Гидродинамический смеситель. Гидродинамический смеситель


Гидродинамический смеситель

 

Каждое из двух выходных сопел, направленных навстречу друг другу выполнено с соотношением длина: ширина = 4 - 6:1 при расстоянии между соплами, равном 1,5 - 2,5 ширине сопла и углом наружной фаски выходной части сопла, равным 30 - 60o. Использование устройства для смещения жидких фаз позволяет получать маслонаполненные каучуки с высокой степенью однородности распределения масла в каучуке. 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к устройствам, позволяющим получать маслонаполненные каучуки с высокой степенью однородности распределения масла в каучуке, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен жидкостной смеситель для перемешивания жидких фаз за счет турбулизации смешиваемых жидкостей, в котором резервуар снабжен дополнительным патрубком, который установлен соосно питающему патрубку и размещен под диском на расстоянии, равном 1,5 - 2,0 диаметра питающего патрубка, а диск имеет диаметр, равный 1,5 - 2,5 диаметра питающего патрубка (авт. св. N 841662 СССР, кл. C 01 F 5/02, 1981).

Использование данного жидкостного смесителя в промышленности синтетического каучука не позволяет получить маслонаполненный каучук с хорошим, равномерным распределением масла по объему.

Наиболее близким к изобретению является устройство для перемешивания жидкостей, где повышение турбулентного режима смешения достигается за счет лобового столкновения встречных гидродинамических потоков в дополнительном инжекторе, у которого горловины их диффузоров обращены одна к другой и сообщены тройником (авт. св. N 350498 СССР, кл. B 01 F 5/04, 1972).

Основными недостатками данного смесителя являются большие потери скорости за счет дополнительной подпитки неактивной жидкости, большое расстояние между соплами (где максимальная скорость), что приводит к значительной потере скорости движения жидкости перед лобовым ударом, и то, что установленный тройник не обеспечивает сохранения высокой скорости потоков до момента лобового столкновения.

Целью изобретения является улучшение степени диспергирования масла в производстве маслонаполненных каучуков и улучшение их свойств.

Это достигается тем, что в гидродинамическом смесителе, включающем корпус с двумя выходными соплами направленными навстречу друг другу, сопло выполнено с соотношением длина:ширина = 4 - 6 : 1 при расстоянии между соплами, равном 1,5 - 2,5, ширине сопла и углом наружной фаски выходной части сопла, равной 30 - 60o.

Гидродинамический смеситель представляет собой устройство снабженное входным штуцером с патрубком 1, который разделяется на два одинаковых колена 2, присоединяемых к двум щелевидным соплам 3, имеющим угол наружной фаски 30 - 60o, направленными навстречу друг другу и расположенными на расстоянии равном двойной ширине щелевого сопла. Сопла расположены в смесительной камере 4, снабженной патрубком с выходным штуцером 5. Диаметры входного и выходного штуцера (Д) одинаковы. Диаметры колен (d) равны 0,5 Д (см. чертеж).

Использование гидродинамического смесителя данной конструкции в сочетании с двумя центробежными позволяет получать маслонаполненные каучуки как с низким (14 - 16%), так и высоким содержанием масла (более 25%) в каучуках с хорошим, равномерным распределением масла в объеме получаемого каучука.

Использование данного устройства для смешения жидких фаз позволяет получать маслонаполненные каучуки с высокой степенью однородности распределения масла в каучуке.

В настоящее время в ближнем и дальнем зарубежье и в России для получения маслонаполненных каучуков осуществляют предварительное эмульгирование масла в водном растворе поверхностно-активных веществ. Это создает значительные технологические трудности, которые связаны, прежде всего, с организацией дополнительной технологической линии по приготовлению эмульсии масла, дополнительным расходом поверхностно-активных веществ, что значительно повышает цену получаемого каучука. Использование предлагаемого устройства позволяет исключить стадию дополнительного эмульгирования масла (целое производственное отделение) и, самое главное, при этом достигается хорошее равномерное распределение масла в объеме получаемого каучука.

Таким образом, использование предлагаемого простого по конструкции, компактного гидродинамического смесителя позволяет в значительной степени упростить технологию получения маслонаполненных каучуков. Кроме того, достигаемая высокая степень однородности распределения масла в каучуке позволяет улучшить и некоторые физико-механические показатели получаемых вулканизатов. Это связано, прежде всего, с тем, что вместе с маслом в каучук вводится в ряде случаев и антиоксидант, неравномерность распределения которого в объеме каучука отрицательно сказывается в последствии на свойствах вулканизатов.

Пример. Латексно-масляная смесь после предварительного смешения в двух центробежных смесителях, один из которых вертикальный, а второй, горизонтальный, направляется в гидродинамический смеситель через штуцер 1 (см. чертеж) в патрубок, в котором происходит разделение латексно-масляной смеси на два потока. Эти два потока по трубам 2 направляются на щелевые сопла 3. В данном смесителе осуществляется интенсивное и высокоэффективное смешение латекса с маслом за счет подачи латексно-масляной смеси через два сопла, расположенных в смесительной камере 4, навстречу друг другу со скоростью 18 - 25 м/с. Скорость встречного удара при этом достигает 36 - 50 м/с. Это создает высокую турбулентность потоков и обеспечивает тонкое диспергирование масла в объеме латекса и соответственно в выделяемом каучуке. Из смесительной камеры 4 латексно-масляная смесь направляется через штуцер 5 на коагуляцию.

Экспериментальным путем были подобраны щелевые сопла с оптимальным соотношением длины к ширине и расстоянием между соплами, обеспечивающим максимальное сохранение турбулентности смешиваемых жидких фаз, что, в свою очередь, позволяет достигать высокого равномерного распределения смешиваемых жидкостей друг в друге при встречном ударе.

Влияние соотношения длина: ширина:расстояние между соплами на качество смешения латекса с маслом (распределения масла в каучуке) представлено в таблице. В таблице представлено также влияние качества диспергирования на свойства получаемых бутадиен- -метил)-стирольных маслонаполненных каучуков.

Таким образом, из приведенных данных видно, что использование предлагаемого гидродинамического смесителя позволяет получать маслонаполненные каучуки с хорошим и равномерным распределением масла во всем объеме каучука, что подтверждается равномерным коричневым окрасом образующейся в процессе выделения крошки каучука, высоким коэффициентом к тепловому старению. Использование данного гидродинамического смесителя позволяет в значительной степени упростить технологию получения маслонаполненных каучуков, исключив из процесса стадию предварительного эмульгирования масла.

Кроме того, это позволяет снизить расход таких дорогих и дефицитных компонентов эмульсионной системы, как поверхностно-активные вещества.

Гидродинамический смеситель, включающий корпус с двумя выходными соплами, направленными навстречу друг другу, отличающийся тем, что сопло выполнено с соотношением длина : ширина 4 - 6 : 1 при расстоянии между соплами, равном 1,5 - 2,5 ширины сопла, и углом наружной фаски выходной части сопла 30 - 60o.

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Гидродинамический смеситель

 

Использование изобретения: интенсификация технологических процессов, например, для приготовления однородных эмульсий и смесей. Сущность изобретения: гидродинамический смеситель содержит корпус, выполненный из конфузора и диффузора. Смеситель снабжен резонатором, выполненным в виде цилиндрической камеры, расположенной между выходом конфузора и входом диффузора. При этом конфузор, камера и диффузор расположены соосно. 1 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для итентификации технологических процессов, например для приготовления однородных смесей и эмульсий.

Известные гидродинамические излучатели отличает конструктивная сложность. В устройстве [1] содержащем сопло и резонатор, последнее выполнено в виде разрезанной втулки, установленной соосно круговой щели сопла, образованного прямым и обратным конусами. Данное устройство содержит большое число сложных деталей, наличие регулирующих элементов. К основному недостатку устройства можно отнести сложность выполнения кругового сопла, так как небольшая погрешность изготовления вызовет относительный перекос при установке. Это приведет к образованию сопла с неравномерным сечением, а следовательно и с непостоянным давлением в струе жидкости. Так как резонатор настроен на постоянное давление, то часть пластин резонатора будет работать в нерезонансной частоте. Следовательно, часть потока жидкости не будет подвергаться озвучиванию, тем самым снижая эффективность работы устройства. Необходимо отметить неравную излучающую способность резонатора, так как излучающие элементы образованы прорезями на втулке. Конструкция устройства требует повышенной точности центрирования сопла и резонатора.

