一种在线调节空化效果的装置

摘要

本发明涉及一种在线调节空化效果的装置，属于流体反应技术领域。反应前流体管依次通过输送泵和流量计与预混器入口相连，预混器与流量计之间连接有化学剂添加管，化学剂添加管与定量添加装置的出口相连，预混器的出口连接有多个相互串联的空化反应器，空化反应器的阀体通道上设有共轴线且相互贴合的旋转阀芯板和固定阀芯板，旋转阀芯板的内圆周上设有旋转阀芯扇形孔，旋转阀芯板的外圆周上设有多组空化小孔；固定阀芯板的圆周上设有固定阀芯扇形孔，固定阀芯板的圆周外侧连接有向外伸出且可以遮挡一组旋转阀芯空化小孔的截流支耳，截流支耳与固定阀芯扇形孔的中心线相重合。该装置可以独立调节空化级数和各级空化发生参数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线调节空化效果的装置，属于流体反应装置技术领域。

背景技术

空化现象为流体流过一个限流区域(如孔板，文丘里管等)时压力下降，当压力降至液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体开始汽化而产生大量空化汽泡，空化汽泡在随流体进一步流动的过程中，流道扩大，液体压力上升，空化汽泡在周围的压力作用下，体积急剧缩小直至溃灭，在其溃灭瞬间汽泡中心会产生高温和高压，并伴有强烈的冲击波和微射流，强烈的冲击波和微射流会在界面之间形成强烈的机械搅拌效应，强化两相混合。由于空化所形成的空化汽泡与液体一起做整体运动，可在较大范围内形成一个比较均匀的空化强化场，这是其工业化应用的优势所在。

目前空化技术作为反应过程强化手段的研究主要在废水处理、食品、医药领域；一般用空化区域的空化值来判定流体是否发生了空化反应，公式如下，δc=2（P-P_V）/(ρV2)，其中：δc为空化值，P为液体局部静压，Pv是液体的蒸汽压，ρ为液体的密度，V为液体的速率。通常认为δc＜1有空化发生可能，空化值δc越小空化反应越剧烈。空化现象的产生势必带来了空化前后流体压力的巨大损失，装置动力消耗增加。食品行业植物油的加酸反应每产生一级空化压力损失达到20~30bar。

目前国内外空化发生装置核心元件多为静态孔板，不能在线调节空化发生参数，这样对处理流体的流量、初始静压及流体物性状态等条件要求很高，稍有变化需要离线对孔板结构及级数加以调整；另外针对不同原料的空化程度的需求，无法在线调整发生空化的级数，造成不必要动力消耗。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种在线调节空化效果的装置，可以独立调节空化级数和各空化反应器的空化发生参数。

为解决以上技术问题，本发明的一种在线调节空化效果的装置，反应前流体管依次通过输送泵和流量计与预混器的入口相连，所述预混器与所述流量计之间连接有化学剂添加管，所述化学剂添加管与定量添加装置的出口相连，所述预混器的出口连接有多个相互串联的空化反应器，所述空化反应器包括阀体和阀盖，所述阀体的流体通道上设有阀芯，所述阀芯包括共轴线的旋转阀芯板和固定阀芯板，所述固定阀芯板的左端面中心设有向左伸出的中心轴，所述旋转阀芯板可转动地安装在所述中心轴上，且所述固定阀芯板的左端面与所述旋转阀芯板的右端面相贴合，所述固定阀芯板的直径小于所述旋转阀芯板的直径；所述旋转阀芯板的内圆周上设有旋转阀芯扇形孔，所述旋转阀芯板的外圆周上设有多组旋转阀芯空化小孔，所述旋转阀芯扇形孔与所述旋转阀芯空化小孔位于不同的相位上；所述固定阀芯板的圆周上设有可以与所述旋转阀芯扇形孔相重合的固定阀芯扇形孔，所述固定阀芯板的圆周外侧连接有向外伸出且可以遮挡一组旋转阀芯空化小孔的截流支耳，所述截流支耳与所述固定阀芯扇形孔的中心线相重合。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：反应前流体被输送泵经流量计向预混器的入口输送，酸碱或其他化学剂通过定量添加装置和化学剂添加管向反应前流体中添加，然后共同进入预混器预混，预混后的流体依次进入各级空化反应器进行空化反应，经过多级空化反应实现强化反应，缩短反应时间，减少化学剂用量。在每级空化反应器中，固定阀芯板保持不动，旋转阀芯板可以绕着中心轴转动，各组旋转阀芯空化小孔均位于固定阀芯板遮盖区域的外周。

