Устройство для смешения
Использование: смешение потоков гомогенных и гетерогенных сред. Сущность изобретения: в трубках выполнены отверстия постоянного диаметра с переменным шагом или отверстия переменного диаметра - с постоянным шагом. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
isles В 01 F 5/00
ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4800650/26 (22) 11,03.90 (46) 30.03,93.Бюл.N 12 (71) Украинский научно-исследовательский углехимический институт (72) А.А.Калинин и М.P.Êîëòóí (56) Авторское свидетельство СССР N.
633574, кл. В 01 F 5/00, 1975.
Авторское свидетельство СССP ¹ .780868, кл. В 01 F 5/06, 1977.
Авторское свидетельство СССР ¹
904755, кл, В 01 F 5/00. 1981.
Изобретение относится к оборудованию, применяемому для смешения потоков гомогенных и гетерогенных систем, и может быть применено в металлургической, химической и энергетической отраслях промышленности, Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса массообмена за счет сокращения длины зоны гомогенизации и снижения гидравлического сопротивления.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для смешения vi разрез А-А на общем виде; на фиг.2 показаны варианты установки устройства на различных участках трубопроводов, приведены эпюры скоростей: на фиг.З показан разрез А-А на общем виде с выполненными отверстиями — постоянный диаметр, переменный шаг - в радиальных распределительных трубках: на фиг.4 показан разрез А-А на общем еиде с выполненными отверстиями — переменный диаметр. постоянный шаг — в радиальных распредеllPiTBRbHblx трубках. Ы,, 1804898 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ (57) Использование: смешение потоков гомогенных и гетерогенных сред, Сущность изобретения: е трубках выполнены отверстия постоянного диаметра с переменным шагом или отверстия переменного диаметра — с постоянным шагом. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Устройство для смешения содержит коллектор 1, внутри которого размещена труба 2. Внутри трубы 2 расположены радиальные распределительные трубки 3 с выполненными в них отверстиями 4, Радиальные распределительные трубки 3 соединены с коллектором 1.
Устройство работает следующим обра- СО зом.
По трубе 2 подают поток основного компонента. При обтекании потоком радиаль- Ь ных распределительных трубок 3 ОО происходит образование активных вихрей, 0 что обусловливает локальное повышение QQ турбулентности потока, Через входной штуцер коппектора 1 подают компонент дпк смешения, который, проходя через отвер(юб стия 4 в радиальных распределительных трубках 3, поступает в основной поток, происходит смешение.
Расположение отверстий в радиальных распределительных трубках подбирается экспериментально в зависимости от условий протекания процесса, причем для каж1804898
4 ской плотности, равной эталонной, Гидравлическое сопротивление до и после устройства для смешения замерялось г о показаниям двух U-образных манометров.
Пример 2. Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок каплевидной формы с исполнением отверстий переменного диаметра с постоянным шагом.
Исследования проводились на лабораторной модельной установке, описанной в примере 1. Отверстия в радиальных распределительных трубках также выполнялись по двум вариантам: переменный диаметр c no15 стоянным шагом; постоянный диаметр с постоянным шагом.
По первому варианту: диаметр 2 5 мм, шаг 8 мм. По второму варианту — диаметр 2 мм, шагом 5 мм. Диаметр отверстий возрастал по мере приближения к центру потока.
Все остальные параметры эксперимента, а также методы контроля длины зоны гомогенизации и величины гидравлического
cGïðoTèýëåHèÿ аналогичны. описанным в примере 1.
Средние значения результатов эксперимента сведены в таблицу 2.
ПримерЗ, Сравнение эффективности предлагаемого устройства и прототипа.
Для сравнения эффективности смешения предлагаемого изобретения и прототипа была поставлена серия экспериментов на лабораторной модельной установке с
З5 легкозаменяемым блоком смешения. Установка изготовлена из кварцевого стекла. .Сравнивались условия протекания процесса массообмена в различных системах; система жидкость-жидкость-потоки хлорида железа
40 (1П) и роданида калия (Ж-Ж); система гаэ-гаэ— потоки оксида азота (IV) и аммиака (Г-Г); система жидкость-газ-потоки серной кислоты и аммиака (Ж-Г), В рассмотренных системах один из компонентов был подкрашен либо в
50 дога случая ставится конкретный эксперимент.
Пример1.
Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок канлевидной формы в сечении с выполнением в них отверстий постоянного диаметра с переменным шагом.
Для обоснования правомерности выбора была изготовлена лабораторная модельная установка с легкозаменяемым устройством для смешения, Радиальные распределительные трубки устройства в сечении имели: окружность, овал, эллипс и каплю. Эквивалентные диаметры каждого из трех последних сечений равны диаметру окружности.
В радиальных распределительных трубках отверстия выполнялись по двум вариантам: постоянный диаметр — постоянный шаг; постоянный диаметр — переменный шаг.
По первому варианту отверстия выполнялись диаметром 2 мм с шагом 5 мм.По второму варианту — диаметром 2 мм с шагом 3-8 мм, с уменьшением шага к центру потока, т.к. модельная установка представляла собой достаточно длинный прямолинейный отрезок трубопровода.