В гидродинамическом смесителе [2] содержащем корпус с осевыми подводящим и отводящим патрубками, расположенный соосно им обтекатель с лопатками на наружной поверхности и осевым отверстием в виде конфузора с установленными внутри него дополнительными лопатками, отводящий патрубок выполнен в виде диффузора, причем лопатки на обтекателе и в конфузоре имеют противоположное направление.

Устройство имеет сложную конструкцию большое число сложных и вращающихся деталей. Устройство не будет эффективно работать по следующим причинам. В конструкцию заложен принцип перемешивания жидкости за счет разделения и последующего смешивания потоков имеющих разную скорость. Этот принцип предусматривает большие гидравлические потери идущие на разделение потока, многократное изменение направления движения потоков и тем более их соединение, имеющих разное направление.

Целью изобретения является повышение эффективности работы и упрощение конструкции смесителя.

Указанная цель достигается тем, что гидродинамический смеситель, содержащий корпус, выполненный в виде конфузора и диффузора, имеет резонатор, выполненный в виде цилиндрической камеры, расположенной между выходом конфузора и входом диффузора, причем конфузор, камера и диффузор расположены соосно.

На чертеже изображена схема гидродинамического смесителя.

Смеситель содержит корпус состоящий из конфузора 1 и диффузора 2, причем между выходом конфузора и входом диффузора выполнена цилиндрическая камера, образующая резонатор 3. Для фиксации относительного положения конфузора и диффузора имеется контргайка 4. Смеситель имеет патрубок 5 и выходной патрубок 6.

Смеситель работает следующим образом. Жидкость подается в смеситель через выходной патрубок 5, проходит конфузор 1, резонатор 3 и диффузор 2, а уходит через выходной патрубок 6. Наличие конфузора и диффузора позволяет придать необходимые динамические характеристики потоку жидкости, а наличие между ними резонатора обеспечивает настройку частоты автоколебаний потока жидкости на резонансную частоту колебаний цилиндрической камеры. Изменение собственной частоты колебаний резонатора 3 осуществляется за счет изменения диаметра цилиндрической камеры, путем установки колец с разным внутренним диаметром, или ширины этой же камеры путем изменения зазора между конфузором и диффузором. Изменение частоты колебаний потока жидкости осуществляется за счет изменения скорости потока, путем установки на входе в устройство регулируемого дросселя или изменения диаметров отверстий на входе конфузора и выходе диффузора.

При совпадении частот колебаний потока жидкости и цилиндрической камеры наступает резонанс, приводящий к возникновению интенсивной звуковой волны. Это вызывает периодические изменения давления распространяемые по жидкости в виде волн, что приводит к образованию кавитации.

Устройство имеет простую конструкцию, за счет последовательного соединения конфузора, камеры и диффузора и отсутствия вращающихся и сложных деталей. При этом повышение эффективности работы устройства будет выражаться в повышении качества смесей и эмульсий, а также сокращением времени их приготовления.

Гидродинамический смеситель, содержащий корпус, выполненный из конфузора и диффузора, отличающийся тем, что он снабжен резонатором, выполненным в виде цилиндрической камеры, расположенной между выходом конфузора и входом диффузора, при этом конфузор, камера и диффузор расположены соосно.

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Гидродинамический кавитационный смеситель

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 В 01 F 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4044234/31-26 (22) 28.03.86 (46) 07.02 ° 89. Бюл, Ф 5 (71) Краснодарский политехнический институт (72) В.П.Родионов и З.М.Манашеров (53) 66.063,8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 634769, кл. В 01 F 5/04, 1975. (54) ГИДРОДИНАИИЧЕСКИЙ КАВИТАЦИОННЫЙ

СМЕ СИТ ЕЛЬ (57) Изобретение относится к устрой-. ствам для смешения и диспергирования систем жидкость-жидкость и газ-жидкость, применяемым в сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства, и позволяет повысить интен„.S0„„1456206 A 1 сивность перемешивания и качество смеси. Гидр одинамический кавитационный смеситель состоит из эжектора 1 .с патрубками подвода компонентов 2, 3 и отвода смеси 4, выполненного в виде конусной камеры 5 со сменным конусным соплом 6. Эжектор 1 снабжен сопряженным с ним сменным кавитатором 7, выполненным в виде конфузора, переходящего в диффузор с уступом в месте перехода. Отношение минимальных проходных сечений сопла и кавитатора составляет 0,56:0,7. Смеситель снабжен рассекателем с радиально расположенными лопастями 8, установленными в нижней части смесителя напротив кавитатора 7 ° 2 s.ï. ф-лы, 1 ил.

1456206

Изобретение относится к гидродинамическим кавитационным реакторам для смешивания и диспергирования систем жидкость-жидкость, газ-жидкость, применяемым в сельском хозяйстве и

Других отраслях народного хозяйства.

Пель изобретения - повышение интенсивности перемешивания и качества смеси. 10

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид, разрез.

Гидродинамический кавитационный смеситель состоит из эжектора 1 с патрубками подвода компонентов 2 и отвода смеси 3, выполненного в виде ,. конусной камеры 5 со сменным конусным соплом 6, Эжектор 1 снабжен сопряженным с ним сменным кавитатором

7, выполненным в виде конфузора, переходящего в диффузор с уступом в месте перехода. Отношение минимальных проходных сечений сопла и кавитатора составляет 0,56-0,7. Смеситель снабжен рассекателем 8 с радиально рас-25 положенными лопастями, установленным в нижней части смесителя напротив кавитатора 7. Сменный кавитатор 7 фиксируется гайкой 9, а рассекатель 8 укреплен во вворачивающемся стака- 30 не 10.

Смеситель работает следующим образом.

Вода (реактивная среда) от высоконапорного насоса поступает к патруб-, ку 2 смесителя, Проходя через сопло

6, полость 5 и кавитатор 7, вода истекает в полость стакана 10. При отношении минимальных проходных сечений сопла и кавитатора, равньм. 40

0,56-0,7, во внутренней полости камеры 5 эжектора создается давление ниже атмосферного, что позволяет вводить в поток воды (активной среды) необходимое количество жидких удобречий или воздуха (пассивной среды) в кавитаторе 7 поток вначале сужается, а затем резко расширяется, причем гидростатическое давление в цилиндрической части насадка, начиная со скорости

32.,м/с, становится ниже давления насьпценных паров. Происходит разрыв жидкости и образование кавитационных полостей (каверн), заполненных выделившимися из жидкости в процессе рас55 ширения газами и парами, которые перемещаются вместе с потоком. В расширяющейся части кавитатора 7 пузырьки попадают н область повышенного давле", ния и схлопывают. В истекающем потоке смеси, начиная с оконечности ци" линдрической части кавитатора 7, образуется кавитаЦианная зона.

Схлопывание пузырьков в кавитаци--онной зоне турбулизует течение эа счет гидравлических ударов и образующихся при этом коммулятивных микроструй. Конструкция смесителя nosволяет интенсифицировать перемешивание за счет наиболее полного охвата жидкости, проходящей через активную зону кавитационного поля.

Так как 1002 смеси проходит через кавитационную зону, то она подвергается высокой.диспергации и перемешиванию. Попадая на вращающийся рассекатель 8, смесь с помощью радиаль- но расположенных лопастей закручивается и дополнительно перемешивается перед выходом из.боковых патрубков

4 стакана 10. Вращающаяся преграда с радиально расположенными лопастями создает условия для более мелкого дробления частиц смеси и дополнительно к кавитатору повышает интенсивность перемешивания, Для того,.чтобы рассекатель 8 не подвергался кавитационной эрозии, необходимо величину кавитационной эоны поддерживать в пределах 0,5 рас" стояния от среза насадка до преграды.