当旋转阀芯扇形孔与固定阀芯扇形孔完全错开且各组旋转阀芯空化小孔全部暴露时，旋转阀芯空化小孔的开孔率最大，所有流体全部经过旋转阀芯空化小孔发生空化反应。

当旋转阀芯扇形孔继续旋转180°时，旋转阀芯空化小孔的开孔率仍为最大，但相位相差了180°，相邻两空化反应器的空化相位相互错开180°，流体的混和增加均匀。

当旋转阀芯扇形孔与固定阀芯扇形孔完全错开且最外侧的一组旋转阀芯空化小孔被截流支耳遮挡时，旋转阀芯空化小孔的开孔率变小，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大。

当旋转阀芯扇形孔与固定阀芯扇形孔完全错开且中间的一组旋转阀芯空化小孔被截流支耳遮挡时，旋转阀芯空化小孔的开孔率与最外侧一组旋转阀芯空化小孔被遮挡时相同，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大；同时空化小孔的间隔发生变化，流体经空化小孔后产生空化的空间分布区域发生变化。

当旋转阀芯扇形孔与固定阀芯扇形孔完全重合时，同时旋转阀芯空化小孔完全畅通，流体的流通截面积最大，流速大大降低，空化小孔不再产生空化现象，芯板前后的压降明显降低，动力消耗也减少，该级空化被停止，以适应不同原料的空化程度需求。

作为本发明的改进，所述旋转阀芯板的外圆周设有旋转阀芯齿轮，所述旋转阀芯齿轮与圆柱齿轮相啮合，所述圆柱齿轮安装在横轴上，所述横轴的两端通过横轴轴承支撑在所述阀体上；所述横轴上安装有横轴伞齿轮，所述横轴伞齿轮与竖轴伞齿轮相啮合，所述竖轴伞齿轮安装在竖轴上，所述竖轴的中部通过竖轴轴承支撑在所述阀盖上，所述竖轴轴承的上方设有密封件，所述密封件的上方设有将密封件压紧的密封件压盖，所述竖轴的上端伸出所述密封件压盖的中心孔外，且竖轴的上端头安装有手轮。转动手轮时，竖轴及竖轴伞齿轮随之转动，竖轴伞齿轮通过横轴伞齿轮驱动横轴转动，圆柱齿轮随横轴转动的同时驱动旋转阀芯齿轮转动，旋转阀芯板随之相对于固定阀芯板产生旋转，从而改变空化状态。

作为本发明的进一步改进，所述固定阀芯板的右端面中心插接有防转销，所述防转销的两端为方形且中部为圆柱体，所述防转销的中部套装有弹簧，所述防转销的右端插接在压紧盘的中心，所述压紧盘的外周旋接在所述阀体的内壁。随着压紧盘的向左旋进，通过防转销带动固定阀芯板整体向左移动，直至固定阀芯板抵靠在旋转阀芯板上，弹簧的张力使得固定阀芯板与旋转阀芯板保持紧贴，防止两者之间的端面发生泄漏。

作为本发明的改进，所述压紧盘的左端面设有向左伸出的凸圈，所述凸圈抵靠在所述旋转阀芯板的右端面上，所述旋转阀芯板的左端面抵靠在所述阀体的台阶上。压紧盘左端面的凸圈与阀体的台阶共同对旋转阀芯板进行轴向定位。