Для исследования были взяты раствор хлорида железа (ill) и роданистого калия, Расход хлорида железа (ill) — 2 л/мин; оптическая плотность, измеренная на ФЭКе с синим светофильтром (длина волны 450-480 нм) -- 0,518; расход роданида калия — 0,5 л/мин; оптическая плотность раствора роданида калия, подкрашенного метиловым красным, измеренная на ФЭКе с сине-зеленым светофильтром (длина волны 490 500 нм) — 0,326; температура потоков основного вещества и компонента на смешение—
20 С. Исследование проводилось под атмосферным давлением, Средние значения результатов эксперимента сведены в таблицу 1.
Предварительно в колбе. приготовлялся раствор такого состава и такой концентрации, которые должны быть получены в результате протекания процесса смешения, На фотоколориметре (ФЭК) при сине-зеленом светофильтре (длина волны 490 500 нм) измерялась эталонная оптическая плотность полученного раствора. Ее величина—
0,473. В ходе исследования на различных расстояниях от устройства смещения отбирались пробы полученного состава — родэнистого железа (ill). На ФЭКе с сине-зеленым 5 светофильтром (длина волны 490%00 нм) определялась оптическая плотность проб.
Длина зоны гомогениэации определялась как расстояние от устройства для смешения до точки установления постоянной оптичерезультате смешения протекала реакция, сопровождавшаяся изменением окраски.
Исследования проводились при следующих параметрах; расход основного компонента — 2 л/мин; расход компонента на смешение — 0,5 л/мин; температура протекания процесса смешения переменная в зависимости от исследуемого потока смешения.
Метод контроля длины зоны гомогенизации и величины гидравлического сопротивления аналогичен описанному в примере 1, Предлагаемое устройство имело следующий вид: труба 2 — диаметр 100 мм; эквивалентный диаметр капли (длина капли в сечении радиальных распределительных трубок 3) — ; отверстия в радиальных
1804898
Тэблицэ1
Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок каплевидной формы с выполненными в них отверстиями постоянного диаметра с переменным шагом
Варианты исполнения радиальных распределительных трубок и отверстий в них
Сопоставляемые параметры
l вари риант
Длина зоны гомогенизации. м
0.8
Гид эвлическое р сопротивление, Па
) 400 ( (3б} распределительных трубках выполнялись по двум вариантам: постоянный диаметр—
2 мм, переменный шэг — 3-8 мм; перемен. ный диаметр — 2 5 мм. постоянный шаг 8 мм, 5
Прототип имел следующий вид: распределитель — диаметр 10 мм(в сечении); основная труба 2 — диаметр 100 мм; сечение трубок распределителя — окружность; турбулизатор выполнен в виде решетки из стек- 10 лянных кварцевых палочек диаметром 3 мм; отверстия в трубках распределителя выполнены диаметром 2 мм; отношение расстояния от отверстий в распределителе до стенки трубы к радиусу трубы — 0,5; отвер- 15 стия в трубках распределителя располагались симметрично относительно оси трубы.
Средние результаты исследований сведены в таблицу 3, Анализ таблиц 1, 2 позволяет сделать 20 вывод, что эксплуатационные свойства предлагаемого устройства улучшаются в зависИмости от вида сечения радиальных распределительных трубок и от исполнения отверстий в них, Так наихудшие эксплуата- 25 ционные показатели имеет устройство для смешения, в котором радиальные распределительные трубки имеют сечение окружность. а отверстия в трубках выполнены постоянного диаметра с постоянным ша- 30 гом. Эксплуатационные свойства возрастают (улучшаются) по мере изменения сечения радиальных распределительных трубок: овал - эллипс - капля, Наилучшие эксплуатационные свойства имеет предлагаемое 35 устройство. причем независимо от варианта выполнения отверстий: постоянный диаметр с переменным шагом или переменный диаметр с постоянным шагом.
Из данных таблицы 3 видно, что предлагаемое устройство обеспечивает, по сравнению с прототипом, более эффективное протекание процесса массообмена с более короткой зоной гомогенизации и более низким гидравлическим сопротивлением.
Предлагаемое устройство можно использовать для смешения потоков различных систем: жидкость-жидкость, газ-газ, жидкость-газ.
Предлагаемое устройство хорошо работает как в случае смешения потоков систем, имеющих невысокую температуру, так и потоков систем, имеющих повышенную температуру, а также потоков раскаленных систем.
Формула изобретения
1. Устройство для смешения, содержащее коллектор, трубу с размещенными внутри нее радиальными распределительными трубками, соединенными с коллектором, по всей длине которых выполнены отверстия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса массообмена за счет сокращения длины зоны гомогенизации и снижения гидравлического сопротивления, отверстия постоянного диаметра выполнены с переменным шагом или отверстия переменного диаметра — с постоянным шагом, 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что радиальные распределительные трубки в сечении выполнены каплевидной формы, а отверстия в них расположены на лобовой или тыльной стороне трубок.
1804898
Продолжение табл. 1
Таблица2
Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок каплевидной формы с выполненными в них отверстиями переменного диаметра и постоянного шага
Продолжение табл. 2
ТаблицаЗ
Сравнение эффективности процесса массообмена в предлагаемом устройстве и прототипе
1804898
Продолжение тэбл, 3
1804898
1804898
Составитель Т.Рязанова
Техред М.Моргентал Корректор Л,Филь
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ. 914 Тираж. Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5