三维旋转喷头机械反应釜清洗装置设计实验,高压水反应釜清洗原理

日期：2019-06-25 / 浏览： 0次

反应釜水射流机械清洗方法具有环保、高效等特点，以高压水射流技术为核心技术，设计三维机械清洗装置，进行反应釜水射流机械清洗试验，解决了传统人工清洗难度高、化学清洗污染大的难题，我们以高压水射流技术为核心技术，设计三维机械清洗装置，进行反应釜水射流机械清洗试验，解决了传统人工清洗难度高、化学清洗污染大的难题。

化工反应釜广泛应用于石油、化工和医药等领域，用来完成聚合、缩合等工艺过程，反应釜的清洗非常必要，否则会带来反应釜产率降低等负面影响。

化工反应釜的传统清洗方式为人工清洗和化学清洗，人工清洗难度大，化学清洗污染大，为此，广州市科立盈研制了以高压柱塞泵机组、三维旋转喷头和机械清洗调节装置为主要组成部分的反应釜三维机械清洗装置，开展反应釜水射流机械清洗的试验研究。

化工反应釜传统清洗方式分为人工清洗、化学清洗，人工清洗需要人员进入反应釜，使用工具将坚硬的结垢物从反应釜壁面上敲刮下来，这种作业方式不仅难度大，而且作业环境安全隐患大，也容易对反应釜壁面造成损伤；化学清洗采用化学清洗剂与结垢物发生反应，使结垢物溶解后利用清洗剂循环清洗，这种作业方式不仅需要考虑化学清洗后废液的处理措施，而且还要考虑化学药剂对反应釜的腐蚀作用，反应釜广泛应用于石油、化工和医药等领域，用+来完成聚合、缩合等工艺过程，反应釜的清洗非常必要，否则会带来反应釜产率降低等负面影响。

水射流高压反应釜清洗原理：

1、水射流高压清洗机理

一定量的纯水经过小直径的喷嘴时,会形成高压、高速的水射流,其作用于靶件(工件)表面时具备破碎除层的做功能力[3]。水射流清洗就是利用这种具有一定能量的射流来冲击、破碎靶件表面待清除的对象。

反应釜水射流清洗原理：

反应釜水射流清洗原理详情如下：在一定的水射流压力作用下，匹配合适的射流喷嘴，在水射流理想的靶距范围内依靠水射流打击力去除附着在反应釜内壁的污垢物；
同时，水射流在外部机械机构的带动下，使得水射流完全覆盖反应釜内表面，实现对反应釜内表面的干净清洗。
三维高压清洗旋转喷头

2、三维反应釜清洗装置设计：

反应釜三维机械清洗装置由高压柱塞泵机组、三维旋转喷头、机械清洗调节装置、电控系统及辅助设备组成，反应釜三维机械清洗装置如图1所示。高压柱塞泵机组通过管路与三维旋转喷头连接，机械清洗调节装置装载三维旋转喷头放入反应釜，电控系统控制整套反应釜清洗设备的相关操作。

三维旋转喷头反应釜清洗装置成套设备组成：
1．机械清洗调节装置2．三维旋转喷头。3．高压柱塞泵机组。4．电控系统及辅助设备

水射流高压清洗反应釜原理：
反应釜水射流清洗原理描述如下：在一定的水射流压力作用下，匹配合适的射流喷嘴，在水射流理想
靶距范围内依靠水射流打击力去除附着在反应釜内壁的污垢物；同时，水射流在外部机械机构的带动下，使得水射流完全覆盖反应釜内表面，实现对反应釜内表面的干净清洗。

高压柱塞泵机组由电机驱动的三柱塞泵、电动机、水质、过滤器、供水泵、溢流阀、调压阀及水箱等部件组成,高压柱塞泵机组如图2所示。三柱塞泵通过电动机驱动三拐曲轴转动,带动三根柱塞做交替往复直线运动,由密封与柱塞配合,避免发生泄漏。使泵头内的工作腔交替形成局部真空或高压,并使泵头内的进、排液阀组做出相应的开启或关闭动作,在三柱塞泵的出口形成高压液体流。

在高压柱塞泵机组的出口管路上设置溢流阀,当溢流阀的溢流口开启时,高压柱塞泵输出的流量将从该溢流阀流回水箱,在不停机的状态下使机组保持在低压工况。在高压柱塞泵机组的出口管路上还配置了调压阀,用于调节三柱塞泵的压力,压力调节完成后将锁定调压阀,使系统内保持恒定压力。高压柱塞泵机组用于提供反应釜清洗作业的高压水,根据水射流zui大打击力和理想靶距的经验公式,将反应釜清洗用高压柱塞泵机组的参数设置如下:额定工作压力为40MPa ,流量为200L /min ,机组功率为160kW。

高压柱塞泵机组成

1、水箱2、溢流阀3、三柱塞泵 4、调压阀

5、电动机6、水质过滤器 7、供水泵
反应釜自动清洗设备

三维高压清洗旋转喷头及射流分析：

由于反应釜内部是具有类似圆柱的立体空间,为了实现高效的机械清洗,水射流应包络反应釜内部的立体空间,而三维旋转喷头是产生三维立体水射流以覆盖整个空间的理想执行机构。

反应釜清洗用三维旋转喷头主要由偏心射流喷嘴组件、旋转喷头组件及磁阻尼限速机构等部件组成,如图3所示。三维旋转喷头的参数设置如下:工作压力为40MPa 、使用流量为80 300L /min ,喷头转速为10 40r /min。

三维旋转清洗喷头

1．偏心射流喷嘴组件
2．旋转喷头组件
3．磁阻尼限速机构

高压三维旋转喷头工作原理描述如下:

