一种管道式气液混合器的制作方法

1.本发明涉及气液混合领域，具体为一种管道式气液混合器。


背景技术：

2.管道气液混合器是各工业领域常用的气液混合装置，其原理是利用喉嘴处高速水流形成的负压将气体吸入喉嘴，通过喉嘴和扩散管内的水流将气体切割成大量气泡，增加气液接触面积，实现气液混合溶解的目的。
3.传统管道式气液混合器连接喉嘴的进气口尺寸较大，其目的是减少气体管路阻力，减少真空度的消耗，同时需要较高的喉嘴流速，以实现更大气液比的进气效果；然而，上述措施导致气体连续相被液相切割时形成的气泡尺寸较大，一般在毫米级甚至厘米级，气体分散不佳，同时，大气泡还会影响喉嘴和扩散管前段的流场，造成额外水力损失。
4.鉴于此，本发明提供了一种管道式气液混合器，该装置将喉嘴进气口设计为彼此加紧的喉嘴夹件之间均匀分布的狭小缝隙，气体作为分散相进入连续液相时，被喉嘴夹件组喉嘴孔内的高速水流切割为亚毫米甚至微米级气泡，显著增加了总气液接触面积，提高了气液传质效率，适用于各种气液管道混合工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种管道式气液混合器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种管道式气液混合器，其特征在于，其包括进水连接件、出水连接件和由若干个喉嘴夹件构成的喉嘴夹件组。
8.其中，进水连接件为圆柱形结构，一端面设有与进水管路密封连接的进水接口，另一端面称为进水连接件贴合面；进水连接件贴合面上设有一个高度hi，外径di，与进水连接件同轴的圆柱形凸台，称为进水连接件凸台；凸台一端面与进水连接件贴合面处于同一平面内，另一端面称为进水连接件凸台面；进水连接件凸台面与进水接口之间设有圆形截面水通路，该水通路直径沿水流方向逐渐变小至d
in
，再保持不变，d
in
称为进水喉嘴直径，且d
in
《di；进水连接件还设有若干个以进水连接件对称轴为中心轴成环形阵列分布的螺栓孔；
9.其中，出水连接件为圆柱形结构，一端面设有与出水管路密封连接的出水接口，另一端面称为出水连接件贴合面，出水连接件贴合面设有一个深度hf，外径df，与出水连接件同轴的圆柱形凹槽，称为喉嘴夹件固定槽，喉嘴夹件固定槽底面上设有一个高度ho(ho《hf)，外径do(do《df)，与出水连接件同轴的圆柱形凸台，称为出水连接件凸台，凸台一端面与喉嘴夹件固定槽底面处于同一平面内，另一端面称为出水连接件凸台面；出水连接件凸台面与出水接口之间设有圆形截面水通路，该水通路直径沿水流方向先保持d
on
不变，再逐渐变大，直径d
on
称为出水喉嘴直径，且d
on
《do；出水连接件贴合面上还设有密封圈凹槽；出水连接件侧壁还设有进气管路接口，进气管路接口通过进气通孔与喉嘴夹件固定槽连通；出水连接
件还设有若干个以出水连接件对称轴为中心轴成环形阵列分布的螺栓孔；
10.其中，喉嘴夹件为圆柱状结构，高度hs，直径d
so
，设有与喉嘴夹件同轴、贯穿两端面的通孔，直径d
si
，称为喉嘴孔；另设有若干个以喉嘴夹件对称轴为中心轴成环形阵列分布的、贯穿喉嘴夹件两端面的通孔，直径dg，称为气孔；喉嘴夹件的一个端面称为进气端面，其上设有若干个连接喉嘴孔和气孔的凹槽，称为进气槽；喉嘴夹件圆柱面上还设有用于放置密封o型圈的环形凹槽；喉嘴夹件还设有贯穿喉嘴夹件两端面的螺纹定位孔；进气端面同方向放置的、同轴紧密贴合在一起、通过依次贯穿若干个喉嘴夹件螺纹定位孔的定位螺栓连接的若干个喉嘴夹件构成喉嘴夹件组。
11.喉嘴夹件组放置于喉嘴夹件固定槽内，通过若喉嘴夹件环形凹槽内o型圈实现喉嘴夹件组与喉嘴夹件固定槽内壁之间的密封；喉嘴夹件组总高度等于h
f-ho，两个端面分别与进水连接件凸台面和出水连接件凸台面紧密连接；
12.进水连接件和出水连接件通过贯穿进水连接件螺栓孔和出水连接件螺栓孔的紧固螺栓压紧，进水连接件贴合面和出水连接件贴合面相对，且存在高度为hi的间隙，两贴合面之间利用出水连接件贴合面凹槽内的o型密封圈密封连接。
13.进一步地，进气槽宽度在0.1mm-5mm，深度在0.01-0.1mm，长度在2-10mm；
14.进一步地，喉嘴夹件的高度hs在1mm-3mm，直径d
so
《df；
15.进一步地，出水连接件凸台高度ho》2mm，外径do《df，且喉嘴夹件固定槽底面、喉嘴夹件固定槽内壁、喉嘴夹件组非进气端面和出水连接件凸台外壁所围成了空间的体积满足气体在该空间的停留时间》0.02s；
16.进一步地，通过控制喉嘴夹件气孔直径dg和数量，保证气孔内的气体流速《20m/s；
17.进一步地，出水喉嘴直径d
on
≥喉嘴孔径d
si
≥进水喉嘴直径d
in
；水流经喉嘴夹件组喉嘴孔时，流速在5-25m/s；
18.进一步地，喉嘴夹件的两个端面、进水连接件凸台面和出水连接件凸台面的表面粗糙度不高于ra1.6；
19.进一步地，进水连接件凸台面高度hi为0.05-0.2mm。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该装置将喉嘴进气口设计为彼此加紧的喉嘴夹件之间均匀分布的狭小缝隙，气体作为分散相进入连续液相时，被喉嘴夹件组喉嘴孔内的高速水流切割为亚毫米甚至微米级气泡，显著增加了总气液接触面积，提高了气液传质效率，适用于各种气液管道混合工艺。
