一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置的制作方法

本发明涉及多种物料混合实验装置，特别是涉及一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置。

背景技术：

混合是许多过程工业中必不可少的重要单元操作，混合设备在各种过程工业中应用广泛。目前，在过程装备与控制工程、能源与动力工程、油气储运工程、环境工程等专业的实际教学过程中，混合操作及混合设备的重要性没有得到合理的体现，围绕混合设备开展的研究工作相对较少，重要的混合单元设备如静态混合器并不为广大学生所熟知。具体到混合过程的实验研究和实验教学中，目前国内各高校缺乏以混合单元设备为核心的实验装置，即使有，也存在研究功能单一、实验介质流量范围小、搭建后不可改装等缺点。

为了弥补国内各高校相关专业的教学科研中缺少混合单元设备实验装置，特别是缺少静态混合单元设备相关实验装置的现状，开发一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置非常有必要。

技术实现要素：

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置，该装置包括：原料储存模块、计量及动力模块、单路及多路静态混合模块、流场观测模块、已混介质处理模块和拆装式在线清洗模块；

所述原料储存模块与计量及动力模块、单路及多路静态混合模块和已混介质处理模块依次连接；

所述拆装式在线清洗模块分别与所述原料储存模块、计量及动力模块、单路及多路静态混合模块和已混介质处理模块连接；

所述原料储存模块、计量及动力模块、单路及多路静态混合模块、已混介质处理模块和拆装式在线清洗模块之间的连接均采用拆装式连接；

所述流场观测模块设在所述单路及多路静态混合模块侧面，其测量端对应于所述单路及多路静态混合模块，能观测与分析所述单路及多路静态混合模块中的流动及混合状态，该流场观测模块与整个实验装置中的其它模块之间无直接连接关系。

本发明的有益效果为：各模块之间采用拆装式连接，可根据实际需要进行灵活配置和组装，且各模块均可独立出来用于其它实验系统，大大提高了实验设备的利用率。整个实验装置基于模块化设计思想，组装方便灵活，功能多样，操作简单，运行可靠，解决了过程装备与控制工程、能源与动力工程、油气储运工程、环境工程等专业的教学科研中缺乏静态混合单元设备的窘况，为相关专业教师的教学和科研工作提供硬件支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置模块构成示意图；

图2为本发明实施例1提供的实验装置构成示意图；

图3为本发明实施例2提供的实验装置构成示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置，该装置包括：原料储存模块1、计量及动力模块2、单路及多路静态混合模块3、流场观测模块4、已混介质处理模块5和拆装式在线清洗模块6；

所述原料储存模块1与计量及动力模块2、单路及多路静态混合模块3和已混介质处理模块5依次连接；

所述拆装式在线清洗模块6分别与所述原料储存模块1、计量及动力模块2、单路及多路静态混合模块3和已混介质处理模块5连接；

所述原料储存模块1、计量及动力模块2、单路及多路静态混合模块3、已混介质处理模块5和拆装式在线清洗模块6之间的连接均采用拆装式连接；

所述流场观测模块4架设于所述单路及多路静态混合模块3侧面，其测量端对应于所述单路及多路静态混合模块，能观测与分析所述单路及多路静态混合模块中的流动及混合状态，该流场观测模块与整个实验装置中的其它模块之间无直接连接关系。

上述实验装置中，拆装式连接为螺纹连接、卡箍连接、法兰连接中的至少一种。

上述实验装置中，单路及多路静态混合模块3包括：

至少三种不同类型的静态混合器，直管段，三通、弯头、变径等管件，流量调节阀，压降测量仪表等。静态混合器、流量调节阀、压降测量仪表等与直管段、管件之间采用拆装式连接；直管段和三通、弯头、变径等管件之间主要采用焊接方式连接。该模块中的不同类型静态混合器均用透明材质制成。各静态混合器经设有阀门和仪表的管路连接成单路结构，或多个串联结构，或多个并联结构，或串并联混合结构，通过阀门切换，该模块中的不同类型静态混合器，可单个运行，可多个串联运行，可多个并联运行，或串、并联混合运行，以用于混合机理、结构优化、压力降特性、混合效果对比、产能放大规律等相关研究。

上述实验装置中，原料储存模块1包括：

储存容器，如原料液、原料气、气液混合物等实验原料的储存容器，储存容器上设有安全阀，压力表，加料口、液位计和排污阀，与这些储存容器相连的增压泵或压缩机的入口管路和旁通管路。安全阀、压力表、加料口、液位计和排污阀均与储存容器之间采用拆装式连接；增压泵或压缩机的入口管路及旁通管路，与相应储存容器之间采用焊接方式连接；但增压泵或压缩机的入口管路、旁通管路上的调节阀、压力表等，通过拆装式连接进行安装。该模块中的储存容器可根据具体要求进行灵活设置和组配，从而拓宽实验装置的功能范围。