Применение предлагаемого устройства в составе установки для полива аэрированной и смешанной с удобрениями водой позволяет получать смеси, обладающие свойствами активированной воды, которая вызывает повьппение про ницаемости биологических мембран и содержит элементы питания растений, Применение изобретения в пищевой, химической промьппленности, а также в машиностроительном и строительном производствах позволит получать системы с высоким качеством степени гомогенизации, диспергирования и аэрации.

Формула из обретения

1. Гидр одинамический кавитационный смеситель, содержащий эжектор с патрубками подвода компонентов и отвода смеси, отличающийся тем, что, с целью повьппения интенсив ности перемешивания и качества смеси, эжектор выполнен в виде конусной каСоставитель Я.Виленский

Техред Л.Олийнык Корректор В. Гирняк

Редактор М. Бл анар

Заказ 7479/10 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 1456206

4 меры со сменным конусным соплом и рассекателем с радиально расположен-. снабжен сопряженным с ним кавитато- ными полостями, установленным в нижром, выполненным в виде конфуэора, ней части смесителя напротив кавитапереходящего в диффуэор с уступом в тора, месте перехода, при этом отношение минимальных проходных сечений сопла 3. Смеситель по п.1, о т л ни кавитатора составляет 0,56-0,7. ч а ю шийся тем, что сопряжен. 2. Смеситель по п.1, о т л и — ный с эжектором кавитатор выполнен ч а ю шийся тем, что он снабжен 1р сменным.

   

www.findpatent.ru

Гидродинамический смеситель

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, гомогенизации, эмульгирования жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость". Смеситель содержит корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, патрубок выхода продукта. Смесительный элемент состоит из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки. Вставка находится в конической части корпуса и закреплена в нем. Корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям. Входной патрубок выполнен в виде сопла, состоящего из сужения, отверстия щелевой формы и расширения. Сужение и расширение имеют прямоугольное поперечное сечение. В центральной части сопла находятся два цилиндрических резонатора, соединенные с ним щелями. На выступах конической вставки смесительного элемента выполнено несколько кольцевых проточек. Технический результат изобретения - повышение чистоты готового продукта. 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизация жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость".

Известен смеситель кавитационного типа (RU 21586627 МПК B01F 5/08, опубл. 10.11.2000), содержащий цилиндрическую рабочую камеру с соосным подводящим в виде диффузора патрубком, смесительные элементы и патрубок подачи добавочного компонента смеси, причем смесительные элементы выполнены в виде многоструйного сопла. Смешивание осуществляется за счет гидродинамической кавитации.

Недостатком смесителя является отсутствие акустических колебаний в обрабатываемой среде определенной частоты, т.к. акустическое излучение, вызываемое захлопыванием и пульсацией кавитационных пузырьков имеет сплошной спектр от сотен Гц до десятков кГц (Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Гл. ред. И.П. Галямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979, с. 161). Следствием этого является относительно невысокая интенсивность обработки, а также загрязнение продукта в результате кавитационной эрозии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидродинамический смеситель (RU 2553861 МПК B01F 3/04, 3/08, 5/06, опубл. 20.06.2015), содержащий корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, осевой входной патрубок имеет возможность возвратно-поступательного перемещения и выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла, смесительный элемент состоит из вставки и корпуса, коническая часть вставки находится в корпусе смесительного элемента, отражатель в виде лунки, находящейся на торце большего основания вставки, корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, кольцевые проточки, выполненные на поверхности вставки, соединены каналами с первой смесительной камерой.

Интенсификация процессов достигается за счет интенсивной акустической и гидродинамической кавитации, сдвиговых усилий, интенсивной турбулентности в смесительных камерах и смесительных элементах. Акустические колебания генерируются пульсирующей кавитационной полостью, которая образуется между выходом сопла и отражателя. Экономически наиболее выгодна вогнутая форма отражателя в вице лунки (Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Гл. ред. И.П. Галямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979, с. 80).

Недостатком смесителя является намол металла при кавитационной эрозии, возникающей на торце вставки смесительного элемента, и, как следствие, снижение чистоты готового продукта.

Техническая задача изобретения повышение чистоты готового продукта.

Поставленная задача изобретения - повышение чистоты получаемого продукта, достигается тем, что в гидродинамическом смесителе, содержащем корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, осевой патрубок выхода продукта, смесительный элемент, состоящий из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки и закрепленной в корпусе смесительного элемента, имеющего сквозные каналы, расположенные по концентричным окружностям, входной патрубок выполнен в виде сопла, состоящего из сужения, отверстия щелевой формы и расширения, причем сужение и расширение имеют прямоугольное поперечное сечение, а в центральной части сопла находятся два цилиндрических резонатора, соединенные с ним щелями, при этом на выступах конической вставки смесительного элемента выполнено несколько кольцевых проточек.

На фиг. 1 схематически изображен гидродинамический смеситель, продольный разрез. На фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1. На фиг. 3 изображено сечение Б-Б на фиг. 1.

Гидродинамический смеситель содержит корпус 1 с патрубком ввода дополнительного компонента 2, крышку 3 с осевым патрубком ввода основного компонента 4, выполненный в виде сопла, состоящего из сужения 5, щелевого отверстия 6 и расширения 7, цилиндрические резонаторы 8, соединенные с щелевым отверстием 6, с заглушками 9, распорные втулки 10, фиксирующие в корпусе смесителя смесительный элемент 11, состоящий из корпуса 12, с внутренней конической поверхностью 13, сквозных каналов 14 и закрепленной в корпусе конической вставкой 15, на конической поверхности которой выполнены проточки 16, образующие выступы 17, на поверхности которых находятся кольцевые проточки 18, первую смесительную камеру 19, образованную крышкой 3, втулкой 10 и торцом конической вставки 15, кольцевой радиальный зазор 20, образованный коническими поверхностями корпуса смесительного элемента 13 и вставки 15, вторую смесительную камеру 21, находящуюся в корпусе смесительного элемента 12, третью смесительную камеру 22, образованную торцом корпуса смесительного элемента 12, втулкой 10 и крышкой корпуса смесителя 23, выходной патрубок 24.

Смеситель работает следующим образом: основной жидкий компонент под давлением подается через выходной осевой патрубок 4 и, проходя сужение 5, щелевое отверстие 6, расширение 7, попадает в первую смесительную камеру 19, одновременно в камеру 19 подается по патрубку 2 под давлением дополнительный компонент, затем обработанная жидкая среда через радиальный зазор 20, проточки 18 и 16 поступает во вторую смесительную камеру 21, потом через каналы 14 проходит в третью смесительную камеру 22 и выводится из смесителя через выходной патрубок 24.

Работа входного патрубка в качестве генератора акустических колебаний основана на высокой чувствительности плоских течений к боковому давлению, то есть при небольшом изменении давления у корня струи она заметно меняет свое направление. При этом тангенциально расположенные цилиндрические резонаторы с продольной прорезью можно рассматривать как объемные, частота которых зависит от диаметра (Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Гл. ред. И.П. Галямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979, с. 314). Таким образом, в первой камере смешения возникают акустические колебания, способствующие интенсивному воздействию на обрабатываемую среду. При достижении определенного порога в среде возникает акустическая кавитация, которая является одним из важнейших интенсифицирующих факторов технологических процессов разной природы. При этом кавитация возникает в относительно большом объеме камеры смешения, так как за счет большой скорости истечения жидкости в нее выносятся кавитационные пузырьки из патрубка. Давление в струе жидкости в камере смешения резко падает, что приводит к схлопыванию кавитационных пузырьков. Следует отметить, что такой механизм процесса кавитации резко снижает намол металла смесителя. Это важно при получении чистых продуктов, у которых лимитируется содержание примесей. Таким образом, при сохранении высокой эффективности технологических процессов в смесительной камере, повышается чистота получаемого продукта. Окончательная обработка среды осуществляется в смесительном элементе.

