专利名称：单一线性通路化结构设备技术方案的制作方法
技术领域：
本发明提供-一种用于冶金、化丁、制药等生产领域对易流动物料(包括液体、气
体、液固混合体、气固混合体、粉体等)进行物理、化学和生化处理，实现高效生产的线 性通路化或准线性通路化结构设各技术方案，使在牛产过程中被加工物料沿具有单-一性 和相对均匀性的线性通路或准线性通路轴径向移动，呈现均匀线性投料与产出，以利于 实现生产自动化或半自动化控制，提高设备产能和产品质量。
背景技术：
究目前现有化工设备来说，为了实现连续均匀性投料与产出，普遍采用容器串 联生产法，间歇式设备并联轮换生产法，这些方法实际都不是真正意义的连续均匀性投 料与产出。较先进的设备内部采用类似多级踏板模式结构，原料由上往K逐级向下流 动，以实现连续线性投料与产出，为确保设备内部线程有足够长，因而通常呈现高塔 状，安全性、易维护性较差。到--匕世纪末，为了真止:实现线性生产模式，开始使用管道
型生产设备，该类设备占空间太大，设备成本高，NJ样存在不易维护和管理的问题，目
前仅有少部分实力雄厚的大型氧化铝生产企业应用。 本发明人2006年11月21 R申请的来复嵌套、螺旋线性通路及管道化热交换 生产技术(中请号20061.014-9184.3),主要扩'"种ltj来复嵌套方法保持热交换条件下 的螺旋线性通路生产模式的设备技术方案，2 及等温生产场合的应用，如液同混合
体、气固混合体的沉降分离或净化等。该发明专利在生产应用上存在很大的局限性，尤 其当物料加工处理需要较长时间，或等温加工处理的场合，用该项发明技术方案来实现 生产H的较困难，甚至不可能。如氧化铝生产过程的晶种分解处理，分解时间长达48 小时以上。目前主耍采用若干个晶种分解塔串联生产，或并联轮换式生产，设备投资巨 大，亦不利于分解过程保温处理，热能损失较严重。 关于液固混合体和气固混合体的沉降、净化处理，目前主要釆用简单的容器型 装置(如分离塔、净化槽(池)等)来完成，固体物质的沉降效果较差。为达到预定的 技术指标，通常需要多级分离塔、净化槽(池)小联使用，或增设离心驱动装置，如叶滤 机，虽然分离效果提高了，但需要消耗大量电能，设备成本也很高。 对于粉粒料的煅烧或焙烧，现有技术主要采用卧式回转炉牛产技术，--些新型 设备采用a塔状的垂直悬浮式煅烧或焙烧技术等，所涉及的设备大都需要强大的动力装 置，存在设备占空间大、维护性差等缺陷。
发明内容
本发明目的旨在解决现有技术存在的不足，提供了一种广泛适用于冶金、化 丁、制药等生产领域对易流动物质(包括液体、气体、液同混合体、气同混合体、粉体 等)，进行物理、化学和生化处理(包括各种化学反应、蒸馏浓縮、高温杀菌消錄、空气 净化、沉降分离、粉粒料煅烧或焙烧等)，使在牛产过程中，被加工处理物料沿具有单-一性和相对均匀性的真线性通路或准线性通路轴径向移动，无返混或较少返混，呈现均匀 线性投料与产出，即实现流水线生产模式的线性通路化结构设备技术方案。
构成线性通路具休方法 方法一在单筒体容器(附图1-a-K 1-b-l)内部，用一个水平渐近螺旋型隔板 (附图l-a-2、 1—b-2)纵向分隔形成具有单--性和相对的线性通路或准线性通路。实际应用 中，容器的顶、底部随应用场合不同而不同，通常主要处决于生产过程中是否存在物质 分离的现象和被分离物质的物理、化学特性情况，可以是水平状、漏斗状、倒漏斗状或 复合形状的顶底。 方法二 在环体容器(附图2-a-1、 2-b-1)内部，用多个水平渐近螺旋型隔板(附 图2-a-2、 1-a-3、 2-b-2、 3)纵向分隔和水平板横向分隔(附图2-b-4),并经垂向叠加，相邻 水平渐近螺旋型隔板(附图2-a-2和i-a-3)的旋向相反，头或尾部相联通，形成的附图2-b 所示多层状的具有单一性和相对均匀性的真线性通路。 