用于反应釜的蒸汽喷嘴和包括蒸汽喷嘴的反应釜的制作方法

1.本实用新型总体涉及反应釜技术领域，尤其涉及用于反应釜的蒸汽喷嘴，以及使用这种蒸汽喷嘴的反应釜。


背景技术：

2.在聚合反应工艺，例如丙烯酸聚合反应工艺中需要使用蒸汽进行加热，个别产品还需要用蒸汽进行汽提。
3.当前，聚合反应釜例如丙烯酸聚合反应釜一般在底部采用常见的市售直喷蒸汽管，蒸汽进口向上，进汽方向垂直于反应釜底部。反应釜的搅拌器采用搅拌轴较长的板框式搅拌器，直喷蒸汽管(例如在5bar的蒸汽压力下)进蒸汽时对搅拌器和反应釜内的其他构件的冲击大，蒸汽与反应釜内的物料溶液混合过程中会产生汽锤，使反应釜及其内部的构件及釜内物料产生较大震动和翻滚。这样的震动可能会造成连接管件断裂，搅拌轴的密封容易损坏，需要经常维修，既提高了成本又耽误了生产。汽锤和蒸汽在反应釜内的快速流动还会使操作现场有较大的噪音，分贝值有时超过80db。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种用于反应釜的蒸汽喷嘴，其采用多方位进汽结构设计，进汽平缓，不仅能够使蒸汽与反应釜内的物料混合均匀并且还能减轻对反应釜内构件的冲击和震动。
5.为此，本实用新型提供一种用于反应釜的蒸汽喷嘴，该蒸汽喷嘴包括：喷嘴本体，该喷嘴本体具有第一端和相对的第二端，以及在该第一端和该第二端之间延伸的内部腔室和纵向中心轴线，其中所述内部腔室在该第二端处敞开；和靠近该第一端设置在所述喷嘴本体中的n组喷孔，所述n组喷孔沿所述纵向中心轴线间隔开地布置并与所述内部腔室流体连通，其中n为≥2的整数，并且所述n组喷孔中的每一组喷孔在垂直于所述纵向中心轴线的同一个平面内沿所述喷嘴本体的周向分布；其中，所述n组喷孔布置成相对于所述纵向中心轴线倾斜，并且所述n组喷孔中最接近该第一端的第一组喷孔与该纵向中心轴线的第一夹角为45
°
，所述n组喷孔中最远离该第一端的第n组喷孔与该纵向中心轴线的第n夹角小于等于135
°
，并且所述第n夹角大于第n-1夹角，其中该第n-1夹角为所述n组喷孔中的第n-1组喷孔与该纵向中心轴线的夹角。
6.通过将n组喷孔在喷嘴本体中如此布置，能够使喷出的蒸汽比较平缓，n取决于喷嘴本体的长度，每组喷孔的数目取决于喷嘴本体的周向尺寸。当n的数值比较大时，从蒸汽喷嘴喷射出的蒸汽能够以近似球形的分布进入反应釜内，这种全方位蒸汽喷射可以使喷射范围更广更均匀，提高喷射效率，降低蒸汽进汽时对设备的冲击和釜内物料的翻滚程度，降低现场作业产生的噪音。
7.根据本实用新型的一个优选方案，喷嘴本体可以为圆柱形，在所述喷嘴本体的外周面上相应地设有n个环形槽，每个所述环形槽对应一组喷孔，所述环形槽具有第一侧面和
垂直于该第一侧面的第二侧面并且具有v形的横截面，其中所述环形槽构造成使得该第二侧面垂直于所述喷孔的中心轴线，并且所述喷孔的蒸汽出口处于该第二侧面中。提供这样的环形槽可以对从喷孔喷射出的蒸汽起到导流的作用，能够使进气更平缓。
8.在一个优选方案中，每组所述喷孔包括在垂直于所述纵向中心轴线的同一个平面内沿所述喷嘴本体的周向均匀分布的18-24个喷孔，例如24个喷孔。
9.根据本实用新型的一个优选方案，每个所述喷孔为圆孔，并且述n组喷孔中相邻两组喷孔的孔径是不同的。因为如果所有蒸汽喷孔的孔径尺寸相同，蒸汽进汽时会对反应釜内的构件造成较大冲击，使得釜内物料翻滚剧烈，与釜内物料的混合效果也会下降，现场噪音大。通过将相邻两组喷孔的孔径选择成不相同，则可以避免产生上述不良效果。