Жидкая среда, проходя через радиальный зазор, подвергается значительным сдвиговым напряжениям, при этом среда пульсирует с частотой колебаний в первой камере. Попадая в радиальные проточки, расположенные на поверхности выступов конической вставки, которые служат резкими расширениями, среда подвергается воздействию мелкомасштабных вихревых процессов. Затем, попадая в большие по размеру радиальные проточки, жидкость подвергается воздействию крупномасштабных вихрей. Это способствует расширению диапазона размера частиц дисперсной фазы, подвергающихся внешнему воздействию, что приводит к интенсификации технологических процессов, например: эмульгирования, гомогенизации, массопереноса.

Проходя во вторую камеру, обрабатываемая среда подвергается дополнительному воздействию вихрей еще большего масштаба. Следует отметить, что, при достаточно высоких скоростях истечения жидкости из радиального зазора в проточки, в их объеме может возникнуть гидродинамическая кавитация, положительно влияющая на скорость протекания химико-технологических процессов. Окончательной обработке продукт подвергается в последней камере за счет взаимодействия факелов, образующихся при истечении струй из каналов в корпусе смесительного элемента.

При проведении сравнительных испытаний с прототипом установлено, что при примерно одинаковой эффективности аппарата, относительное содержание металлических примесей снизилось в среднем примерно на 70% при использовании смесителя предлагаемой конструкции. Анализ готового продукта проводился с помощью фотоколориметра.

Применение предлагаемого гидродинамического смесителя позволит значительно повысить чистоту готового продукта, при этом сохраняется его высокая эффективность.

Гидродинамический смеситель, содержащий корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, осевой патрубок выхода продукта, смесительный элемент, состоящий из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки и закрепленной в корпусе смесительного элемента, имеющего сквозные каналы, расположенные по концентричным окружностям, отличающийся тем, что входной патрубок выполнен в виде сопла, состоящего из сужения, отверстия щелевой формы и расширения, причем сужение и расширение имеют прямоугольное поперечное сечение, а в центральной части сопла находятся два цилиндрических резонатора, соединенные с ним щелями, при этом на выступах конической вставки смесительного элемента выполнено несколько кольцевых проточек.

www.findpatent.ru

Гидродинамический смеситель

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость - жидкость". Смеситель содержит корпус с осевым патрубком, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения и выполненным в виде коническо-цилиндрического сопла, и радиальным патрубком ввода компонентов. Смесительный элемент состоит из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые канавки. Вставка находится в конической части корпуса смесительного элемента. Корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям. На торце конической вставки напротив коническо-цилиндрического сопла выполнена выступающая цилиндрическая ступень. В цилиндрической ступени и конической вставке выполнено глухое осевое отверстие, соединенное расположенными в несколько рядов радиальными каналами с первой смесительной камерой и с кольцевыми проточками. На торце цилиндрической ступени конической вставки установлена жестко закрепленная по периметру упругая пластина. Технический результат изобретения - интенсификация гидродинамических, физико-химических и тепломассообменных процессов. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость - жидкость".

Известен смеситель кавитационного типа (RU 2158627, МПК B01F 5/08, опубл. 10.11.2000), содержащий цилиндрическую рабочую камеру с соосным подводящим в виде диффузора патрубком, смесительные элементы и патрубок добавочного компонента смеси, причем смесительные элементы выполнены в виде многоструйного сопла. Смешивание осуществляется за счет гидродинамической кавитации.

Недостатком смесителя является отсутствие акустических колебаний определенной частоты и значительной амплитуды, т.к. акустическое излучение, вызываемое кавитацией, незначительно и имеет сплошной спектр от сотен Гц до десятков кГЦ (Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Глав. ред. И.П. Галямина - Советская энциклопедия. 1979, с. 161).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является гидродинамический смеситель (RU 2553861, МПК B01F 3/04, 3/08, 5/06, опубл 20.06.2015), содержащий корпус с осевым патрубком, выполненным в виде конусно-цилиндрического сопла с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Смесительный элемент состоит из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки. Вставка находится в конической части корпуса смесительного элемента. На торце вставки напротив коническо-цилиндрического сопла выполнен отражатель в виде лунки. Корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям. Кольцевые проточки соединены с первой смесительной камерой. Интенсификация технологических процессов достигается одновременным воздействием звуковых колебаний, которые излучает пульсирующая кавитационная полость, турбулентных пульсаций, сдвиговых напряжений.

Недостатком смесителя является недостаточная интенсивность акустических колебаний определенной частоты, что снижает эффективность технологических процессов.

Техническая задача изобретения - интенсификация гидродинамических, физико-химических и тепломассообменных процессов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в гидродинамическом смесителе, содержащем корпус с осевым патрубком, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения и выполненным в виде коническо-цилиндрического сопла, и радиальным патрубком ввода компонентов, смесительный элемент, состоящий из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки, находящейся в конической части корпуса смесительного элемента, имеющего в торцовой перегородке сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, на торце конической вставки напротив коническо-цилиндрического сопла выполнена выступающая цилиндрическая ступень, причем в цилиндрической ступени и конической вставке выполнено глухое осевое отверстие, соединенное расположенными в несколько рядов радиальными каналами с первой смесительной камерой и с кольцевыми проточками, а на торце цилиндрической ступени конической вставки установлена жестко закрепленная по периметру упругая пластина.

На чертеже схематически изображен гидродинамический смеситель, продольный разрез.

Гидродинамический смеситель содержит корпус 1 с радиальным патрубком 2 входа дополнительного компонента, крышку 3 с патрубком осевого входа основного компонента 4, распорную втулку 5, смесительный элемент 6, состоящий из корпуса 7 с внутренней конической поверхностью и сквозными каналами 8, закрепленной в нем конической вставкой 9 с кольцевыми проточками 10, кольцевыми выступами 11 и цилиндрической ступенью 12, упругой пластины 13, жестко закрепленной на торце цилиндрической ступени 12 крышкой 14, глухого отверстия 15, соединенного радиальными каналами 16 с проточками 10 и радиальными каналами 17 с первой смесительной камерой 18, образованной крышкой 3, распорной втулкой 5 и торцом конической вставки 9, кольцевой радиальный зазор 19, образованный конической наружной поверхностью кольцевых выступов 11 и внутренней конической поверхностью корпуса смесительного элемента 6, второй смесительной камеры 20, распложенной в корпусе смесительного элемента 6, третьей смесительной камерой 21, образованной торцом корпуса смесительного элемента 6, крышкой 22 и выходным патрубком 23.

Гидродинамический смеситель работает следующим образом: основной компонент под давлением поступает через входной осевой патрубок 4 в первую смесительную камеру 18 и попадает на упругую пластину 13, одновременно в камеру 18 подается под давлением через радиальный патрубок 2 второй компонент, затем предварительно смешанные компоненты через радиальный зазор 19 и, частично, через радиальные каналы 17, глухое отверстие 15, радиальные каналы 16, кольцевые проточки 10 поступает во вторую смесительную камеру 20. Затем обрабатываемая среда через каналы 8 проходит в третью смесительную камеру 21 и выводится из выходного патрубка 23.

Основной компонент жидкой среды, проходя через коническо-цилиндрическое сопло входного патрубка, увеличивает свою скорость движения и, попадая на упругую пластину, жестко закрепленную на торцовой поверхности цилиндрической ступени смесительного элемента, вызывает колебания. Действие использованного гидродинамическсого излучателя основано на эффекте Бернулли. Струя периодически меняет давление в зоне сопло - пластина, вызывает колебания пластины. При этом в жидкости возникают низкочастотные звуковые колебания (Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Глав. ред. И.П. Галямина - Советская энциклопедия. 1979, с. 81).