作为本发明的改进，所述旋转阀芯空化小孔设有三组，每组旋转阀芯空化小孔分别呈正六边形分布，所述正六边形的每个角部及中心分别设有一个旋转阀芯空化小孔。当流体全部从三组旋转阀芯空化小孔通过时，旋转阀芯空化小孔的开孔率最大；当左侧、中部或右侧的一组旋转阀芯空化小孔被遮挡时，旋转阀芯空化小孔的开孔率下降，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大；空化发生的相位也发生变化。

作为本发明的改进，所述旋转阀芯空化小孔可以分别为圆孔或菱形孔。

作为本发明的改进，相邻所述空化反应器的旋转阀芯空化小孔组之间的相位相差180°。相邻两级空化反应器发生空化的相位完全相反，流体的混和更加彻底。

作为本发明的改进，所述预混器的内腔沿流体前进方向依次包括渐缩段、喉口和渐扩段，所述渐缩段和渐扩段的内腔分别设有与之形状相适配的预混锥形螺头，所述预混锥形螺头上分别设有多条螺旋叶片，各所述预混锥形螺头的大端分别设有预混器空化圆盘，所述预混器空化圆盘的圆周上均匀设有多个预混器空化小孔，各所述预混器空化小孔的中心线平行于所述预混器的轴线。流体先经过预混器右侧的预混器空化小孔进行空化，然后进入渐缩段预混锥形螺头的螺旋流道，流速逐渐加快，在喉口处达到最高流速，然后进入渐扩段预混锥形螺头的螺旋流道，流速下降，压力升高，最后经左侧的预混器空化小孔再次进行空化后流出，经过预混器的流体已实现有效的初步混和。

作为本发明的进一步改进，左、右两所述预混锥形螺头的螺旋叶片的旋向相反。更加有利于流体的混和均匀。

作为本发明的进一步改进，每级空化反应器的入口分别安装有压力表；每级空化反应器的出口分别安装有观察视镜和取样管。通过压力表可以观察每级空化反应器前后的压力变化，通过观察视镜可以直观地观察流体混和达到的状态，通过取样管可以直接取样进行分析。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明在线调节空化效果的装置的结构示意图。

图2为预混器中预混锥形螺头的立体图。

图3为图1中空化反应器的主视图。

图4为图1中空化反应器的立体图。

图5为旋转阀芯板的结构示意图。

图6为固定阀芯板的结构示意图。

图7为旋转阀芯板与固定阀芯板初始位置的相互位置图。

图8为旋转阀芯板旋转180°后的位置图。

图9为在图8基础上旋转阀芯板逆时针旋转30°后的位置图。

图10为在图9基础上旋转阀芯板逆时针旋转30°后的位置图。

图11为在图10基础上旋转阀芯板逆时针旋转30°后的位置图。

图12为在图11基础上旋转阀芯板逆时针旋转45°后的位置图。

图13为旋转阀芯板另一个实施例的结构示意图。

图中：1.阀体；2.旋转阀芯板；2a.旋转阀芯齿轮；2b.旋转阀芯扇形孔；2c.旋转阀芯空化小孔；3.固定阀芯板；3a.截流支耳；3b.固定阀芯扇形孔；4.防转销；5.弹簧；6.压紧盘；7.圆柱齿轮；8.横轴；9.横轴伞齿轮；10.横轴轴承；11.竖轴伞齿轮；12.竖轴；13.竖轴轴承；14.阀盖；15.密封件；16.密封件压盖；17.手轮；18.预混器；18a.预混锥形螺头；18b.预混器空化圆盘；18c.预混器空化小孔；G1.反应前流体管；B1.输送泵；H1.流量计；G2.化学剂添加管；T1.定量添加装置；P1.压力表；M1.观察视镜；G3.取样管。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明在线调节空化效果的装置，反应前流体管G1依次通过输送泵B1和流量计H1与预混器18的入口相连，预混器18与流量计H1之间连接有化学剂添加管G2，化学剂添加管G2与定量添加装置T1的出口相连，预混器18的出口连接有多个相互串联的空化反应器。