10.根据本实用新型的一个优选方案，所述n组喷孔中的奇数组喷孔可具有第一孔径，所述n组喷孔中的偶数组喷孔可具有第二孔径，其中该第二孔径不同于该第一孔径。这种喷孔的孔径交替分布的设计可以使蒸汽以不同速度进入反应釜内，降低蒸汽进汽时对设备的冲击和釜内物料的翻滚程度，同时可使蒸汽与反应釜内物料混合更加均匀，提高蒸汽加热速率和汽提效果。
11.应当理解，对于根据本实用新型的蒸汽喷嘴来说，喷孔孔径的选择取决于反应釜内物料的粘度，孔径的大小要选择成当釜内物料冷却时，蒸汽喷嘴上粘附的物料不会堵塞喷孔。例如，当所述反应釜用于进行丙烯酸聚合反应时，反应釜内的丙烯酸聚合产品的粘度为约50mpa
·
s，在这种粘度环境中，所述第一孔径例如可以选择为3.5mm，所述第二孔径例如可以选择为3.4mm。这里的尺寸选择仅仅是示例性的，根据需要，可以选择其它合适的孔径尺寸。
12.根据本实用新型的一个优选方案，所述n组喷孔可以包括沿所述纵向中心轴线均匀地间隔开的九组喷孔，其中所述第一组喷孔与该纵向中心轴线的第一夹角至第七组喷孔与该纵向中心轴线的第七夹角依次增加5
°
，该第七组喷孔与该纵向中心轴线的第七夹角至第九组喷孔与该纵向中心轴线的第九夹角依次增加15
°
。即第一组喷孔至第九组喷孔的取向(即喷孔的中心轴线)与喷嘴本体的纵向中心轴线之间的夹角分别为45
°
、50
°
、55
°
、60
°
、65
°
、70
°
、75
°
、90
°
和105
°
。九组、或者说九圈蒸汽喷孔的这样的角度设计使喷出的各方向蒸汽以较缓和的速度，按近似球形的分布进入反应釜内。并且第九组的喷孔角度如此选择，使得当蒸汽喷嘴竖直向上布置时，这一组的喷孔方向是向下的，从而避免产生蒸汽不能到达的物料死区，使蒸汽与物料具有更好的混合效果。
13.根据本实用新型的一个方案，在该喷嘴本体的所述第二端设有连接凸缘，用于与外部蒸汽管道相连接，使外部蒸汽进入蒸汽喷嘴中。
14.本实用新型还提供了一种反应釜，其包括具有底部和侧壁的釜体和安装至该底部并延伸入所述反应釜内部的至少一个上述蒸汽喷嘴。
15.根据本实用新型的一个方案，还包括搅拌器，所述蒸汽喷嘴布置在所述底部的靠近所述侧壁的位置，使得当该搅拌器转动时不接触所述蒸汽喷嘴。
16.根据本实用新型的蒸汽喷嘴和包含这种蒸汽喷嘴的反应釜具有以下效果中的至少之一：进汽平缓，降低了蒸汽对反应釜内的设备的冲击和釜内物料翻滚程度，可适用于不同批量产品的生产；釜内设备震动情况大幅降低，例如管道震动可以由37.4mm/s降至0.02mm/s；搅拌轴机封损坏次数减少，设备安全性提高，节约维修费用和生产时间，提高生
产效率，且现场噪音分贝值降低(由80db降至60-70db)。蒸汽喷嘴的多方位/全方位进汽的结构设计使蒸汽与反应釜内物料混合均匀，提高了使用蒸汽加热物料和汽提的速率；降低蒸汽用量，节约夹套加热费用和蒸汽费用，节约加热时间。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
18.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的蒸汽喷嘴的剖视图；
19.图2为图1所示的蒸汽喷嘴的出口端的放大图；和
20.图3为包含根据本实用新型的蒸汽喷嘴的反应釜的示意图。
具体实施方式
21.下面将参照附图并通过实施例来描述根据本实用新型实现的蒸汽喷嘴。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本实用新型并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。
