背压。此外，在输出管4分流前端还设置第一仪表口6用于测流量，出口端附近还设置有第二仪表口8用于测压，分别对应图中k2和k1。

所述液气喷射器1的喷嘴形式为双级喷射器。该双级喷射器包括动力喷嘴、氧气入口、接受室、二级喷嘴和喉管，其中：

实施例2：

如图1所示，本实用新型的另一具体实施例中的喷射氧化反应器包括液气喷射器1、扩散管2、连接管3、出口调节阀7、输出管4、回收管和回流调节阀5。

在液气喷射器1液体的抽吸力作用下，液气喷射器1将氧气吸入，氧气和水溶液在液气喷射器1中充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体依次经过扩散管2、连接管3、输出管4流出，回收管连接输出管4至液气喷射器1，未反应的氧气通过回收管回流至液气喷射器1，在氧和水溶液混合后流体的抽吸力下，再次进入扩散管2，循环反复，最终实现氧气和溶液的充分吸收。

回流调节阀5安装于回收管上，用于控制回收管开度，调节回收管的回流流量，控制反应速度。出口调节阀7安装在输出管靠近出口端N3，用来调节输出口的背压。此外，在输出管4分流前端还设置第一仪表口6用于测流量，出口端附近还设置有第二仪表口8用于测压，分别对应图中k2和k1。

所述液气喷射器1包括动力喷嘴、氧气入口、回收入口、接受室、二级喷嘴和喉管，其中：

动力喷嘴从接受室的入口端N1插入接受室，接受室的出口端与二级喷嘴连通，二级喷嘴与喉管连通；动力喷嘴正对二级喷嘴入口中心，液体通过动力喷嘴注入至二级喷嘴；接受室内还设有两端开口的锥形隔断，锥形隔断的大端密封安装在接受室侧壁安装，小端悬空，开口位于动力喷嘴与二级喷嘴之间的间隙中，分别与动力喷嘴与二级喷嘴之间保持一定的间隙，锥形隔断将接受室分隔成两个空间，分别为进氧空间和回收空间，氧气入口N2开在接受室的接受室进氧空间侧壁上，将外部的氧气导入至进氧空间，动力喷嘴与二级喷嘴侧壁之间保持一定的间隙，氧气再通过该间隙进入二级喷嘴中，与液体充分接触，发生氧化反应，氧化反应后的液体经由喉管传输至扩散管2；回收入口开在接受室回收空间侧壁上，回收的氧气通过回收入口进入回收空间，再通过锥形隔断与二级喷嘴之间的间隙进入二级喷嘴。

进入液气喷射器1的液体通过动力喷嘴后流速增加，静压降低，在接受室形成低压区，氧气入口N2的氧气被卷吸进入，混合后的气液混合物经过二级喷嘴再次增速降压，将回收管未来得及反应的氧气吸入，最终在喉管处充分混合。由于气液之间速度差，连续的液体被气体破碎，在喉管中充分混合，极大的增加了气液两相接触面积，并在连接管中形成乳白色的混合物，此时的反应效果最佳，根据动力液体的压力和流量，被吸入口的氧气压力和背压，可以计算出氧气入口N2处氧气的流量，通过调节回收管的调节阀，可以调节反应时间，计算方法基础是喷射器索科洛夫方程，在此基础上根据实验数据确定阻力系数，和经验参数。

本实用新型通过液气喷射器的抽吸效果，将一次氧吸入喉管，氧气和水溶液在喉管中速度急剧增加，由于液体动能远大于氧气动能，气体和液体产生速度差，液体破碎雾化，与氧气充分接触反应，由于速度很快，部分氧气未来得及反应，利用调节阀控制氧气回流，使未反应的氧气回流至吸入室，在一次氧和水溶液混合后的流体的抽吸力下，再次进入喉管，循环反复，最终实现氧气和溶液的充分吸收。

为了实现氧气和溶液的充分混合，上述两个实施例中可以选择如下优选的方案：

所述喉管面积与动力喷嘴面积比值取值范围为2.5～6.5，具体的值需根据动力液的流量压力、系统背压、氧气的压力等参数，代入能量守恒、动量守恒和质量守恒公式迭代计算得出。

喉管截面积与二级喷嘴截面积之比决定了混合效果，所述喉管面积与二级喷嘴面积比值取值范围为1.75～4.5。

喉管长度一般不小于6倍的喉管直径。

为了保证回收管中的气液能够分离，所述输出管4水平放置，回收管垂直放置。

为了减少能量损失，扩散管内表面光滑，无凸起，扩散角小于4°，最好为3.5°～4°。

由于液气喷射器具有抽吸特性，进入接受室的氧气可以带压，也可以负压。所述喷射管输入端的液体流速为1～5m\/s。经喷嘴后流体流速可达到15m\/s～30m\/s，这是流体通过二次喷嘴时的瞬时流速，流体性质等不变时，主要由二次喷嘴前后的压差决定的。

如图2所示，溶液从N1口喷入，压力一般为0.35～1.0MPa(A),N2口通入一次氧气，气液容积比在0.1中～0.3左右，具体需根据反应时间调节，通过调节回流调节阀的开度，直至混合液体变成乳白色，确定最佳反应时间，出口调节阀调节背压，确保已经反应的液体稳定流出N3口。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

设计图

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