附图说明
21.图1为本发明的整体结构示意图。
22.图2为本发明的爆炸结构示意图。
23.图3为进水连接件结构示意图。
24.图4为出水连接件结构示意图。
25.图5为喉嘴夹件结构示意图。
26.图6为喉嘴夹件组整体结构示意图。
27.图7为本发明的剖面结构示意图。
28.图中序号：1为进水连接件，11为进水螺纹接口，12为收缩水通路，13为等径水通
路，14为进水连接件贴合面，15为进水连接件凸台，16为进水连接件凸台面，17为进水连接件螺栓孔；
29.2为出水连接件，21为出水螺纹接口，22为扩张水管路，23为等径水管路，24为出水连接件贴合面，25为出水连接件凸台，26为出水连接件凸台面，27为出水连接件螺栓孔，28为密封圈凹槽，29为喉嘴夹件固定槽，210为进气通孔，211为进气管路螺纹接口；
30.3为喉嘴夹件组，由3a,3b,3c,3d四个结构相同的喉嘴夹件和定位螺栓31组成，以喉嘴夹件3a为例，其包括密封圈凹槽3a1，喉嘴孔3a2，进气槽3a3，气孔3a4，o型圈3a5，定位螺纹孔3a6，进气端面3a7；
31.4为o型密封圈；
32.51为紧固螺栓，52为垫片，53为弹垫，54为紧固螺帽；
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.请参阅图1-图7所示，本发明提供的一种管道式气液混合器实施例1：
37.喉嘴夹件3a,3b,3c,3d为结构相同的不锈钢薄圆柱，以喉嘴夹件3a为例，高度hs为1.5mm，直径d
so
为19.8mm，进气端面3a7上设有6个深度100μm，宽1.5mm，长5mm的进气槽3a3，两个端面之间设有直径d
si
为4.8mm的喉嘴孔3a2，6个直径dg为2mm的气孔3a4和1个直径3mm定位螺纹孔3a6；喉嘴孔3a2和6个气孔3a4通过6个进气槽3a3相连通；密封圈凹槽3a1内安装有密封圈3a5。
38.将喉嘴夹件3a,3b,3c,3d的进气端面朝上，彼此同轴放置在一起，通过依次贯穿3a,3b,3c,3d定位螺纹孔3a6,3b6,3c6,3d6定位螺栓31固定在一起，形成喉嘴夹件组3。
39.喉嘴夹件组3置于喉嘴夹件固定槽29内，喉嘴夹件固定槽29直径df为20mm，深度hf为9mm；喉嘴夹件组3的底面与高度ho为3mm，外径do为10.8mm的出水连接件凸台25的出水连接件凸台面26相接；通过密封圈3a5,3b5,3c5,3d5实现喉嘴夹件3a,3b,3c,3d与喉嘴夹件固定槽29内壁之间的密封。
40.进水连接件1和出水连接件2通过贯穿进水连接件螺栓孔17和进水连接件螺栓孔
27的紧固螺栓51、垫片52，弹垫53和紧固螺帽54紧固在一起；使得进水连接件凸台面16和出水连接件凸台面26将喉嘴夹件组3上下压紧，同时，进水连接件贴合面14和出水连接件贴合面24之间通过压紧密封圈凹槽28内的密封圈4实现密封；由于进水连接件凸台15的存在，进水连接件贴合面14和出水连接件贴合面24保持距离hi＝0.2mm的缝隙，以防止由于加工误差导致进水连接件凸台面16和出水连接件凸台面26无法将喉嘴夹件组3上下压紧。
41.管道式气液混合器使用时，将进水管路、出水管路和进气管路分别连接进水管路螺纹接口11、出水管路螺纹接口21和进气管路螺纹接口211。其中，进水管路水流量10lpm，压力0.3mpa，水流通过进水管路螺纹接口11依次进入收缩管路12，等径管路13(其直径为进水喉嘴直径d
in
＝4.8mm)，再依次通过喉嘴件3a,3b,3c,3d的喉嘴孔3a2,3b2,3c2,3d2，(其直径为进水喉嘴直径d
si
＝4.8mm)进入出水连接件2的等径管路23(其直径为出水喉嘴直径d
on
＝4.8mm)、扩张管路22和出水螺纹接口21最终排入出水管路，其中，喉嘴夹件组3喉嘴孔内水流流速为9m/s；
42.收到喉嘴夹件组3喉嘴孔内形成的负压，进气管路内的0.3mpa，流量1slpm空气经过进气管路螺纹接口211和直径3mm的进气通路210进入喉嘴夹件固定槽29底面、喉嘴夹件固定槽29内壁、喉嘴夹件组3非进气端面和出水连接件凸台外壁所围成了空间，且在该空间停留的时间约为0.15s；
43.进一步地，气体进入6个直径dg为2mm的气孔内，且在气孔内的流速约为0.2m/s，再进入喉嘴夹件3a,3b,3c,3d的进气槽3a3,3b3,3c3,3d3内，最终进入喉嘴夹件组3内，被高速水流剪切，形成大量亚毫米或微米级气泡，并最终从出口管路排出。
44.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该装置将进气口设计为多个沿水流方向均匀分布的狭小缝隙，进气在喉嘴处形成亚毫米甚至微米级气泡，增加了气液相接触总面积，提高气液混合效率，降低能耗。
45.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。