22.图1示出了根据本实用新型的用于反应釜的蒸汽喷嘴1的一个实施例。从图中可以看出，该蒸汽喷嘴1具有圆柱形的喷嘴本体2，该喷嘴本体2具有第一端21(也可称为出口端)和相对的第二端22(也可称为连接端)、以及在该第一端和第二端之间延伸的圆柱形内部腔室20和纵向中心轴线23。该第二端22例如可设有连接凸缘220，用于与外部蒸汽管道(未示出)相连接，使外部蒸汽进入蒸汽喷嘴1中。其中该内部腔室20在第一端的端面处封闭，在第二端的端面处敞开。该蒸汽喷嘴1还包括靠近第一端21设置在喷嘴本体2中的n组(圈)喷孔，来自外部蒸汽管道的蒸汽从内部腔室经由喷孔进入反应釜内。在该实施例中，n＝9，这9(九)组(圈)喷孔沿着所述纵向中心轴线23基本等距地间隔开布置，并且与所述内部腔室20流体连通。每一组喷孔均在垂直于所述纵向中心轴线的同一个平面内沿喷嘴本体2的周向分布。并且，同一组中的喷孔优选等间距布置，并且喷孔优选为圆形孔，或者说是圆柱形孔。应当理解，这九组喷孔沿纵向中心轴线不等间距地间隔开布置也是可行的，同样涵盖在本技术的范围内。
23.尤其参见图2，在该实施例中，9组喷孔可以布置成相对于所述纵向中心轴线23倾斜，使得最接近该第一端21的第一组喷孔31与该纵向中心轴线23的第一夹角α1为45
°
，而最远离该第一端21的第九组喷孔39与纵向中心轴线23第九夹角α9为105
°
，而第二组喷孔32、第三组喷孔32、第四组喷孔34、第五组喷孔35、第六组喷孔36、第七组喷孔37和第八组喷孔38与纵向中心轴线23的夹角分别为50
°
(α2)、55
°
(α3)、60
°
(α4)、65
°
(α5)、70
°
(α6)、75
°
(α7)和90
°
(α8)。在这里，喷孔与纵向中心轴线23的夹角实际上是喷孔的中心轴线3(或者说喷孔的蒸汽喷出方向)与喷嘴本体2的纵向中心轴线的夹角。
24.这九组蒸汽孔的角度如此设计，使喷出的各方向蒸汽以较缓和的速度，按近似球形的分布进入反应釜内。这种全方位蒸汽喷射可以使喷射范围更广更均匀，提高喷射效率，
降低蒸汽进汽时对设备的冲击和釜内物料的翻滚程度，降低现场操作产生的噪音。并且第九组的喷孔39的角度选择为105
°
，使得当蒸汽喷嘴竖直向上布置时，这一组的喷孔方向是向下的，从而避免产生蒸汽不能到达的物料死区，更好地蒸汽与物料的混合效果。
25.在实践中发现，如果第一组喷孔与纵向中心轴线的夹角如果较大，例如大于45
°
，则蒸汽由其进入反应釜时会对反应釜内的构件或设备造成较大冲击，使釜内物料翻滚剧烈，现场噪音大。
26.应当理解，在图示的示例中，n选择为9仅仅是一个优选的示例性数值。根据蒸汽喷嘴1的长度，可以选择或多或少的喷口组数，例如五组、七组、八组、十组或十一组，并且从第一组喷口到第n组喷口，每组喷口与纵向中心轴线的夹角可以均匀地增加，同样涵盖在本技术的范围内。例如，可以选择十组喷孔，第一组喷孔与纵向中心轴线的夹角为45
°
，下一组比上一组依次增加10
°
，第十组喷孔与纵向中心轴线的夹角为135
°
。如此配置，同样能够实现蒸汽喷嘴的全方位蒸汽喷射，使喷射范围更广更均匀，提高喷射效率，降低蒸汽进汽时对设备的冲击和釜内物料的翻滚程度，降低现场操作产生的噪音。
27.再次参见图2，优选地，在圆柱形的喷嘴本体2的外周面上设有九个环形槽4，每个环形槽4对应一组喷孔，该环形槽例如具有v形的横截面，并且，该环形槽具有第一侧面41和第二侧面42，该第一侧面垂直于该第二侧面。从图中可以看出，喷孔或者说喷孔的中心轴线3垂直于第二侧面42，并且喷孔的蒸汽出口处于该第二侧面42中，使得从喷孔出来的蒸汽平行于该第一侧面41。也就是说，环形槽4的第一侧面41对喷出的蒸汽起到导流的作用，从而使喷出的蒸汽更平缓。
