一种强化换热式油水乳化静态混合器

本发明涉及油水乳化领域，具体涉及一种强化换热式油水乳化静态混合器。

背景技术：

1、当前，在现代化农业的生物柴油制备、农药缓释制剂加工领域，高粘度生物质油脂与水相的高效乳化是提升后续反应传质效率的关键工序。油水两相的粘度对温度极为敏感，尤其是动植物油脂，其粘度随温度降低呈指数级上升。在低温工况下，高粘度的油相流动性差，导致常规静态混合器仅依靠机械剪切难以充分破碎油滴，易出现乳化粒径粗大、能耗高，甚至流道堵塞等问题。

2、现有技术中，管式静态混合器为常用的在线油水乳化设备，其基础结构主要包括混合器壳体、流体进出口法兰以及固定安装于壳体内部的若干组静态混合元件；混合元件多为螺旋片、波纹片、折流叶片等构件，对驱使流经的流体进行剪切和重组。然而该类混合器仍存在以下问题：

3、1.油相黏度对温度高度敏感，现有混合器无换热功能，常温工况下油相粘度较大，流体性能差，导致混合器对油相的剪切、撕裂分散能力下降，出现油相抱团、大油滴残留，混合均匀度不足，油水两相难以形成稳定乳状液；

4、2.目前常用混合器搭配独立外置换热器进行预热处理，热量会在物料输送至混合腔的过程中损耗，难以在混合发生的瞬间维持适宜的温度场，乳化处理效率低、乳化效果不稳定。

5、因此，目前亟需一种能够集成换热与乳化双重功能，适用于高粘度油水乳化的静态混合器，以满足原油管道输送及其他高粘度油水乳化工业场景对低能耗、稳定运行的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种强化换热式油水乳化静态混合器，旨在解决上述问题。

2、本发明提供了一种强化换热式油水乳化静态混合器，包括管道本体，所述管道本体设有供油水流动混合的混合管道，所述混合管道沿其流动方向依次设有入口段、渐缩段、喉管段、渐扩段和出口段，所述管道本体的内壁设有跨越各管段并呈环形腔体结构的换热流道；

3、所述渐缩段和所述渐扩段均呈圆锥状管壁结构，所述渐缩段的口径从所述入口段向所述喉管段逐渐缩小，所述渐扩段的口径从所述喉管段向所述出口段逐渐扩大；

4、所述管道本体一端的侧壁设有与所述换热流道连通的流入管，另一端的侧壁设有与所述换热流道连通的流出管，所述管道本体外壁设有与所述入口段连通的支管；

5、所述渐缩段的内壁、所述喉管段的内壁和所述渐扩段的内壁均设有至少一组沿管道内壁螺旋延伸的螺旋肋片，并在各管段内壁处均设有沿所述螺旋肋片切除的螺旋凹槽；

6、所述渐缩段和所述渐扩段均设有至少两组扰流件，所述扰流件的所在平面与其所在的锥面管壁相垂直，且相邻两组所述扰流件的布设朝向相反。

7、优选地，所述入口段、所述喉管段和所述出口段的管壁均为等径的圆形管壁结构。

8、优选地，所述管道本体包括内管和外管，所述外管套设于所述内管外部，所述外管两端与所述内管两端密封连接，以使所述外管内壁和所述内管外壁围合形成所述换热流道，所述内管的管路内壁形成所述混合管道。

9、优选地，所述出口段的外壁和所述入口段的外壁处均设有折流组件，所述折流组件包括若干个内环折流板和若干个外环折流板，若干个所述内环折流板的内侧均连接于所述内管的外壁，若干个所述外环折流板的外侧连接于所述外管的内壁，若干个所述内环折流板和若干个所述外环折流板沿所述管道本体的轴线依次交替排布。