高压水从三维旋转喷头的进口流入,经过喷头内部的流道从偏心射流喷嘴中喷出;由于对称的偏心射流喷嘴存在偏心,使得水射流反冲力和偏心距驱动偏心射流喷嘴组件的自旋转,在旋转喷头组件内部啮合齿轮的作用下,又带动旋转喷头的自旋转,进而实现水射流的三维旋转;为了防止三维旋转喷头的转速过高,在旋转喷头主轴上增加磁阻尼限速机构,作为机械负载来调节三维旋转喷头的转速。机身和喷嘴的复合运动确保了整个储罐的清洗范围都能覆盖到。在轮毂连同喷嘴旋转一个周期后，便完成对储罐表面的一次粗略清洗。在随后的回合期间，这种清洗方式将重复7次，每一次都会位移1/8个网格。在轮毂连同喷嘴重复清洗8次后，便完成一次完整清洗，随后又会从第一个周期开始重复循环。

玻璃反应釜清洗设备

偏心射流喷嘴孔径和水射流工作压力的合理匹配优化,获得适用作业对象的水射流打击力和水射流作用范围;同时,可通过改变偏心射流喷嘴组件的偏心距及磁阻尼限速机构的参数,调节三维旋转喷头的转速。通过上述喷头参数的调节,使偏心射流喷嘴组件围绕自身主轴自转,并实现水射流围绕旋转喷头的公转,从而达到包络立体空间的水射流效应。

储罐机械清洗调节装置：

反应釜的立体尺寸通常具有直径大、高度大的特点,三维旋转喷头的水射流靶距有限,必须增加机械结构来调节三维旋转喷头在反应釜内的作业状态

使用机械清洗调节装置具备以下功能。

1)、伸缩:伸缩节逐级套装,调节三维旋转喷头处于反应釜内的不同高度

处,并具备有效锁紧伸缩节的功能。

2)、摆动:装置可调整伸缩节偏离竖直方向的角度,从而使安装在伸缩节末端的三维旋转喷头摆动偏离竖直方向至一定的角度。

3)、旋转:配合机械清洗调节装置的摆动功能,调节伸缩节自身的旋转角度,进而调节三维旋转喷头与反应釜内壁面的距离。

机械清洗调节装置组成：

1．伸缩调节手轮
2．摆动调节手轮
3．安装法兰

4．转动调节手轮

5．伸缩节反应釜清洗用机械调节装置由安装法兰、伸缩节、调节手轮(包括伸缩调节手轮、摆动调节手轮和转动调节手轮)等组成,机械清洗调节装置

如图所示。三维旋转喷头安装于伸缩节的末端,高压管路穿入伸缩节并与喷头连接。

通过对机械化工釜清洗调节装置的操作,调节三维旋转喷头在反应釜内不同区域的清洗作业,发挥喷头理想
的清洗效果。机械清洗调节装置的参数设置如下:调节伸缩范围为3 5m ,摆动角度范围为ʃ45ʎ,旋转角度范围为ʃ150ʎ。机械清洗调节装置根据使用要求的不同,也可设计成液压、气动和电动调节方式。

关于电控系统及辅助设备：

电控系统用于控制反应釜三维机械清洗装置,为了操作的便捷,电控系统分为机旁控制和远程控制。机旁控制主要集成了高压柱塞泵机组的控制功能,提取相应的电流、压力和油温等控制信号,并实现高压柱塞泵机组启停、溢流阀开启和供水泵启停等控制功能。结合反应釜清洗的现场条件,在反应釜现场增加防爆远程控制盒,操作人员在现场即可操作高压柱塞泵机组的启停、阀门的溢流和状态参数的显示等,增加了清洗作业的安全性和及时性。

辅助设备包括空压机、管路系统和电气电缆等设备。空压机为装置的相关设备元件提供纯净的气源;高压柱塞泵机组与三维旋转喷头之间由高压管路连接,接头形式为快插方式,高压软管配置卷管器,操作简便;现场的远程控制盒与机组的机旁控制盒通过电缆连接,接头形式采用快插方式,电气电缆配置线缆器。

3、试验运行及分析

某化工厂糊树脂反应釜直径约为 2m ,高度约为3m ,通过机械清洗调节装置装载三维旋转喷头放入反应釜中,结合高压柱塞泵机组的工况参数进行反应釜清洗作业,水射流喷嘴数量为2个,反应釜现场及三维旋转喷头作业状态如图所示。

反应釜现场及高压三维旋转喷头作业状态

按照高压柱塞泵的不同流量,将三维旋转喷头配置不同规格的喷嘴,不同规格喷嘴配置下的三维旋转喷头清洗效果如表1所示。当喷嘴直径过大时,虽然水射流靶距较长,但水射流压力降低明显,水射流打击力下降显著,影响了反应釜的作业效果。

核黄素测试发酵罐清洗前后对比效果发酵罐反应釡清洗后效果：

4、项目总结

1)、反应釜三维机械清洗装置的设计重点在于合理匹配高压柱塞泵机组的主机技术参数,针对反应釜的结构特点,合理设计机械清洗执行机构。本文研制了以高压柱塞泵机组、三维旋转清洗喷头和机械清洗调节装置为主要组成部分的反应釜三维机械清洗装置,并取得成功。

2)、反应釜自动清洗设备清理试验结果表明,水射流压力为35．8MPa 、水射流流量为200L /min 、三维旋转喷头转速在10 20r /min 范围内时的清洗效果佳。
以高压水射流技术为核心技术，设计三维机械清洗装置，进行反应釜水射流机械清洗实验，解决了传统人工清洗难度高、化学清洗污染大的难题，以高压水射流技术为核心技术，而水射流反应釜机械自动化清洗方法以纯水为介质,具有环保、高效等特点,是替代人工清洗和化学清洗的理想方式。