预混器18的内腔沿流体前进方向依次包括渐缩段、喉口和渐扩段，渐缩段和渐扩段的内腔分别设有与之形状相适配的预混锥形螺头18a，预混锥形螺头18a上分别设有多条螺旋叶片，各预混锥形螺头18a的大端分别设有预混器空化圆盘18b，预混器空化圆盘18b的圆周上均匀设有多个预混器空化小孔18c，各预混器空化小孔18c的中心线平行于预混器的轴线。流体先经过预混器右侧的预混器空化小孔进行空化，然后进入渐缩段预混锥形螺头的螺旋流道，流速逐渐加快，在喉口处达到最高流速，然后进入渐扩段预混锥形螺头的螺旋流道，流速下降，压力升高，最后经左侧的预混器空化小孔再次进行空化后流出，经过预混器的流体已实现有效的初步混和。左、右两预混锥形螺头的螺旋叶片的旋向相反。更加有利于流体的混和均匀。

每级空化反应器的入口分别安装有压力表P1；每级空化反应器的出口分别安装有观察视镜M1和取样管G3。通过压力表P1可以观察每级空化反应器前后的压力变化，通过观察视镜M1可以直观地观察流体混和达到的状态，通过取样管G3可以直接取样进行分析。

空化反应器包括阀体1和阀盖14，阀体1的流体通道上设有阀芯，阀芯包括共轴线的旋转阀芯板2和固定阀芯板3，固定阀芯板3的左端面中心设有向左伸出的中心轴，旋转阀芯板2可转动地安装在中心轴上，且固定阀芯板3的左端面与旋转阀芯板2的右端面相贴合，固定阀芯板3的直径小于旋转阀芯板2的直径；旋转阀芯板2的内圆周上设有旋转阀芯扇形孔2b，旋转阀芯板2的外圆周上设有多组旋转阀芯空化小孔2c，旋转阀芯扇形孔2b与旋转阀芯空化小孔2c位于不同的相位上；固定阀芯板3的圆周上设有可以与旋转阀芯扇形孔2b相重合的固定阀芯扇形孔3b，固定阀芯板3的圆周外侧连接有向外伸出且可以遮挡一组旋转阀芯空化小孔2c的截流支耳3a，截流支耳3a与固定阀芯扇形孔3b的中心线相重合。

旋转阀芯板2的外圆周设有旋转阀芯齿轮2a，旋转阀芯齿轮2a与圆柱齿轮7相啮合，圆柱齿轮7安装在横轴8上，横轴8的两端通过横轴轴承10支撑在阀体1上；横轴8上安装有横轴伞齿轮9，横轴伞齿轮9与竖轴伞齿轮11相啮合，竖轴伞齿轮11安装在竖轴12上，竖轴12的中部通过竖轴轴承13支撑在阀盖14上，竖轴轴承13的上方设有密封件15，密封件15的上方设有将密封件15压紧的密封件压盖，竖轴12的上端伸出密封件压盖的中心孔外，且竖轴12的上端头安装有手轮17。转动手轮17时，竖轴12及竖轴伞齿轮11随之转动，竖轴伞齿轮11通过横轴伞齿轮9驱动横轴8转动，圆柱齿轮7随横轴8转动的同时驱动旋转阀芯齿轮2a转动，旋转阀芯板2随之相对于固定阀芯板3产生旋转，从而改变空化状态。

固定阀芯板3的右端面中心插接有防转销4，防转销4的两端为方形且中部为圆柱体，防转销4的中部套装有弹簧5，防转销4的右端插接在压紧盘6的中心，压紧盘6的外周旋接在阀体1的内壁。随着压紧盘6的向左旋进，通过防转销4带动固定阀芯板3整体向左移动，直至固定阀芯板3抵靠在旋转阀芯板2上，弹簧5的张力使得固定阀芯板3与旋转阀芯板2保持紧贴，防止两者之间的端面发生泄漏。