上述真线性通路和准线性通路，是两个相对的概念。即由隔板分隔而成的线性 化通路横截面积与进、出料口的横截面积的比值而由-，比值较大的称为准线性通路，比 值较小的称为真线性通路，简称为线性通路。 准线性通路内流体流速较慢，存在一定的返混现象，主要适ltj于物流量大或处 理时间较长的场合，如液同混合体的沉降分离、喷射式闪蒸馏分离或干燥处理、氧化铝 ■)'的晶种分解等。 真线性通路内流休流速较快，几乎不存在返混现象，主要适用于对物料处理时 间较短或需要搅拌的场合，包括化学反应、卨温杀齒消毒、蒸馏分离、粉粒料水平悬浮 煅烧等，如氧化铝厂的氧化铝高温溶出、氢氧化铝煅烧等生产过程等。
除附图1和附图2所示圆形状的渐近螺旋线型结构外，还可以是附图3-a所示方 形状的似渐近螺旋线型隔板和附图34所示的对疏状直线形隔板等方式分隔形成线性或准 线性通路，并可以用类似上述方法二的方式与水平隔板一起并通过垂向叠加联通形成具 W单一'性和相对的真线性通路。采用这两种隔板类型形成线性通路设备的外形，通常呈 立方形或似立方形。也可以采用til附图4所不轴螺旋型隔板(附图4-b-2、附图4-c-2)与 圆筒((附图4-a-i、附图4-b-i、附图4-c-i)通过多层套迭联通形成具有单-一性和相对均匀 性的真线性通路。 上述线性通路的单."性，是指设备主体内部的线性通路只有-'条；而线性通路 的相对均匀性，是指申.功能设备主体内部的线性通路中各处的横截面积基木相同或呈均 匀变化的特点。 利用本发明技术力'法研制的生产设备同时具有现有容器型设备和管道型设备的 所W优点，并又克服了它们各自存在的不足，设备结构紧凑，无高塔状，容易制造和维 护；nj实现多功能集成设计制造，如线性通路结构的化学反应和沉降分离集成在一起， 设备总休外形V "陀螺"状，见附图8，使设备同时呈现多功能性，如化学反应+沉
降分离；对实现自动化或半自动化均匀线性投料与产出，提a设备产能，稳定产品质^:
和节能环保贝ff重S-意义。
附图1,主要揭不一种筒体容器型单层渐近螺旋线性通路或准线性通路设备主体 部分原理模型。其中，附图i—a为设备主休的上透视图，附图i-b为设各主休的A-B纵 向剖视图。根据附图1，在单筒体容器(附图1-a-1、附图1-b-1)内部，用一个水平渐近 螺旋型隔板(附图1-a-2、附图1—b-2)纵向分隔形成具有单-"性和相对均匀性的线性通路或 准线性通路。 附图2 :主要揭示-一种环体容器型多层渐近螺旋线性通路联通形成的线性通路 设备的原理模型。其屮，附图2-a为设备上透视图，附图2-b为设备的A-B纵向剖视图。 根据附图2，在环体容器(附图2-a-1、附图2-b-1)内部，用多个水平渐近螺旋型隔板(附 图2-a-2、附图2-a-3、附图2-b-2、 3)纵向分隔和水平隔板(附图2-b-4)横向分隔，并经垂 向叠加，相邻水平渐近螺旋型隔板附图2-a-2(实线)和附图2-a-3(虚线)的旋向相反，并 在头或尾部相联通形成具有单一性和相对均匀性的真线性通路。 附图3 :主耍揭示另外两种形成线性通路的纵向型隔板及其构成线性通路原理 模型。附图3-a所示为方形状的似渐近螺旋型隔板(附图3-a-2)分隔形成似渐近螺旋型线 性通路；附图3-b所示为对疏状直线型隔板(附图3-b-2)分隔形成"弓"字型线性通路。 采用这两种类型隔板形成的线性通路设备外形，通常呈立方形或似立方形，主要适用于 常压或低压设备的设计。 附图4 :主要揭不一种环体容器型多层轴螺旋线性通路套迭联通形成的真线性 通路设各的原理模型。其中，附图4-a为设各上透视图，附图4-b为设备的A-B纵向剖 视图，附图4-c为单层轴螺旋型隔板止视结构示意图。