上述实验装置中，计量及动力模块2包括：

液体增压泵及其进/出口管路和旁通管路，气体压缩机及其进/出口管路和旁通管路，管路上设有流量计，压力表，调节阀和止逆阀等。该液体增压泵、气体压缩机、流量计、压力表、调节阀和止逆阀与相邻管段、管件之间采用拆装式连接。该模块可以计量及输送液相介质、气相和液相混合介质、气相介质。

上述实验装置中，流场观测模块4采用激光多普勒测速系统，或者其他能采集流场图像的观测与分析设备，借助该模块可以非接触方式观测和分析所述单路及多路静态混合模块3中的流动及混合情况。

上述实验装置中，已混介质处理模块5可采用：

能对混合物料进行分离、再加工、深度利用等的设备中的任一种设备，比如沉降罐、离心机、油水分离器、反应器、燃烧器中的一种或几种。该模块与单路及多路静态混合模块3之间采用拆装式连接。该模块内部的主要设备、阀门和仪表，与相应管段、管件之间也采用拆装式连接。如果该模块采用沉降罐、离心机、油水分离器等分离设备，则可通过增加泵送系统，将分离后的物料打回原料储存模块1中的相应原料储存容器，从而实现物料循环利用。

上述实验装置中，拆装式在线清洗模块6由清洗剂注入系统、清洗液配制罐含搅拌装置、清洗液增压泵、调节阀、止逆阀、输送管路和回收管路(即管路系统)、密闭式残液储槽等连接组成。其中，所述清洗剂注入系统与清洗液配制罐连接；清洗液配制罐与输送管路连接，输送管路上分别设置所述清洗液增压泵、调节阀和止逆阀，所述输送管路另一端为连接各模块的模块清洗连接端；所述密闭式残液储槽与回收管路连接，回收管路另一端为连接各模块的残液回收连接端；上述各部件之间的连接均采用拆装式连接。

具体的，清洗液配制罐通过接口或管路，以拆装式连接方式连接在清洗液注入系统和清洗液增压泵之间。该模块与原料储存模块1、计量及动力模块2、单路及多路静态混合模块3、已混介质处理模块5之间均采用拆装式连接。使用时，不同的清洗液组分，比如除油剂、洗洁精、醋酸溶液等，通过清洗液注入系统，加入到清洗液配制罐中，配好的清洗液由清洗液增压泵输送到需要清洗的模块、设备或管路中，借助冲刷、浸泡和人工清洗等方式，实现当前实验装置的在线清洗，清洗之后的残液排入密闭式残液储槽中。该模块还能独立出来，接到其它实验装置中，用于实验后的在线清洗维护。

本发明提供一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置，基于模块化设计思想设计，由原料储存模块、计量及动力模块、单路及多路静态混合模块、流场观测模块、已混介质处理模块和拆装式在线清洗模块连接而成，各模块可根据实际需要进行灵活配置和组装，且所述各模块均可独立出来用于其它实验装置，其它实验装置中对混合物料进行分离、再加工、深度利用等的实验设备，比如沉降罐、离心机、油水分离器、反应器、燃烧器等，均可作为已混介质处理模块，方便地组合进该基于静态混合器的多功能模块化实验装置。

上述实验装置中，单路及多路静态混合模块是核心。原料储存模块是由原料液、原料气、混合液等的储存容器构成的功能单元；计量及动力模块是由实验装置中提供流体动力的增压泵、压缩机、流量计、压力表等组成，可以计量及输送液相介质、气相和液相混合介质、气相介质；单路及多路静态混合模块包含不少于三种不同类型的静态混合器，这些不同类型的静态混合器可单个运行，可多个串联运行，可多个并联运行，以用于混合机理、结构优化、压力降特性、混合效果对比、产能放大规律等相关研究；拆装式在线清洗模块由清洗剂注入系统、清洗液配制罐、增压泵、调节阀、管路系统、密闭式残液储槽等组成，能实现当前实验装置的在线清洗，且能独立出来用于其它实验设备的清洗维护。整个实验装置中各主要设备之间均采用螺纹、卡箍、法兰等拆装式连接方式进行连接，从而保证了整个实验装置中不同模块或者不同设备均可根据实际需要进行灵活组配或更换，或者独立出来用于其它实验装置。

利用该装置，可按具体实验要求将不同模块进行灵活集成，从事静态混合器结构优化研究、静态混合器对新介质的适用性研究、静态混合器产能放大规律研究等多方面的科研工作。利用该装置，亦可通过改变静态混合器的类型及规格、改变实验介质的具体流通路径、改变进行混合的物料等，从事与混合单元操作相关的教学工作。

本发明实验装置具有如下优点和效果：

(1)各模块可根据实际需要进行灵活设计、配置和组装，且各模块均可独立出来用于其它实验系统，从而大大提高实验设备的利用率。

(2)原料储存模块中的储存容器可根据具体要求进行灵活组配，从而拓宽实验装置的功能范围。

(3)计量及动力模块中的流体增压设备可以是泵，可以是压缩机，根据实验介质的相态、种类和性质来定。

(4)单路及多路静态混合模块包含多种不同类型的静态混合器，这些不同类型的静态混合器可单个运行，可多个串联运行，可多个并联运行，以用于混合机理、结构优化、压力降特性、混合效果对比、产能放大规律等相关研究。