Таким образом, в первой смесительной камере возникают звуковые колебания, которые при определенных амплитудах колебаний пластины, зависящих, в конечном итоге, от ее размеров, расхода и скорости истечения среды из сопла, могут вызвать возникновение кавитации. Начало возникновения кавитации зависит от нескольких факторов, одним из которых является частота генерируемых колебаний, причем чем она ниже, тем быстрее возникают кавитационные явления. Этот фактор использован в предлагаемой конструкции. Собственную частоту колебаний пластины, т.е. ее основной тон, можно определить по известным зависимостям для защемленной по краям круглой пластины (Л.Ф. Лепендин. Акустика. - М.: Высш. школа, 1978, с. 149-151). В результате расчетов для реальных размеров пластин получено, что основной тон может изменяться от сотен Гц до нескольких десятков кГц. Частота звуковых колебаний регулируется также изменением расстояния между выходом коническо-цилиндрического сопла и упругой пластиной.

Одновременно в первую смесительную камеру подается второй компонент через радиальный патрубок. Таким образом, в смесительной камере обрабатываемая среда подвергается интенсивному звуковому и кавитационному воздействию.

Дальнейшая обработка осуществляется в смесительном элементе. Проходя через радиальный зазор, основная часть обрабатываемой среды подвергается значительным сдвиговым напряжениям. Кольцевой радиальный зазор в продольных сечениях представляет собой ряд последовательных резких сужений и расширений, вызывающих интенсивное вихреобразование в кольцевых проточках. Для устранения застоя завихренной жидкости в кольцевых проточках, в них подается через каналы 16 предварительно озвученная жидкость в глухом отверстии 15. В глухое отверстие среда попадает через каналы 17, где подвергается дополнительному воздействию колебаний, генерируемых упругой пластиной.

Площадь поперечного сечения кольцевого радиального зазора по направлению движения обрабатываемой среды уменьшается, при этом возрастает скорость течения и, следовательно, возрастает эффективность воздействия на обрабатываемую среду.

Дальнейшее воздействие на жидкость происходит во второй и третьей смесительных камерах, в которых при резком расширении возникают вихревые течения, которые способствуют дополнительному воздействию на обрабатываемую среду. В третьей смесительной камере струи жидкости, выходящие из каналов 8, веерообразно расходятся, что приводит к взаимному их столкновению и интенсивному перемешиванию.

В предлагаемой конструкции вследствие воздействия на среду кавитации, турбулентных пульсаций, сдвиговых напряжений, ударных эффектов происходит значительное повышение эффективности технологических процессов.

Для подтверждения эффективности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом проведен ряд экспериментов на примере получения смазочно-охлаждающей жидкости. Методика и аппаратура аналогична использованной при испытаниях прототипа. В результате установлено, что результат по времени расслаивания несмешивающихся сред - воды и масла - в предлагаемом смесителе по сравнению с лучшим результатом прототипа выше на 15..30%.

Проведенные эксперименты подтвердили высокую эффективность конструкции гидродинамического смесителя.

Гидродинамический смеситель, содержащий корпус с осевым патрубком, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения и выполненным в виде коническо-цилиндрического сопла, и радиальным патрубком ввода компонентов, смесительный элемент, состоящий из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки, находящейся в конической части корпуса смесительного элемента, имеющего в торцовой перегородке сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, отличающийся тем, что на торце конической вставки напротив коническо-цилиндрического сопла выполнена выступающая цилиндрическая ступень, причем в цилиндрической ступени и конической вставке выполнено глухое осевое отверстие, соединенное расположенными в несколько рядов радиальными каналами с первой смесительной камерой и с кольцевыми проточками, а на торце цилиндрической ступени конической вставки установлена жестко закрепленная по периметру упругая пластина.

www.findpatent.ru

Гидродинамический смеситель

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость" и "газ-жидкость". Смеситель содержит корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, смесительные элементы. Осевой входной патрубок имеет возможность возвратно-поступательного перемещения и выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла. Смесительный элемент состоит из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки. Вставка находится в конической части корпуса смесительного элемента. На торце вставки напротив коническо-цилиндрического сопла по центру выполнен отражатель в виде лунки. Корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям. Кольцевые проточки соединены каналами с первой смесительной камерой. Количество смесительных элементов не менее двух. Суммарная площадь каналов, соединяющих кольцевые проточки со смесительной камерой, составляет (5…20)% от площади поперечного сечения кольцевого радиального зазора на входе в смесительный элемент. Диаметры концентричных окружностей, на которых расположены центры каналов, выполненных на торцовой поверхности большего основания конической вставки, определяют по математическому выражению. Технический результат изобретения - интенсификация гидродинамических, физико-химических и тепломассообменных процессов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость" и "жидкость-газ".

Известен газожидкостный смеситель (RU 2336940 МПК B01F 5/06, опубл. 27.10.2008), содержащий корпус с поперечными диафрагмами, трубопровод для подачи газа с соплом, причем диафрагмы выполнены с возможностью продольного перемещения и снабжены центральным щелевым отверстием. Каждое отверстие последующей диафрагмы смещено на незначительный угол. Интенсификация процесса смешивания осуществляется за счет турбулизации потока обрабатываемой среды.

Недостатками смесителя является отсутствие акустических колебаний и кавитации, что снижает качество получаемой газожидкостной эмульсии и интенсивность перемешивания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является смеситель кавитационного типа (RU 2158627 МПК B01F 5/08, опубл. 10.11.2000), содержащий цилиндрическую рабочую камеру с соосным подводящим в виде диффузора патрубком, смесительные элементы и патрубок подачи добавочного компонента смеси, причем смесительные элементы выполнены в виде многоструйного сопла. Смешивание осуществляется за счет гидродинамической кавитации.

Недостатком смесителя является отсутствие акустических колебаний значительной амплитуды в обрабатываемой среде определенной частоты, т.к. акустическое излучение, вызываемое захлопыванием и пульсацией кавитационных пузырьков, незначительно и имеет сплошной спектр от сотен Гц до десятков тысяч Гц. (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П. Галямина. - М.: Советская энциклопедия. 1979, с.161).

Техническая задача изобретения - интенсификация гидродинамических, физико-химических и тепломассообменных процессов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в гидродинамическом смесителе, содержащем цилиндрический корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, смесительные элементы, осевой входной патрубок имеет возможность возвратно-поступательного перемещения и выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла, а смесительный элемент представляет собой коническую вставку, на поверхности которой выполнено не менее двух кольцевых проточек, и закрепленную в корпусе смесительного элемента, имеющего внутреннюю коническую поверхность, на торце большего основания конической вставки напротив выхода конусно-цилиндрического сопла находится вогнутый отражатель в виде лунки; при этом в торцовой перегородке корпуса смесительного элемента, где закреплена коническая вставка, выполнены сквозные каналы, расположенные по концентричным окружностям, а на торцовой поверхности большего основания конической вставки смесительного элемента находятся каналы, расположенные по концентричным окружностям, соединенные с кольцевыми проточками.

Количество смесительных элементов не менее двух.

Суммарная площадь каналов, выполненных на торцовой поверхности большего основания конической вставки смесительного элемента, составляет (5…20)% от площади поперечного сечения кольцевого радиального зазора на входе в смесительный элемент.

Диаметры концентричных окружностей Dцi, на которых расположены центры каналов, выполненных на торцовой поверхности большего основания конической вставки смесительного элемента, определяются из выражения

где Dвпi - диаметр впадин кольцевой проточки;

Dвысi - наименьший диаметр выступа кольцевой проточки;

i=1, 2, 3…n - номер по порядку проточки;

n - количество кольцевых проточек на конической вставке смесительного элемента.

На фиг 1. схематически изображен гидродинамический смеситель, продольный разрез. На фиг 2. изображено сечение А-А на фиг 1. Ha фиг 3. изображен вид Б на фиг 1.

