专利名称：一种管、筒或塔内构件立交盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管、筒或塔内构件，特别涉及一种可消除流体状态径向差异，改善流体输送质量并提高传热、传质或化学反应效率且流动阻力相对较低的管、筒或塔内构件立交盘。
背景技术：
物料流经空管、筒或塔时，中心区流速高，边缘区流速低，物料在管、筒或塔内停滞时间分布较宽；如流动过程伴随放热或吸热，或用夹套加热或冷却物料，传热阻力可能造成中心区和边缘区物料温度不一；如有化学反应发生，停滞时间及温度差异可能导致中心区和边缘区物料组成不匀。要消除这些现象，最简捷的方法是在无死角、无短路和低阻力的前提下让管、筒或塔内中心区和边缘区的物料有规则地交替互换位置，使任意质点流经管、筒或塔过程的径向坐标变化的经历相似。利用塔设备进行非均相体系化学反应或传质操作时，参与反应或传质的两相物料应尽量保持活塞型逆向流动以获得最大的反应或传质推动力，分散相物料应分割成尽量细小的颗粒、液滴或气泡均布在连续相物料中以提供最大的反应或传质界面。为满足这些要求，目前已有多种不同结构形式的板式塔和填料塔投入工业化运行，但其效率尚待进一步提高，操作弹性尚待进一步拓宽。
发明内容
本发明目的是发明人在先期授权专利ZL 01100022.8中公布的一种塔、筒或管内构件立交盘基础上，开发的第二代管、筒或塔内构件立交盘，它保持了第一代立交盘的特点和优点，进一步简化结构、降低阻力、综合性能更佳。
本发明提供的管、筒或塔内构件立交盘，其特征在于包括管体、筒体或塔体(1)和一层或多层立交盘(2)；所述立交盘(2)由4或4以上的偶数个环形排列的异形锥状管腔(2-1)(简称锥腔)构成(图2)。锥腔外端口大内端口小，其数目根据立交盘公称直径、工艺要求及工艺介质确定。公称直径越大，锥腔数目越多；混合程度要求越严，锥腔数目越多；工艺介质粘度越高，锥腔数目越少。管内立交盘锥腔数优选4、6、8个，塔内立交盘锥腔数可更多，此时为方便加工，盘心处可增设一对双向小圆锥。所有锥腔交集于立交盘中轴线的中点立交盘盘心处。每个锥腔含两个侧面(2-1-1)，一个外面(2-1-2)与一个内面(2-1-3)。所述侧面为相邻两锥腔共有的四棱形平面或曲面，所述外面为曲面或折弯平面，所述内面为扇状弧面或平面或折弯平面；构成立交盘的诸单数锥腔轴线分布于一圆锥面上，其交点为圆锥顶点；诸双数锥腔轴线分布于另一反向圆锥面上，其交点亦为圆锥顶点；诸单数锥腔轴线交点和诸双数锥腔轴线交点分别处于立交盘盘心两侧呈对称关系。本发明提供的立交盘锥腔的另一结构形式是将内面缩为一线段，此线段即为两侧面的相交线，诸线段内侧端点汇于盘心。此时锥腔仅由两片与左右邻腔共有的侧面(2-1-1)和一外面(2-1-2)构成；所述锥状管腔也可以是其它形式的异形管腔；立交盘的外廓面(3)在立交盘横截面上的投影为完整圆周，其直径与相配套的管、筒或塔体内径相等；立交盘上、下内廓线或面(4)在立交盘横截面上的投影为圆或其它封闭曲线，它们分别将立交盘两侧的管体、筒体或塔体截面分成两部分，内侧为中心区，外侧为边缘区，中心区和边缘区的面积之比约为0.1-4.2倍，优选0.3-1.5倍。
立交盘的高度与直径之比为0.2-3，优选0.6-1.5。
本发明的立交盘也可以与截面非圆形如正方形、椭圆形或其它异形的管、筒、塔体相配，此时立交盘外廓与正方形、椭圆形或其它异形管、筒、塔体内壁吻合。
本发明的立交盘在管、筒或塔体内可使流体产生三维流动。物料流经立交盘时，原处于中心区的物料受内面(2-1-3)及侧面(2-1-1)阻挡经锥腔内端口流向外端口抵达立交盘另一侧的边缘区，而原处于边缘区的物料受锥腔外面(2-1-2)及侧面(2-1-1)的阻挡经相邻的锥腔外端口流向内端口抵达立交盘另一侧的中心区；管体、筒体或塔体内串接若干个立交盘时，诸立交盘的排列角度宜保持一致，这样流体每流经一块立交盘，在径向发生中心区和边缘区互换位置的同时还在周向经历一次分割-位移-汇合过程，流经多块立交盘后，可使管、筒或塔体内流体任意质点在径向坐标上的运动轨迹相似，缩小停留时间差异，消除径向温度梯度，满足工艺要求。
为彻底消除短路和返混，可将立交盘两端的内廓线或面(4)各自沿其所在柱面提升至内廓线的最高位置，形成一个与各异形锥状管腔连体的管壁5(如图3)。
所述立交盘可通过铸造或焊接等工艺制造，立交盘与管体、筒体或塔体的装配可用温差紧配合、锥度紧配合、缩管或焊接等。