(5)已混介质处理模块不是固定不变的，其它实验装置中对混合物料进行分离、再加工、深度利用等的实验设备，比如沉降罐、离心机、油水分离器、反应器、燃烧器等，均可作为已混介质处理模块，方便地组合进该基于静态混合器的多功能模块化实验装置。如果该模块采用沉降罐、离心机、油水分离器等分离设备，则可通过增加泵送系统，将分离后的物料打回原料储存模块1中的相应原料储存容器，从而实现物料循环利用。

(6)拆装式在线清洗模块能实现基于静态混合器的多功能模块化实验装置的在线清洗，且能独立出来接到其它实验装置中，进行实验设备的清洗维护。

(7)原料储存模块、计量及动力模块、单路及多路静态混合模块和已混介质处理模块的各模块内部，以及各模块之间，均可通过添加可单独控制的管路，来实现对不同原料的不同混合操作，并实现原料的循环利用。

(8)整个实验装置基于模块化设计思想，组装方便灵活，功能多样，操作简单，运行可靠，解决了过程装备与控制工程、能源与动力工程、油气储运工程、环境工程等专业的教学科研中缺乏静态混合单元设备的窘况，为相关专业教师的教学和科研工作提供硬件支撑。

下面结合具体实施例对本发明的实验装置作进一步说明。

实施例1

如图2所示，本实施例给出了一种基于静态混合器的多功能模块化实验装置的一个具体实施例，该实验装置中，原料储存模块包含三个液体原料罐21、22、23；计量及动力模块由三台离心泵211、212、213、玻璃转子流量计(图2中未示意出)和必要的阀门管路系统构成；单路及多路静态混合模块由6条并联的支路构成，每条支路安装一个静态混合器(即静态混合器221至226)，每个静态混合器都用透明材料制作，通过阀门切换可以实现静态混合器的单路运行和多路并联运行，流场观测模块23是一套激光多普勒测速系统(piv系统)；已混介质处理模块是一个残液收集罐24，拆装式在线清洗模块由1号原料罐21、1号离心泵211、残液收集罐2及被清洗的设备和管路组成。

本实施例的实验设备中，各主要设备之间均采用螺纹、卡箍、法兰等拆装式连接方式进行连接，从而保证了整个实验装置中不同模块或者不同设备均可根据实际需要进行灵活组配或更换。利用该实验装置可以进行1种介质在不同静态混合器中流动时的流型观测实验和压降特性实验，可以进行2～3种介质在不同静态混合器中的混合效果对比实验、压降特性实验、静态混合器结构优化实验和产能放大实验。充分体现了该实验装置的多功能、模块化特点。

实施例2

如图3所示，本实施例给出了基于静态混合器的多功能模块化实验装置的另一个具体实施例，该实验装置中，原料储存模块包含三个液体原料罐31、32、33；计量及动力模块由三台离心泵311、312、313及相应的阀门、仪表、管路系统构成；单路及多路静态混合模块中包含四个静态混合器321、322、323、324，右侧的三个静态混合器322、323、324通过阀门切换可以单个运行、多个串联运行和多个并联运行，左侧的静态混合器321与右侧的三个静态混合器整体上呈串联关系，每个静态混合器321、322、323、324都用透明材料制作；流场观测模块34是一套激光多普勒测速系统(piv系统)；已混介质处理模块主要由一个混合液回收罐351、一个重力沉降罐352，及泵送系统353构成，可以实现实验原料的循环利用；拆装式在线清洗模块由清洗剂注入系统361(分别设有清水入口、清洗液一入口、清洗液二入口)、清洗液配制罐362、增压泵363、调节阀、管路系统、密闭式残液储槽364等组成，能实现各设备、各模块的定点在线清洗，且能独立出来用于其它实验设备的清洗维护。

本实施例的实验装置中，各主要设备之间均采用螺纹、卡箍、法兰等拆装式连接方式进行连接，从而保证了整个实验装置中不同模块或者不同设备均可根据实际需要进行灵活组配或更换。利用该实验装置可以进行1种介质在不同静态混合器中流动时的流型观测实验和压降特性实验，可以进行2～3种介质在不同静态混合器中的混合效果对比实验、压降特性实验、静态混合器结构优化实验和产能放大实验。充分体现了该实验装置的多功能、模块化特点。

本发明的实验装置采用模块化设计，组装方便灵活，功能多样，操作简单，运行可靠，解决了过程装备与控制工程、能源与动力工程、油气储运工程、环境工程等专业的教学科研中缺乏静态混合单元设备的窘况，为相关专业教师的教学和科研工作提供硬件支撑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。