Гидродинамический смеситель содержит корпус 1 с радиальным патрубком входа дополнительного компонента 2, крышку 3 с патрубком осевого входа основного компонента 4, распорные втулки 5, не менее двух смесительных элементов 6, каждый состоит из корпуса 7 с внутренней конической поверхностью и сквозными каналами 8, закрепленной в нем конической вставкой 9 с кольцевыми проточками 10 и кольцевыми выступами 11, со сквозными каналами 12, первой смесительной камерой 13, образованной крышкой 3, распорной втулкой 5 и торцом конической вставки 9 первого смесительного элемента; отражатель 14, кольцевой радиальный зазор 15, образованный конической наружной поверхностью кольцевых выступов 11 и внутренней конической поверхностью корпуса смесительного элемента 7, второй смесительной камеры 16, расположенной в корпусе смесительного элемента 7, третьей смесительной камерой 17, образованной торцом корпуса первого смесительного элемента, торцом конической вставки второго смесительного элемента и распорной втулкой 5, камеру 18, образованную торцом предыдущего смесительного элемента 6, распорной втулкой 5, крышкой 19, выходной патрубок 20.

Смеситель работает следующим образом: основной жидкий компонент под давлением поступает через входной осевой патрубок 4 в первую смесительную камеру 13 и попадает на отражатель 14, одновременно в камеру 13 подается под давлением через радиальный патрубок 2 второй компонент, затем предварительно смешанные компоненты через кольцевой радиальный зазор 15, кольцевые проточки 10 поступают во вторую смесительную камеру 16, при этом часть обрабатываемой среды из камеры 13 проходит непосредственно через каналы 12, расположенные в конической вставке 9, в кольцевые проточки 10. Затем обрабатываемая среда через каналы 8 проходит в следующую смесительную камеру 17. Процесс движения в следующих смесительных элементах протекает так же как в первом смесительном элементе, за исключением того, что кавитационный отражатель 14 не генерирует колебания, после выхода из последнего смесительного элемента среда поступает в камеру 18 и выводится из выходного патрубка 20.

Основной компонент обрабатываемой среды, проходя центральный патрубок входа, выполненный в виде конфузорно-цилиндрического сопла, значительно увеличивает скорость движения и, попадая на отражатель, расположенный на торцовой поверхности конической вставки смесительного элемента, образует кавитационную полость между выходом сопла и отражателем. Кавитационная полость пульсирует с определенной частотой и интенсивностью, определяемыми соотношениями между диаметром сопла и диаметром отражателя при определенной форме отражателя. Наиболее экономически выгодна вогнутая форма отражателя в виде лунки. (Ультразвук. Маленькая Энциклопедия. Гл. ред И.П. Галямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979 с.80). Таким образом в первой смесительной камере возникает интенсивная кавитация и колебания среды. Интенсивность кавитации регулируется изменениями расстояния между выходом сопла и отражателем с помощью осевого перемещения центрального патрубка. Одновременно в смесительную камеру подается второй компонент среды через радиальный патрубок. Таким образом, в смесительной камере за счет возникающих интенсивных колебаний и кавитации осуществляется предварительное смешивание компонентов. Дальнейшее смешивание осуществляется в смесительных элементах.

Обрабатываемая среда, проходя через кольцевой радиальный зазор, образованный коническими поверхностями, внутренней - корпуса смесительного элемента и наружной - кольцевых выступов, подвергается значительным сдвиговым напряжениям. Кольцевой радиальный зазор в продольном сечении представляет собой ряд последовательных сужений и расширений, вызывающих интенсивное вихреобразование в расширениях, в нашем случае в кольцевых проточках. При внезапном расширении потери энергии расходуются в основном на вихреобразование, т.е. на поддержание вращательного движения жидкости и постоянный их обмен. При внезапном сужении вихреобразование меньше и кольцевое пространство вокруг суженной части потока заполняется малоподвижной завихренной жидкостью (В.В. Богданов, Е.И. Христоворов, Б.А. Клоцунг. Эффективные малообъемные смесители. Л.: Химия, 1989, с.47-48). Для устранения застоя завихренной жидкости в кольцевых проточках предусмотрены каналы 12, соединяющие смесительную камеру 13 и полости кольцевых проточек. При этом эмпирически установлено, что суммарная площадь каналов, соединяющих смесительную камеру и полости кольцевых проточек в зависимости от расхода жидкой среды и геометрических размеров смесителя должна составлять (5…20)% от площади поперечного сечения кольцевого радиального зазора на входе в смесительный элемент. Таким образом, существует оптимальное соотношение площадей. При отношении менее оптимального расход обрабатываемой среды через каналы 12 не позволяет ликвидировать застой в полостях кольцевых проточек. При отношении больше оптимального значительная часть потока поступает в полости кольцевых проточек, не подвергаясь обработке в радиальном зазоре между коническими поверхностями: внутренней - корпуса смесительного элемента и наружной - выступов конической вставки. Кроме того, при больших отношениях площадей и, соответственно, расходов, в полостях проточек может не возникнуть вихревое движение. Следовательно, в этих случаях снижается эффективность работы смесительного элемента.

Площадь поперечного сечения кольцевого ступенчатого радиального зазора по направлению движения обрабатываемой среды уменьшается, при этом возрастает скорость течения, следовательно, возрастает эффективность процессов смешивания, диспергирования и т.д.

Особую роль в интенсификации процессов, протекающих в смесительном элементе, играет наложение на поток колебаний, генерируемых кавитационной областью в первой смесительной камере и первом смесительном элементе. Известно, что наложение колебаний на обрабатываемые среды интенсифицирует различные гидромеханические, тепломассообменные и физико-химические процессы.

Дальнейшее воздействие на обрабатываемую среду оказывается во второй смесительной камере 16, в которой при резком расширении возникают вихревые процессы, способствующие дополнительному повышению качества смеси. Затем из смесительной камеры 16 среда через каналы 8 попадает в следующую смесительную камеру, образованную торцами смесительных элементов 6 и распорными втулками 5. Попадая в смесительную камеру, струи обрабатываемой среды на некотором расстоянии от сопла начинают веерообразно расходиться, при этом происходит активное столкновение струй, что способствует дополнительному повышению эффективности процессов смешивания, диспергирования и т.д. Очевидно, что во втором и других, последовательно установленных смесительных элементах, отсутствуют звуковые колебания, которые излучает пульсирующая кавитационная полость. Они устанавливаются, в случае если один смесительный элемент не обеспечивает требуемого качества смеси или другого результата, например требуемой дисперсности эмульсии.

Следует отметить, что при определенных расходах среды в смесительных элементах при срыве потока при внезапном расширении радиального зазора в области кольцевых проточек возникает интенсивная гидродинамическая кавитация.

В предлагаемой конструкции вследствие воздействия на среду кавитации, турбулентных пульсаций, сдвигающих напряжений, ударного воздействия особенно эффективно происходит диспергирование несмешиваемых сред, например, если дисперсионной средой является вода, а дисперсной фазой масло. Таким образом, в устройстве одновременно происходят процессы смешивания и диспергирования, что необходимо для получения, например, тонкодисперсных эмульсий с большим временем расслоения получаемого продукта.

Предлагаемая конструкция смесителя может использоваться для получения газожидкостной эмульсии. В этом случае следует подавать газ в радиальный патрубок 2, выполненный, например, в виде форсунок или другого устройства для равномерного распределения и дробления газового потока.

Для подтверждения эффективности работы предлагаемого устройства были проведены предварительные эксперименты по получению смазочно-охлаждающей жидкости с 10% содержанием эмульсола. Эффективность смесителя оценивалась по времени достижения расслаивания эмульсии, т.е. достижения определенной толщины слоя масляной пленки. Проводились серии экспериментов при изменении расходов воды в диапазоне (0,05…1) м3/ч, давлениях подачи основного компонента воды (0,2…0,4) МПа, температура исходной смеси изменялась незначительно (22…25)°C. В первой серии входной патрубок заменялся на цилиндрический. Во второй - устанавливался коническо-цилиндрический. В первой и второй серии использовалась два смесительных элемента. В третьей серии - патрубок цилиндрический. В четвертой серии - патрубок коническо-цилиндрический. В третьей и четвертой использовался один смесительный элемент. Предварительные результаты показали, что наиболее эффективна предлагаемая конструкция, используемая во второй серии. Время расслаивания в первой серии уменьшилось на 41%, в третьей - на 56%, в четвертой - на 12%. При этом обнаружено, что использование подвижного коническо-цилиндрического патрубка позволяет определить его оптимальное положение с точки зрения наиболее развитой кавитации. Отметим, что во второй и четвертой сериях в камере 13 наблюдались звуковые колебания с повышенной амплитудой на определенной частоте. На испытанной конструкции основная частота составляла примерно 2,5 кГц, при этом наблюдались гармоники вплоть до 50 кГц. Интенсивность колебаний и кавитации определялись с помощью гидрофона из титаната бария с диаметром головки ≈3,5 мм.