10、优选地，所述喉管段的外壁设有布置于所述换热流道处的螺旋肋片，并设有沿该所述螺旋肋片切除的螺旋凹槽。

11、优选地，所述渐缩段、所述喉管段和所述渐扩段处的螺旋肋片均为三组，同一管段处三组螺旋肋片的起始端相对该管段的轴线呈圆周阵列布置。

12、优选地，所述渐缩段处设置四个所述扰流件，四个所述扰流件沿渐缩段轴向排布，且相邻两组扰流件的朝向相反。

13、优选地，所述扰流件整体呈镂空架体结构，并采用非连续的多个菱形框架和三角形框架组合而成。

14、优选地，所述喉管段处的所述螺旋肋片以及所述螺旋凹槽沿中心轴线剖切后的截交线呈正弦曲线形。

15、优选地，所述渐缩段和所述渐扩段相对所述喉管段的中分截面呈镜像对称布置。

16、相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

17、1.在换热性能方面，得益于换热流道和混合管道组成的套管式双流道与逆流换热设计，入口段与出口段的折流组件将换热流体由平直流动转为交叉折流，大幅延长流动路径；配合喉管区域“内侧螺旋肋片-内侧螺旋凹槽-外侧螺旋肋片-外侧螺旋凹槽”的多层强化结构，驱使换热流体产生强烈的三维旋流，显著破坏了热边界层；这种全域温控能力迅速降低了高粘度油相的剪切阈值，改善了流体流变性，为后续高效乳化奠定了极佳的物性基础。

18、2.在混合性能方面，混合管道构建了“外旋内击、多级递进”的高效混合机制，渐缩段与渐扩段的壁面螺旋肋片诱导流体产生大范围旋转，而轴向布置的四级倾斜正交对置扰流件则在流道中心对流体实施连续的切割与破碎，配合三组呈圆周阵列布置的螺旋肋片，有效消除了流动死区与偏心涡旋，使流体在通过喉管的高速剪切区时，油水界面被反复撕裂与重组，实现了液滴粒径的逐级细化与微观尺度的高度均匀混合。

19、3.其结构实现了换热与混合的深度协同与良性互馈，通过温度调控改善了流体的物性，从而显著提升了机械剪切与扰流破碎的效率，同时对称的流道设计与螺旋结构的导流作用保证了流场的平稳与压力的高效恢复，在低阻力、低噪声的运行状态下，兼顾了优异的乳化品质与广泛的工况适应性，解决了传统设备混合与换热结构割裂、高粘流体处理效能低下的难题。

20、实现在混合过程中同步调控流体温度，显著降低高粘度油相的流动阻力与剪切阈值，优化流体流变性，能够在混合过程中维持有效的温度场，实现油水两相高效乳化。

1.一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，包括管道本体（1），所述管道本体（1）设有供油水流动混合的混合管道，所述混合管道沿其流动方向依次设有入口段（11）、渐缩段（4）、喉管段（5）、渐扩段（6）和出口段（12），所述管道本体（1）的内壁设有跨越各管段并呈环形腔体结构的换热流道（3）；

2.根据权利要求1所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述入口段（11）、所述喉管段（5）和所述出口段（12）的管壁均为等径的圆形管壁结构。

3.根据权利要求1所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述出口段（12）的外壁和所述入口段（11）的外壁处均设有折流组件，所述折流组件包括若干个内环折流板（31）和若干个外环折流板（32），若干个所述内环折流板（31）的内侧均连接于所述内管的外壁，若干个所述外环折流板（32）的外侧连接于所述外管的内壁，若干个所述内环折流板（31）和若干个所述外环折流板（32）沿所述管道本体（1）的轴线依次交替排布。

4.根据权利要求1所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述喉管段（5）的外壁设有布置于所述换热流道（3）处的螺旋肋片，并设有沿该所述螺旋肋片切除的螺旋凹槽。

5.根据权利要求4所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述渐缩段（4）、所述喉管段（5）和所述渐扩段（6）处的螺旋肋片均为三组，同一管段处三组螺旋肋片的起始端相对该管段的轴线呈圆周阵列布置。

6.根据权利要求1所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述渐缩段（4）处设置四个所述扰流件（42），四个所述扰流件（42）沿渐缩段（4）轴向排布，且相邻两组扰流件（42）的朝向相反。

7.根据权利要求1所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述扰流件（42）整体呈镂空架体结构，并采用非连续的多个菱形框架和三角形框架组合而成。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述喉管段（5）处的所述螺旋肋片以及所述螺旋凹槽沿中心轴线剖切后的截交线呈正弦曲线形。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种强化换热式油水乳化静态混合器，其特征在于，所述渐缩段（4）和所述渐扩段（6）相对所述喉管段（5）的中分截面呈镜像对称布置。