28.在图1和图2所示的实施例中，圆柱形喷嘴本体的直径为48mm时，每一组的喷孔的数目可以选择为24个。应当理解，每组喷孔的数目可以根据圆柱形喷嘴本体的尺寸进行选择，每组喷孔可以选择多于24个或者少于24个。并且，喷孔的形状除了圆形之外，也可以选择其它合适的形状，例如横截面为椭圆形、方形等，均涵盖在本技术的范围内。
29.并在本实用新型中，n组喷孔中的相邻两组喷孔的孔径优选是不同的。因为，如果所有的蒸汽喷孔尺寸大小相同，则蒸汽进汽时会对反应釜及其内部的构件造成较大冲击，使釜内物料翻滚剧烈，与釜内物料的混合效果也会下降，现场噪音大。
30.并且，优选地，所述n组喷孔中的奇数组喷孔具有第一孔径，所述n组喷孔中的偶数组喷孔具有第二孔径，其中该第二孔径不同于该第一孔径。具体来说，在图2所示的实施例中，第一组喷孔31、第三组喷孔32、第五组喷孔35、第七组喷孔37和第九组喷孔39具有相同的第一孔径，第二组喷孔32、第四组喷孔34、第六组喷孔36和第八组喷孔38具有相同的第二孔径。这种蒸汽喷孔的直径大小交替分布的设计可以使蒸汽以不同速度进入反应釜内，降低蒸汽进汽时对设备的冲击和釜内物料的翻滚程度，同时可使蒸汽与反应釜内物料混合更加均匀，提高蒸汽加热速率和汽提效果。
31.并且，当反应釜用于进行丙烯酸聚合反应时，反应釜内的丙烯酸聚合产品粘度约为50mpa
·
s，这种情况下，第一孔径可以选择为3.5mm和第二孔径可以选择为3.4mm，或者反过来，第一孔径可以选择为3.4mm和第二孔径可以选择为3.5mm。喷孔的孔径尺寸如此选择，能够适应丙烯酸聚合产品的粘度环境，当釜内物料冷却时，喷嘴上黏附的物料不会堵塞蒸汽孔。在实践中发现，对于反应釜内为丙烯酸聚合产品的情况来说，若蒸汽孔喷孔的孔径大于3.5mm，蒸汽经蒸汽喷孔进入反应釜的速度降低，与釜内物料混合效果下降，现场噪音大；
若蒸汽喷孔的孔径小于3.4mm，丙烯酸聚合产品会堵塞管孔，蒸汽无法进入反应釜。然而，应当理解，喷孔的孔径选择取决于反应釜内的粘度环境，以上数值和粘度环境仅仅是示例性的，根据粘度的大小，可以选择其它合适的孔径尺寸，同样涵盖在本技术的范围内。例如，如果物料粘度较低，可以考虑再减小孔径；如果物料的粘度较高，则可以考虑增大孔径，如此一来，喷孔的数目也应做相应的调整。
32.图3示出了安装有根据本实用新型的蒸汽喷嘴1的反应釜装置11的结构示意图。如图所示，反应釜100，尤其是丙烯酸聚合反应釜可包括具有侧壁111和圆弧形底部110的釜体120，搅拌器130，和安装至所述圆弧形底部110并延伸入所述反应釜100内部的蒸汽喷嘴1。在实施例中，所述蒸汽喷嘴1布置在圆弧形底部110的靠近侧壁111的位置，使得当该搅拌器转动时不接触所述蒸汽喷嘴，其中蒸汽喷嘴的第二端，即出口端位于圆弧形底部的上方，第一端连接到外部蒸汽管道(未示出)，来自外部蒸汽管道的蒸汽经由内部腔室从喷孔喷出而进入反应釜，与其中的物料进行混合。应当理解，也可以将蒸汽喷嘴1布置在圆弧形底部110的中间位置处，能够改善蒸汽与釜内物料的混合效果。另外，当蒸汽喷嘴布置在圆弧形底部的一侧时，可以沿圆形弧形底部的圆周方向均匀地设置多个蒸汽喷嘴，以获得更好的混合效果。
33.虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本实用新型的保护范围内，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。