Таким образом, предварительные эксперименты подтвердили высокую эффективность предлагаемой конструкции смесителя.

1. Гидродинамический смеситель, содержащий цилиндрический корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, смесительные элементы, отличающийся тем, что осевой входной патрубок имеет возможность возвратно-поступательного перемещения и выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла, а смесительный элемент представляет собой коническую вставку, на поверхности которой выполнено не менее двух кольцевых проточек, и закрепленную в корпусе смесительного элемента, имеющего внутреннюю коническую поверхность, на торце большего основания конической вставки напротив выхода конусно-цилиндрического сопла находится вогнутый отражатель в виде лунки; при этом в торцовой перегородке корпуса смесительного элемента, где закреплена коническая вставка, выполнены сквозные каналы, расположенные по концентричным окружностям, а на торцовой поверхности большего основания конической вставки смесительного элемента находятся каналы, расположенные по концентричным окружностям, соединенные с кольцевыми проточками.

2. Гидродинамический смеситель по п.1, отличающийся тем, что количество смесительных элементов не менее двух.

3. Гидродинамический смеситель по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь каналов, выполненных на торцовой поверхности большего основания конической вставки смесительного элемента, составляет (5…20)% от площади поперечного сечения кольцевого радиального зазора на входе в смесительный элемент.

4. Гидродинамический смеситель по п.1, отличающийся тем, что диаметры концентричных окружностей Dцi, на которых расположены центры каналов, выполненных на торцовой поверхности большего основания конической вставки смесительного элемента, определяются из выражения ,где Dвпi - диаметр впадин кольцевой проточки;Dвысi - наименьший диаметр выступа кольцевой проточки;i=1, 2, 3…n - номер по порядку проточки;n - количество кольцевых проточек на конической вставке смесительного элемента.

www.findpatent.ru

Гидродинамический смеситель

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость". Смеситель содержит корпус с патрубками ввода основного и дополнительного компонентов. Осевой патрубок ввода основного компонента выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла. Смесительный элемент, состоит из вставки, закрепленной в торцевой перегородке корпуса смесительного элемента и находится внутри него. Корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, патрубок вывода продукта. Патрубок ввода дополнительного компонента состоит из двух прямолинейных цилиндрических участков, перпендикулярных друг другу и соединенных изогнутым по радиусу уголком. Выход одного прямолинейного участка выполнен в виде конфузорного сопла со сквозными отверстиями на конической поверхности, и расположен внутри цилиндрической части осевого входного патрубка вдоль его оси, и направлен навстречу потоку основного компонента. Второй цилиндрический участок служит для ввода дополнительного компонента и имеет возможность продольного перемещения и поворота относительно своей оси. Вставка смесительного элемента, со стороны потока среды, имеет выпуклую, близкую к сферической, поверхность, на которой в несколько рядов выполнены углубления в виде лунок произвольного поперечного сечения. Выпуклая поверхность вставки переходит в коническую поверхность, на которой выполнено четное количество пересекающихся спиральных канавок произвольного поперечного сечения, причем чередуются канавки с правым и левым направлением нарезки. Отношение шага правой нарезки к шагу левой нарезки принимается из интервала от 0.2 до 5. Технический результат изобретения - интенсификация гидромеханических, физико-химических, тепломассобменных процессов и снижение гидравлического сопротивления. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость".

Известен аппарат для обработки суспензий, включающий (SU 552379, МПК D21В 1/36, опубл. 30.03.77) корпус, состоящий из конфузора, проточного участка и диффузора, коллектора для подачи жидкости и трубки-сопла установленные в проточном участке трубы и соединенные с коллектором, выходные отверстия трубок-сопел направлены в сторону расположения конфузора, трубки-сопла расположены по крайне мере в два ряда. Обработка среды осуществляется за счет кавитации, возникающей в проточном участке трубы.

Недостатком аппарата является то, что среда в основном подвергается только воздействию кавитации и турбулентному воздействию. Отсутствие других важных физических факторов воздействия на обрабатываемую среду снижает качество получаемого продукта и интенсивность технологических процессов. Кроме того, расположение сопел по всему сечению трубы увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидродинамический смеситель (RU 2553861 МПК B01F 3/04, B01F 3/08, B01F 5/06, опубл. 20.06.2015), содержащий корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, осевой входной патрубок выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла, смесительный элемент состоящий, из вставки и корпуса, коническая часть вставки находится в корпусе смесительного элемента, отражатель в виде лунки, корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, кольцевые проточки, выполненные на поверхности вставки соединены с первой смесительной камерой. Интенсификация технологических процессов достигается интенсивной кавитацией, наличием сдвиговых усилий, развитой турбулентностью в смесительных камерах, смешением струи жидкости в третьей смесительной камере.

Недостатком смесителя является значительное гидравлическое сопротивление, которое вызвано тем, что весь поток среды проходит через относительно небольшой радиальный зазор между коническими поверхностями полости корпуса смесительного элемента и поверхностью выступов кольцевых проточек. Кроме того, область кавитации, возникающей в первой смесительной камере, занимает небольшую часть ее объема и воздействует на часть потока среды, отсутствие пересекающихся потоков жидкости. Это снижает эффективность кавитационного воздействия на поток жидкой среды и на интенсивность технологических процессов в целом.

Поставленная техническая задача изобретения - интенсификация гидромеханических, физико-химических и тепломассообменных процессов и снижение гидравлического сопротивления смесителя.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в гидродинамическом смесителе, содержащем корпус с патрубками ввода основного и дополнительного компонентов, осевой патрубок ввода основного компонента выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла, смесительный элемент, состоящий из вставки, закрепленной в торцевой перегородке корпуса смесительного элемента и находящейся внутри него, корпус смесительного элемента, имеющий сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, патрубок вывода продукта, патрубок ввода дополнительного компонента состоит из двух прямолинейных цилиндрических участков, перпендикулярных друг другу и соединенных изогнутым по радиусу уголком, выход одного прямолинейного участка выполнен в виде конфузорного сопла со сквозными отверстиями на конической поверхности и расположен внутри цилиндрической части осевого входного патрубка вдоль его оси и направлен навстречу потоку основного компонента, а второй прямолинейный цилиндрический участок служит для ввода дополнительного компонента и имеет возможность продольного перемещения и поворота относительно своей оси, при этом вставка смесительного элемента, со стороны потока среды имеет выпуклую, близкую к сферической поверхность, на которой в несколько рядов выполнены углубления в виде лунок произвольного поперечного сечения, переходящую в коническую поверхность, на которой выполнено четное количество пересекающихся спиральных канавок произвольного поперечного сечения, причем чередуются канавки с правым и левым направлением нарезки.

Гидродинамический смеситель содержит корпус 1, крышку 2 с осевым конусно-цилиндрическим патрубком ввода основного компонента 3, патрубок ввода дополнительного компонента 4, состоящий из цилиндрических прямолинейных частей 5 и 6, которые соединены изогнутым по радиусу уголком 7 и взаимного перпендикулярны, на конце цилиндрической части 6 находится конфузорное сопло 8 со сквозными отверстиями 9 по конической поверхности и направленное по оси патрубка 3, навстречу потоку основного компонента, смесительный элемент 10, который фиксируется в корпусе 1 распорными втулками 11 и 12, смесительный элемент состоит из корпуса 13 с внутренней конической поверхностью и сквозными каналами 14, закрепленной в нем конической вставкой 15, на поверхности которой выполнены спиральные пересекающиеся канавки 16 (на фиг. 1, условно показано только направление канавок в виде тонкой линии), коническая вставка 15 переходит в выпуклую поверхность 17, с рядами углублений в виде лунок 18, кольцевой радиальный зазор 19, образованный внутренней конической поверхностью корпуса смесительного элемента 10 и наружной поверхностью конической вставки 15, первую смесительную камеру 20, образованную крышкой 2, распорной втулкой 12 и выпуклой поверхностью 17, вторую смесительную камеру 21, находящуюся в корпусе 13 смесительного элемента 10, третью смесительную камеру 22, образованную торцом корпуса 13 смесительного элемента 10, крышкой 23, в которой закреплен патрубок выхода готового продукта 24.