根据附图4，该类型设备为轴螺旋 型隔板(附图4-b—2、附图4-c，2)和圆筒(附图4-a-1、附图4-b-1、附图4-c-l)分隔，通过 多层套迭联通形成轴螺旋型线性通路。 附图5至附图9，是根据本发明设备技术方法列举的部分具体实施案例原理图 (并非穷举)。 附图5 :揭示-一种渐近螺旋型线性通路结构精馏分离器结构原理。附图5-a为 精馏分离器上透视图，附图5-b为精馏分离器A-B纵向剖视图，附图5-c为精馏分离器工 作原理图。渐近螺旋型线性通路结构精馏分离器主要由附图5-a-2和附图5-b-2所示的水 平渐近螺旋型线性隔板、附图5-a-3和附图5-b-3所示的供蒸馏残液回流的渐近螺旋型管 道、附图5-a-1和附图5-b-l所示外圆筒和顶、底板组成。 附图6:揭示一种渐近螺旋型线性通路结构沉降分离器结构原理。附图6-a为 沉降分离器上透视图，附图6-b为沉降分离器A-B纵向剖视图，附图6-c为沉降分离器工 作原理图。螺旋线性通路型沉降分离器主要由附图6-a-2和附图6-b-2所示的渐近螺旋型 线性隔板、附图6-b-3所示的漏斗形底部、附图6-a-1和附图6-b-1所示上部圆筒和顶盖组 成。 附图7:揭示-一种渐近螺旋型线性通路结构喷射式闪蒸馏分离器、干燥器或蒸 馏浓縮器结构原理。设备主要由一个附图7-a-2和附图7-b-2所示的渐近螺旋型线性隔 板、附图7-b-3所示的漏斗形底部、附图7-b-4所示的网板(可选件)、附图7-b-5所示的 "太阳帽"形顶部，以及附图7-a-1和附图7-b-l所示外圆筒组成。
0024] 附图8:揭示--种渐近螺旋型线性通路结构化学反应、煅烧或焙烧与沉降分离多功能设备结构原理。附图8-1所示上段，为与附图2所示相同结构的化学反应器、煅 烧炉或焙烧炉经轴心纵向剖视图，附图8-2所不下段，为附图6所不相同结构的沉降分离 器经轴心纵向剖视图。 附图9 :揭示一种方形状似渐近螺旋线性通路结构氢氧化铝晶种分解装置结构 原理。附图9-a为晶种分解装置上透视图；附图9-b为晶种分解装置A-B纵向剖视图。 该装置主要由附图9-a-2和附图9-b-2所示方形状的似渐近螺旋型线性隔板、附图9-a-3和 附图9-b-3所示若干个漏斗形底部、附图9-a-1和附图9-b-1所示外圆壁和顶盖组成。
具体实施例方式
本发明设备技术方法应用范围很广，包括冶金、化工、制药、食品加工等生产 领域，具休涉及反应器、蒸熘分离器、沉降分离器和粉粒料煅烧或焙烧炉等设备。以下 仅根据附图5至附图9，简要说明其相应的具体案例实施方式，而非穷举所有实施案例和 详细说明。 其次，除设备外壳材料技术(包括材质、材料厚度、焊接水平、保温措施等)要 求较高外，对本发明涉及的设备内部各种线性通路的分隔板材，其材料厚度、焊接水平 要求不高，勿^考虑保温情况，并可以由各种模块构成，即实现模块化设计制造，或有 接由相应隔板SS，或通过铆合和简单焊接构成线性通路。表明相邻线性通路间允许存 在一定的间隙(h),只要不严重影响流体沿线性通路轴径向移动的性质即nj。这就使线性
通路化结构设备制造变得容易，并方便设备维修保养。 实际应用中，应根据流体的组成成份、粘滞力、比重等特性，利用流体动力学 理论，估算流体允许最低流速(v)和隔板间最大允许间隙(h)，并通过试验方法进行验证， 以确保流体全程沿线性通路轴径向移动。 实施案例l:-一种渐近螺旋型线性通路结构精馏分离器，原理结构见附图5。生产过程屮，经预加热的原液d]精馏分离器内螺旋线性通路外端点处送入，沿
精馏分离器内螺旋线性通路轴径向流动至线性通路的中心端点处；并在流动过程中不断 馏分，而馏分物(蒸汽)则在螺旋线性通路--匕部逆向流动至线性通路外端点....匕部送出；线 性通路的中心端点处完成馏分的尾液(残液)经由螺旋线性通路底部管道逆向流出精馏分 离器，并在回流过程中将部分热能传给被馏分原液。 实际应用中，或采用线性通路中心端点加热方式，见附图5-b所示底部，或采
