专利名称：一种高效气流分布器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化工单元操作中使用的气流分布器，特别是一种干燥塔用的气流分布器。
在喷雾干燥的设计中，无论采用何种喷雾方式或者选用不同的塔内气流与料雾的混合方式，气流分布器的正确选用与设计是影响喷雾干燥设备性能的一个重要因素。在现有的并流型的压力喷咀雾化的干燥塔中，通常使用的气流分布器有旋流式顶配风气流分布器，轴流式顶配风气流分布器，旋流式侧配风气流分布器等三类。但是这些气流分布器各自存在如下缺点1、旋流式顶配风气流分布器，虽然有一定的旋涡强度，但气流分布不均匀，混合效果不理想，干燥效率较低，需要增大干燥塔的体积。
2、轴流式顶配风气流分布器，虽然气流分布较均匀，但旋涡强度不足，能量传递速率较低，干燥效率较低，同样需要增大干燥塔的体积。另外，在塔顶设置均风装置还需要附加增大干燥塔的体积。
3、旋流式侧配风气流分布器，它类似于旋风分离器的结构，气流的入射角为90°，入射的气体在塔内作旋转运动，虽然结构简单，有一定的旋涡强度，但存在气流分布不匀，气流与料雾的混合效果不理想，干燥效率较低，需要增大干燥塔的体积。通常气旋流式侧配风气流分布器的干燥塔体积很庞大。
由上述可见一个性能优良的气流分布器，不仅需要有良好的气流分布均匀性，而且要有足够的旋涡强度。但现有的气流分布器，不能同时满足良好的气流分布均匀性与足够的旋涡强度要求，要么混合效果不理想，要么能量传递速率较低，从而限制了设备的干燥效率，需要增加干燥塔的体积来解决。
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，设计了一种高效的气流分布器，它可以同时满足良好的气流分布均匀性与足够的旋涡强度，可有效地提高干燥效率，减小干燥塔的体积。
本实用新型的构思是这样的1、在干燥塔塔体的上部周围均布地设置了多个旋流支管，它们由一个主流总管按等流量原则配风，可大大地改善塔内气流分布的均匀性。
2、每个旋流支管入塔气流方向与塔径方向的夹角(简称入射角)均小于90°，使气流直接射向料雾的密集层。改变各旋流支管入塔气流入射角的大小，可使整个料雾的密集层的断面上依次受到直射气流的冲击，可大大提高塔内的有效旋流强度。
本实用新型亦是这样实现的首先根据流体力学原理，确定主流总管内各点流速的变化规律及压力分布，以及各旋流支管中的穿流速度和穿流阻力系数，在这基础上按等流量的配风原则，计算出各旋流支管的流道面积。改变各旋流支管流道的结构与面积，可使气流入塔的速度不同，这样做，既提高了塔内气流分布的均匀性，又增加了气流与料雾接触时的旋涡强度。本实用新型可按下述公式进行设计(PO- Pa)/ 1/2 ρW2in = - Cpi+ ξi(A20)/(N2Ai) (1)Cpi= x［1－(1－iN)2］－λ2πR3Dc［1－(1－iN)3］－ βDc4R(1－iN)2(2)]]>ΣiNAi= kAo (3)]]>式(1)－(3)中各符号分别为A0为主流总管的流道截面积。
Ai为第i个旋流支管的流道截面积。
N为旋流支管(简称支管)的总数，可在3～16范围内选取。
P0为主流总管的来流压力。
Pa为干燥塔操作时的背压。
ρ为气体的密度。
Win为主流总管内气体来流速度。
Cpi为主流总管内各旋流支管处的压力系数。
R为主流总管的弯曲半径。
De为主流总管的直径。
α为动量交换系数。
β为主流总管由于弯曲引起的压力修正系数。
λ为主流总管内的摩擦系数。
κ为比例系数，可在0.7～1.5范围内选取。
ξi为各旋流支管的穿流阻力系数(包括各支管在进出口处的阻力系数以及各支管流道变化的阻力系数和摩擦系数)。
当主流总管结构尺寸及流动参数决定后，选择不同的κ，可以得到各旋流支管入塔气流的平均速度。
根据塔径的大小，选择旋流支管总数N，并根据式(1)和(2)计算出各旋流支管的流道截面积。通常各旋流支管的入塔口设计成长方形管道结构(类似旋风分离器的长方形管道结构)，选择一定的长方形孔口尺寸，有利于气流入塔穿过料雾密集区后重新附壁流动，并保证入塔气流的射流稳定。
其次，按照气流入塔后的射流扩散规律，以及在塔内形成均匀自由涡的原则来设计各旋流支管的入射角度θ，入射角θ为各旋流支管气流入射方向与塔径之间的夹角，可在20°～60°范围内选择，适宜的范围为30°～45°。其变化规律可按下式计算(sinθisinθj)r=ΑjcosθjＡicosθi]]>(4)其中θi为第i个旋流支管的气流入射角。
θj为第j个旋流支管的气流入射角。
Ai为第i个旋流支管的管道截面积。
Aj为第j个旋流支管的管道截面积。
r为干燥塔内旋涡结构参数，通常r＝0.8～1.
i＝1，2，3，……N－1，j＝i＋1.