На фиг. 1 изображен продольный разрез смесителя; на фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1; на фиг. 3 изображено конфузорное сопло 8 на фиг. 1 (увеличено).

Смеситель работает следующим образом. Основной жидкий компонент под давлением поступает через входной основной патрубок 3 в первую смесительную камеру 20 и попадает на выпуклую поверхность 17, одновременно в цилиндрическую часть входного патрубка 3 подается под давлением через патрубок 4 и конфузорное сопло 8 второй компонент, затем предварительно обработанная жидкая среда через спиральные канавки 16 и радиальный кольцевой зазор 19 поступает во вторую смесительную камеру 21. Затем обрабатываемая жидкая среда, проходя каналы 14, попадает в третью смесительную камеру 22 и выводится из выходного патрубка 24.

Важнейшим фактором повышения эффективности проведения технологических процессов в системах "жидкость-жидкость" является кавитация. Установлено, что создание режима кавитационной работы возможно за счет соударения встречных скоростных потоков жидкости (Седов Л.И. Движение воды с большими скоростями. В кн.: Размышление о науке и об ученых. М.: Наука, 1980, с. 312-339). Этот принцип в предлагаемой конструкции реализуется следующим образом. Поток основного компонента, проходя осевой патрубок ввода, выполненный в виде конусно-цилиндрического сопла, значительно увеличивает скорость движения в цилиндрическом участке. Одновременно второй компонент подается под давлением в цилиндрическую часть через патрубок 4, горизонтальная часть 6 которого выполнена на конце в виде конфузорного сопла 8. При этом на боковой конической поверхности сопла имеются сквозные отверстия. Струя жидкости, вытекающая из конфузорного сопла не только по оси, но и под углом, перекрывает все поперечное сечение цилиндрического участка входного патрубка 3. В результате соударения струй образуются кавитационные пузырьки. Из-за высокой скорости потока среды в цилиндрическом участке входного патрубка давление в жидкости падает, что вызывает рост кавитационных пузырьков. При этом кавитационные пузырьки выносятся из малого объема цилиндрического участка в значительно больший объем первой смесительной камеры, вследствие этого давление возрастает и происходит схлопывание пузырьков с образованием кавитационного облака во всем объеме первой смесительной камеры. С целью снижения кавитационного износа выпуклой поверхности 17 расстояние между ней и торцом входного патрубка 3 выбирается таким, чтобы схлопывание кавитационных пузырьков происходило в объеме первой смесительной камере, а не на выпуклой поверхности. Поток среды, попадая на выпуклую поверхность 17, отражается от нее и вызывает турбулизацию среды в первой смесительной камере. Кроме того, наличие на выпуклой поверхности углублений в виде лунок с различным направлением осей приводит к тому, что отражение жидкости происходит, практически, во всех направлениях. Такое решение приводит к увеличению интенсивности турбулизации обрабатываемой среды.

Затем, предварительно обработанная среда поступает в спиральные канавки, расположенные на конусной поверхности вставки смесительного элемента, при этом скорость среды возрастает от входа к выходу. Так как, спиральные канавки имеют чередующуюся правую и левую нарезку, то они пересекаются и при этом происходит интенсивное перемешивание среды, которое увеличивается по направлению к выходу ее из каналов. Следует отметить, что часть жидкости стремится пройти через радиальный зазор во вторую смесительную камеру. При этом, проходя спиральные канавки, жидкость способствует дополнительной турбулизации потока в канавках, т.к. они являются резким расширением для жидкости движущейся в радиальном зазоре. При достаточной производительности смесителя и определенных геометрических размерах элементов смесительного элемента, среда, попадая из зазора, вызывает кавитацию в спиральных канавках, дополнительно воздействуя на обрабатываемую среду.

Следует отметить, что наличие спиральных канавок значительно снижает гидравлическое сопротивление смесителя. Это объясняется тем, что основная часть потока обрабатываемой среды в смесительном элементе проходит из первой во вторую смесительные камеры через канавки, а в прототипе через радиальный зазор. При этом, естественно, поперечное сечение канавок превышает поперечное сечение радиального зазора, и чем их больше, тем больше получаемый эффект снижения гидравлического сопротивления.

Спиральные канавки увеличивают время прохождения среды в смесительном элементе, т.е. увеличивает время воздействия на нее интенсифицирующих факторов.

В зависимости от требований к качеству получаемого продукта можно изменять количество пересечений спиральных канавок. Это достигается изменением шагов нарезок. Для исследованных интервалов производительностей и давлений установлено, что необходимо выбирать отношение шага правой нарезки к левой из интервала 0.2…5. Следует отметить, что наименьшее значение шага (левой или правой нарезок) зависит от геометрических размеров смесителя, возможности технологического оборудования и т.д. Кроме того, уменьшение величины шага и их количества на конической вставке увеличивает гидравлическое сопротивление смесителя.

Жидкая среда, закрученная в нарезках, с увеличенной скоростью попадает во вторую смесительную камеру, туда же попадает жидкость из радиального зазора. Часть жидкость отражается от торцевой стенки корпуса смесителя увеличивая турбулизацию жидкой среды.

Окончательное воздействие на поток жидкой среды осуществляется в третьей смесительной камере. Попадая в нее, через каналы 14 струи среды на некотором расстоянии от сопла начинают веерообразно расходится, при этом происходит активное столкновение струй, что способствуют дополнительному повышению интенсивности технологических процессов.

Таким образом, предлагаемая конструкция гидродинамического смесителя за счет значительной интенсификации кавитационного воздействия, вихревых течений, интенсивной турбулентности, активного столкновения струй интенсифицирует проводимые технологические процессов.

При этом предложенное техническое решение снижает гидравлическое сопротивление смесительного элемента, на который приходится значительная часть гидравлических потерь гидродинамического смесителя.

1. Гидродинамический смеситель, содержащий корпус с патрубками ввода основного и дополнительного компонентов, осевой патрубок ввода основного компонента выполнен в виде конусно-цилиндрического сопла, смесительный элемент, состоящий из вставки, закрепленной в торцевой перегородке корпуса смесительного элемента и находящейся внутри него, корпус смесительного элемента, имеющий сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям, патрубок вывода продукта, отличающийся тем, что патрубок ввода дополнительного компонента состоит из двух прямолинейных цилиндрических участков, перпендикулярных друг другу и соединенных изогнутым по радиусу уголком, выход одного прямолинейного участка выполнен в виде конфузорного сопла со сквозными отверстиями на конической поверхности и расположен внутри цилиндрической части осевого входного патрубка вдоль его оси и направлен навстречу потоку основного компонента, а второй прямолинейный цилиндрический участок служит для ввода дополнительного компонента и имеет возможность продольного перемещения и поворота относительно своей оси, при этом вставка смесительного элемента, со стороны потока среды, имеет выпуклую, близкую к сферической поверхность, на которой в несколько рядов выполнены углубления в виде лунок произвольного поперечного сечения, переходящую в коническую поверхность, на которой выполнено четное количество пересекающихся спиральных канавок произвольного поперечного сечения, причем чередуются канавки с правым и левым направлением нарезки.

2. Гидродинамический смеситель по п. 1, отличающийся тем, что отношение шага правой нарезки к шагу левой нарезки принимается из интервала 0.2…5.

www.findpatent.ru


Смотрите также