用蒸汽管道加热，蒸汽加热管道与残液回流管道并列于线性通路下部，以实现线性加热
目的。其次，注意控制线性通路外端点处温度约低于或等于被馏分物的沸点，而线性通
路的屮心端点处温度要适当高出被馏分物的沸点，以确保馏分完全千净。在这样的工作
环境下，馏分物在沿线性通路上部流出过程中，高沸点杂质将被凝结并向下冋流到原液
中，从rfl]实现连续均匀线性精馏目的，粘馏分离工作原理见附图5-c。当蒸馏温度要求较
高时，可以在精汽出口处增设抽气泵或贞.'+:泵，实现负压蒸熘，降低蒸馏温度。 利用以....匕原理，只要设置不同的取气点，便可实现不同浓度要求的蒸馏；如果
取气点设计为可调，则蒸馏器的馏分物浓度将会可调，以满足不M生产的需耍。
注意木渐近螺旋型线性通路结构精馏分离器不适宜应用于在蒸馏过程中会产
生严重结疤、沉积现象等影响物料易流动性的场合。
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实施案例2 :-—种渐近螺旋型线性通路结构沉降分离器，原理结构见附图6。
生产过程中，需沉降分离的原混合物料经沉降分离器上盖中心处缓速注入，要 求原混合物料汴入分离器时不能直击至下部漏斗区。这样，由于混合休中各物质成分的 比重不同，比重小的物质沿渐近螺旋线性通路轴径向移动过程中不断上浮，而比重大的 物质则在线性通路里的移动过程中不断向下沉降并汇聚到底部漏斗，从而实现连续均匀 线性沉降分离目的，沉降分离工作原理见附图6-c。 实际应用中，分离器内部所形成的线性通路的横截面积要远远人于入料口横截 面积，即为准线性通路。当混合物料注入分离器后，很快便处于一种相对静置模式，属 于相对静置沉降分离环境，但沉降效率明显优于现"沉降分离塔设备。 实施案例3: —种渐近螺旋型线性通路结构喷射式闪蒸馏分离器、T燥器或蒸 熘浓縮器，原理结构见附图7。 生产过程中，经预加热的原液由喷射分离器的内螺旋线性通路外端点中....匕部位 置沿通路的切线方向喷入，使之成为雾状混合体。在沿螺旋线性通路轴径向流动过程 中，由于高沸点液珠或粉粒虽^:密皮大， 一方面，易切向碰击线性通路外侧壁，而粘黏 在壁上会fi然或通过刮板作用向下掉落；另一方面，在沿螺旋线性通路轴径向移动过程 屮同时会向下沉降。最后汇聚于F部漏斗底排出，而气体沿螺旋线性通路轴径向流动至 设备中心向上经上部帽顶排出，其工作原理与附图6沉降分离工作原理相类似。
实际应用中，分离器内部所形成的线性通路的横截面积要大f入料口横截面 积，即为准线性通路。为使喷射分离器高效工作，《取措施i，在排气端增设抽气泵或 真空泵设施，实现负压工作；措施2,增加入料喷头数W;措施3,尽可能增大入料的压 力，确保混合体从喷头喷出后成雾状。 实施案例4: 一种渐近螺旋型线性通路结构化学反应、煅烧或焙烧与沉降分离 多功能设备，原理结构见附图8。 本设备原理结构可广泛应jlj于生产实践屮，如氧化铝高温溶出处理和氢氧化铝 煅烧处理等，其优点在于设备结构紧凑、热能易于循环利用。但随丁作环境(如温度、 压力等)不同，设备选材有所不同。 应用i:氧化铝高温溶出处理。将已加热并配制好的原料矿浆从设各上段反应 器的下部外侧入口处注入；然后沿线性通路轴径向快速(l 3米/秒)流动，直至溶出完 成，经反应器上部中心处内侧出口处流出到下段的预沉降分离器中；经预分离处理后， 矿碴等浊料经分离器的漏斗底排出，并作清洗处理；而净化液和蒸汽经分离器i:部外侧 出口排出，由于其流动性好，可作为热源物质通过热交换器将人部分热能转移到待溶出 矿浆，实现热能循环利用。净化液和蒸汽经热交换冷凝后，与矿碴清洗液混合和稀释， 再做滤净处理。这样，可加大对矿碴的清洗力度，从而使氧化铝生产效率充分提高。整 个溶出过程勿需机械搅拌。 应用2:氢氧化铝煅烧处理。将已加热的氢氧化铝粉粒料在高速流动的高温空 气混合后，从设备上段线性通路结构煅烧炉的下部外侧入口处注入，在风力的作用下， 氢氧化铝粉粒处T水平悬浮状态，沿线性通路轴径向快速(大T2米/秒)流动，直至完 成煅烧，经反应器l:部巾心处内侧出口处流出到下段的沉降分离器巾；经分离处理后， 氧化铝粉汇聚于分离器的漏斗底排出；而被净化高温气体经分离器上部侧面出口排出，