由于喷雾干燥塔的喷雾要求与塔径有关，入射气流应直射料雾的密集层，显然，气流入射角θ的大小必然与塔径有关。适宜的气流入射方向宜指向塔径D的0.5～0.7倍处，即初始入射角θ1宜为30°，最终入射角θn为45°，中间入射角θi的大小依次可按公式(4)计算得到。反之，如选择好支管总数N，(如N＝4)，以及入射角θ按均分原则取值(如θ1＝30°，θ2＝35°，θ3＝40°，θ4＝45°)，则可以按公式(4)计算得到旋流支管管道截面积之比值，当A1确定后，依次可得到A2，A3，A4(A4＝ A1)，显然A1＞A2＞A3＞A4。因此，当按等流量原则确定旋流支管的配风量后，则入射的气流速度将依次增大，从而大大提高了干燥塔内的旋涡强度与能量传递速率。
下面将结合附图来阐述本实用新型的结构特点。
图1为具有8个旋流支管的气流分布器A－A剖视图。
图2为具有8个旋流支管的气流分布器的结构示意图。
其中1－干燥塔壳体(简称壳体)。
2－干燥塔的压力雾化咀。
3－料雾区。
4－旋流支管。
5－主流总管。
由
图1－2可见本实用新型所说的高效气流分布器是由壳体(1)，多个旋流支管(4)以及一个主流总管(5)组装而成。多个旋流支管的一端分别均布连接在壳体(1)上，另一端则分别连接在主流总管(5)上，并由主流总管按等流量原则配风。多个旋流支管的数量可根据喷雾干燥塔塔径的大小在3－16范围内选取。多个旋流支管的气流入射角θ与通道截面积A按公式(4)所展示的变化规律设计。为了设计与制造上的方便，通常先在20°～60°范围内选定各旋流支管的入射角θ，然后再按公式(4)确定各旋流支管的通道截面积A。
图1－2展示了一个带8个旋流支管的气流分布器。
其中入射角θ在30°～45°范围内按均分原则选择，如第一个旋流支管的气流入射角θ1＝30°；第二个旋流支管的气流入射角θ2＝32°；第三个旋流支管的气流入射角θ3＝34°；第四个旋流支管的气流入射角θ4＝36°；第五个旋流支管的气流入射角θ5＝38°；第六个旋流支管的气流入射角θ6＝40°；第七个旋流支管的气流入射角θ7＝42°；第八个旋流支管的气流入射角θ8＝44。
当入射角θ按递增原则选定后，则可按公式(4)所展示的变化规律来计算各旋流支管的通道截面积。
按照本实用新型的构思与设计原则制作的高效气流分布器，经生产上应用证明具有如下显著优点(1)、气流分布均匀。
(2)、旋涡强度大。
(3)、干燥效率高。
(4)、与现有技术相比，至少可使干燥塔体积减小20～30％。
权利要求1.一种高效气流分布器，其特征在于(1)所说的气流分布器由壳体(1)，多个旋流支管(4)以及一个主流总管(5)组装而成，多个旋流支管的一端均布地连接在壳体(1)上，另一端则分别连接在主流总管(5)上；(2)各旋流支管的气流入射角θ与通道截面积按如下公式( (sinθi)/(sinθj) )r= (Ajcosθj)/(Aicosθi) 所展示的变化规律设计。
2.如权利要求1所述的气流分布器，其特征在于各旋流支管的气流入射角θ按递增原则分别在20°～60°范围内选取。
3.如权利要求1所述的气流分布器，其特征在于各旋流支管的气流入射角按递增原则分别在30°～45°范围内选取。
4.如权利要求1－3之一所述的气流分布器，其特征在于旋流支管的数量可在3－16范围内选取。
专利摘要本实用新型公开了一种高效气流分布器，它主要由壳体(1)，多个旋流支管(4)以及一个主流总管组装而成，多个旋流支管的气流入射角θ与通道截面积A按如下公式所展示的变化规律设计 按照本实用新型的构思与设计原则制作的高效气流分布器，具有气流分布均匀，旋涡强度大，干燥效率高等优点，与现有技术相比，至少可使干燥塔体积减小20～30％。
文档编号F26B21/00GK2197646SQ9322677
公开日1995年5月17日 申请日期1993年12月24日 优先权日1993年12月24日
发明者张至英, 黄发瑞, 孙象兴, 刘伯英 申请人:华东理工大学