本发明的立交盘用途广泛，如用于流体输送管道内静态混合器、高粘流体热交换器、螺杆挤压机出口温度均化器、高效管道反应器、以及液液萃取、固液萃取等方面。当立交盘用作高粘流体换热器内构件时，可将异形锥状管腔外面2-1-2铸成周边厚内侧薄的形状，以增强内构件传热效率。
本发明的新一代管、筒或塔内构件立交盘具有以下优点1、结构简单、加工成本低；2、混合效率高；3、无流动死角，无短路；4、流动阻力小，特别适合高粘流体；5、强制性彻底深度剥离边界膜，传热效果好、管内横截面温度均匀；6、可实现平推流动，提高管道反应器容积效率，改善聚合物分子量分布；7、调整锥状管腔数目，可满足各种工艺要求。
1.图1为管、筒或塔内安装多块立交盘的结构示意图；2.图2为单块立交盘结构示意图；3.图3为立交盘端部的圆柱面5示意图；具体实施方式
以下为本发明的两个实施例，但本发明的保护范围并不限于下列具体实施例12米长Dg50管内装40块锥腔数为4、长径比为1的立交盘，外设夹套传热。该换热管用于聚合物冷却，管内给热系数为空管的3.5-7.5倍，压力降为空管的5-10倍。
实施例2
Dg100螺杆挤压机出口熔体截面最大温差15℃，加装含7块管腔数为4、长径比为1.0立交盘的温度均化器后，温差降为1-2℃。
权利要求
1.一种管、筒或塔内构件立交盘，其特征在于包括管体、筒体或塔体(1)和一层或多层立交盘(2)；所述立交盘(2)由4或4以上的偶数个环形排列、外端口大内端口小的异形锥状管腔(2-1)构成，所有锥腔交集于立交盘中轴线的中点立交盘盘心处；每个锥腔含两个侧面(2-1-1)，一个外面(2-1-2)与一个内面(2-1-3)，所述侧面为相邻两锥腔共有的四棱形平面或曲面，所述外面为曲面或折弯平面，所述内面为扇状弧面或平面或折弯平面；诸单数锥腔轴线分布于一圆锥面上，其交点为该圆锥顶点；诸双数锥腔轴线分布于另一反向圆锥面上，其交点亦为反向圆锥顶点；诸单数锥腔轴线交点和诸双数锥腔轴线交点分别处于立交盘盘心两侧呈对称关系；立交盘的外廓面(3)在立交盘横截面上的投影为完整圆周，其直径与相配套的管、筒或塔体内径相等；立交盘上、下内廓线或面(4)在立交盘横截面上的投影为圆或其它封闭曲线，它们分别将立交盘两侧的管体、筒体或塔体截面分成两部分，内侧为中心区，外侧为边缘区，中心区和边缘区的面积之比为0.1-4.2倍，立交盘的高度与直径之比为0.2-3。
2.根据权利要求1的立交盘，其特征在于所述异形锥状管腔由两片与左右邻腔共有的四棱形侧面(2-1-1)和一个曲面或折弯平面组成的外面(2-1-2)构成。
3.根据权利要求1的立交盘，其特征在于所述中心区和边缘区的面积之比为0.3-1.5，立交盘的高度与直径之比为0.6-1.2。
4.根据权利要求1的立交盘，其特征在于外廓为正方形、椭圆形或其它形状，与正方形、椭圆形或其它形状的管、筒、塔体相配。
5.根据权利要求1的立交盘，其特征在于所述异形锥状管腔外面2-1-2可制成周边厚内侧薄的形状。
6.根据权利要求1的立交盘，其特征在于在管、筒或塔体内串接多个立交盘时，诸立交盘排列角度一致。
7.根据权利要求1的立交盘，其特征在于所述内廓线或面(4)的投影为圆时，立交盘两端的内廓线或面(4)沿其所在圆柱面提升至内廓线或面的最高位置，形成一个与各异形锥状管腔连体的圆管壁(5)。
8.根据权利要求1的管、筒或塔内构件立交盘用于制作静态混合器、管道反应器、高粘流体换热器以及液液萃取、固液萃取的用途。
全文摘要
本发明涉及一种管、筒或塔内构件立交盘，包括管、筒或塔体和一层或多层立交盘，所述立交盘由4或4以上的偶数个环形排列的锥腔构成，所有锥腔交集于立交盘中轴线的中点立交盘盘心；诸单数锥腔轴线交点和诸双数锥腔轴线交点分别处于立交盘盘心两侧呈对称关系。每个锥腔由两个与左右邻腔共有的四棱形侧面和一个曲面或折弯平面组成的外面以及一个扇状内面构成，立交盘外廓与管、筒或塔体内壁吻合，上、下内廓线将立交盘两侧的管、筒或塔体截面分成中心区和边缘区，流体每流经一块立交盘，中心区和边缘区的物料互换一次位置，形成立体交叉流动。该立交盘可有效改善传热、传质效果和管道反应器性能，可广泛应用于静态混合器、高粘流体热交换器、螺杆挤压机出口温度均化器、高效管道反应器以及液液萃取、固液萃取等场合。
文档编号B01J19/30GK1490065SQ0315662
公开日2004年4月21日 申请日期2003年9月5日 优先权日2003年9月5日
发明者刘兆彦, 施景云 申请人:刘兆彦