7由于其流动性好，可作为热源物质通过热交换器将大部分热能转移到待煅烧氢氧化铝粉 粒或新空气中，或冷凝除水后重新使用，实现热能循环利用。本实施方案较现有垂直悬 浮煅烧技术具有设各成本低、节能效果好等显明优势。 实施案例5 : —种方形状似渐近螺旋型线性通路结构氢氧化铝晶种分解装置， 原理结构见附图9。 根据氢氧化铝晶种分解过程巾通常由高温(80 90°C )向低温(约50°C )变化的 技术要求，为便于实施对整个装置的保温处理，附图9所示釆用向设备中心(即线性通路 的屮心端点)上部加入偏铝酸钠溶液和氢氧化铝晶种的混合体是合理的。然后，混合体 沿线性通路不断向外侧端点移动，最后由外侧端点底部流出到沉降分离装置，使氢氧化 钠溶液与氢氧化铝细晶分离。 实际应用中，由于氢氧化铝细晶总是忭下沉降，为保持晶种与偏铝酸钠分子充 分接触，可采用机械搅拌或底部喷射卨压气体方法解决，但需要消耗大量动力能源。分 析认为，较好的解决办法是采用负压虹吸办法，将下沉的氢氧化铝细晶重新扬起到液面 以匕然后洒向线性通路的液体表面，使整个分解过程呈连续均匀性，操声低，虹吸 装置通过管道连通，因而产生负压的设备可以集中安置在地面上，便于对设备维护和管 理，能耗少。 另，图9所示，晶种分解装置外形采用方形结构，当水位较高时势必丫]变形的 nj能，有效措施就是在设备内部构建一个钢架结构网，或在外边建立支撑钢架结构网。 否则，应采用圆筒形渐近螺旋型线性通路结构设备方案。
权利要求
本发明技术提供了一种广泛适用于冶金、化工、制药等生产领域对易流动物料(包括液体、气体、液固混合体、气固混合体、粉体等)，进行物理、化学和生化处理(包括各种化学反应、蒸馏浓缩、高温杀菌消毒、空气净化、沉降分离、粉粒料煅烧或焙烧等)，使在生产过程中，被加工处理物料在容器内沿具有单一性和相对均匀性的真线性通路或准线性通路轴径向移动，无返混或较少返混，呈现均匀线性投料与产出，即流水线生产模式的单一线性通路化结构设备技术方案。
2. 根据权利要求1所述容器内单一线性通路化，是指利用与生产相适应的金属材料或 非金属材料构成的各种类型隔板或模块，通过有序叠置、连接、建造形成的，设备主休 内部呈现单层或多层状的，渐近螺旋型、似渐近螺旋型、"弓"字型或轴螺旋型的，并 具有单-"性和相对均匀性的真线性通路或准线性通路的单功能设备构造技术方法，及其 多功能集成设计建造设备技术方案。
全文摘要
本发明提供一种广泛适用于冶金、化工、制药等生产领域对易流动物质(包括液体、气体、液固混合体、气固混合体、粉体等)，进行物理、化学和生化处理(包括各种化学反应、蒸馏浓缩、高温杀菌消毒、空气净化、沉降分离、粉粒料煅烧或焙烧等)，使在生产过程中，被加工处理物料在容器内沿具有单一性和相对均匀性线性通路或准线性通路轴径向移动，无返混或较少返混，呈现均匀线性投料与产出，即流水线生产，以利于实现生产自动化或半自动化控制，提高设备产能和产品质量的单一线性通路化结构设备技术方案。
文档编号B01J19/00GK101690881SQ20091013380
公开日2010年4月7日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者周耀瑜 申请人:周耀瑜