压紧盘6的左端面设有向左伸出的凸圈，凸圈抵靠在旋转阀芯板2的右端面上，旋转阀芯板2的左端面抵靠在阀体1的台阶上。压紧盘6左端面的凸圈与阀体1的台阶共同对旋转阀芯板2进行轴向定位。

旋转阀芯空化小孔2c设有三组，每组旋转阀芯空化小孔分别呈正六边形分布，正六边形的每个角部及中心分别设有一个旋转阀芯空化小孔。当流体全部从三组旋转阀芯空化小孔通过时，旋转阀芯空化小孔的开孔率最大；当左侧、中部或右侧的一组旋转阀芯空化小孔被遮挡时，旋转阀芯空化小孔的开孔率下降，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大；空化发生的相位也发生变化。

相邻空化反应器的旋转阀芯空化小孔组之间的相位相差180°。相邻两级空化反应器发生空化的相位完全相反，流体的混和更加彻底。

旋转阀芯空化小孔可以分别为圆孔或菱形孔，图7至图12所示为圆孔，图13所示为菱形孔。

反应前流体被输送泵B1经流量计H1向预混器的入口输送，酸碱或其他化学剂通过定量添加装置T1和化学剂添加管G2向反应前流体中添加，然后共同进入预混器预混，预混后的流体依次进入各级空化反应器进行空化反应，经过多级空化反应实现强化反应，缩短反应时间，减少化学剂用量。在每级空化反应器中，固定阀芯板3保持不动，旋转阀芯板2可以绕着中心轴转动，各组旋转阀芯空化小孔均位于固定阀芯板3遮盖区域的外周。

如图7所示，图7中旋转阀芯板2为实线,固定阀芯板3为虚线。当旋转阀芯扇形孔2b与固定阀芯扇形孔3b完全错开且各组旋转阀芯空化小孔全部暴露时，旋转阀芯空化小孔的开孔率最大，所有流体全部经过旋转阀芯空化小孔发生空化反应。

如图8所示，当旋转阀芯扇形孔2b继续旋转180°时，旋转阀芯空化小孔的开孔率仍为最大，但相位相差了180°，相邻两空化反应器的空化相位相互错开180°，流体的混和增加均匀。

如图9所示，当旋转阀芯板2在图8基础上逆时针旋转了30°时，旋转阀芯扇形孔2b与固定阀芯扇形孔3b完全错开且左侧的一组旋转阀芯空化小孔被截流支耳3a遮挡，旋转阀芯空化小孔的开孔率变小，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大。

如图10所示，当旋转阀芯板2在图9基础上逆时针旋转了30°时，旋转阀芯扇形孔2b与固定阀芯扇形孔3b完全错开且中间的一组旋转阀芯空化小孔被截流支耳3a遮挡，旋转阀芯空化小孔的开孔率与最外侧一组旋转阀芯空化小孔被遮挡时相同，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大；同时空化小孔的间隔发生变化，流体经空化小孔后产生空化的空间分布区域发生变化。

如图11所示，当旋转阀芯板2在图10基础上逆时针旋转了30°时，旋转阀芯扇形孔2b与固定阀芯扇形孔3b完全错开且右侧的一组旋转阀芯空化小孔被截流支耳3a遮挡，旋转阀芯空化小孔的开孔率与最外侧一组旋转阀芯空化小孔被遮挡时相同，流体经过空化小孔的速度增加，空化强度增加，阀芯前后的压降变大；同时空化小孔的间隔发生变化，流体经空化小孔后产生空化的空间分布区域发生变化。

如图12所示，当旋转阀芯板2在图11基础上逆时针旋转了45°时，当旋转阀芯扇形孔2b与固定阀芯扇形孔3b完全重合时，同时旋转阀芯空化小孔完全畅通，流体的流通截面积最大，流速大大降低，空化小孔不再产生空化现象，芯板前后的压降明显降低，动力消耗也减少，该级空化被停止，以适应不同原料的空化程度需求。

如图13所示，旋转阀芯板2上的驱动旋转阀芯齿轮2a可以为菱形。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，例如上下、左右方向可以互换等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。