Гидродинамический кавитационный эмульгатор

 

Использование: для эмульгирования в химической и нефтеперерабатывающей промышленности . Сущность изобретения: гидродинамический эмульгатор содержит конфузор. проточную камеру, переходящую в диффузор. В проточной камере установлены кавитаторы, выполненные в виде кольца , имеющего в продольном сечении обтекаемую форму. Кавитаторы имеют разный диаметр, могут быть установлены в одном сечении или со смещением по длине камеры. Приведены соотношения размеров кавитаторов, углы конфузора, диффузора. 1 З.П.Ф-ЛЫ, 3 ИД

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К ПАТЕНТУ

Комитет Росситтской Федерации по патентам и тоттарным знакам (21) 4892602/26 (22) 22.10.90 (46) 30.10.93 Бюл. Na 39-40 (71) Уфимский нефтяной институт; Производственное объединение "Пермнефтеоргсинтез" MMXXLLl съезда КПСС (72) Кузеев И.Р„Хафизов Ф.Ш.; Хуснияров MX..

Абызгильдин Ю.М. Дегтярев Н.С.; Шуверов В.M. (73) Кафедра "Машины и аппараты химических производств"; Производственное объединение

"Пермнефтеоргсинтез" (54) ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ КАВИТАЦИОННЪ|Й ЭМУЛЪГАТОР (в) RU (и) 2001666 Cl (51) 5 801F 5 00 (57) Использование: для змульгирования в химической и нефтеперерабатывающей промышлен— ности. Сущность изобретения: гидродинамический змупьгатор содержит конфузор, проточную камеру, переходящую в диффузор. В проточной камере установлены кавитаторы, выполненные в виде кольца, имеющего в продольном сечении обтекаемую форму. Кавитаторы имеют разный диаметр, могут быть установлены в одном сечении или со смещением IlO длине камеры. Приведены соотношения размеров кавитаторов, углы конфузора, диффузорэ.

1 з.п.ф-лы, 3 ил.

2001666

Изобретение относится к химическому машиностроению. конкретно к гидродинамическим кавитационным эмульгаторам, и может быть использовано в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен гидродинамический кавитационный реактор, например, для обработки волокнистых суспенэий, включающий конфузор. диффузор и проточную камеру с установленными в ней кавитаторами, образующими решетку.

Однако в таких кавитаторах энергия кавитационного поля благодаря пространственному расположению кавитаторов рассредоточена в большом объеме, что оказывает мягкое и малоэффективное размалывающее воздействие на волокнистую массу.

Кроме того, пространственная решетка из кавитаторов не создает сплошного поля кавитации, а вблизи внутренних стенок проточной камеры волокнистая масса не подвергается воздействию кавитационного поля.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, т,е. прототипом, является гидродинамический кавитационный реактор, включающий конфузор, диффузор и проточную камеру с установленными в ней кавитаторами, выполненными в виде стержней, продольные оси которых параллельны между собой и лежат в плоскости поперечного сечения проточной камеры. Стержни имеют поперечное сечение в виде треугольника, основанием направленного в сторону конфуэора, либо в виде трапеции, большим основанием направленной в сторону конфуэора.

Недостатком этого гидродинамического кавитационного реактора (прототипа) является также его низкая эффективность для получения высокодисперсных эмульсий, обусловленная тем, что энергия кавитационного поля рассредоточена в большом объеме, а возникающие после прохождения через кавитаторы. образующие пространственную решетку, каверны слипаются в суперкаверну, которая имеет интенсивность гораздо меньшую, чем другие формы кавитации.

Целью изобретения является создание более интенсивной кавитации с минимальными гидравлическими потерями.

Указанная цель достигается тем, что в известном гидродинамическом кавитацианном эмульгаторе, содержащем круглый в сечении конфузор, переходящий в проточную камеру, диффуэор. установленные в камере кавитаторы, выполненные в форме кольца в поперечном сечении и обтекаемой формы в продольном сечении, например в форме вытянутой капли с углом расширения 80 — 90 и удлиненной хвостовой частью, устанавливают кавитаторы в количестве от 1 до 3 в зависимости от объема обрабатываемой эмульсии, угол закрытия конфузора 60100О, так как при этих углах критерий кавитации имеет наибольшее значение.

Проточная камера имеет минимальную длину; 0,7 — 0,8 длины диффузора. Оптимальный

10 угол расширения диффузора 110-120О. При диаметре эмульгатора до 40 мм может быть установлено одно кавитационное кольцо толщиной 1/8-1/10 диаметра проточной камеры с соотношением площадей внутреннего кольца к наружному F0/F» = 0,3.

Для увеличения интенсивности кавитации кавитационные кольца могут иметь до

6.-8 перемычек.

При больших размерах (до 100 мм) кави20 тационный эмульгатор может иметь до 2-3 кавитационных кольцевых насадок. Последние могут быть расположены в одну линию, уступом в сторону диффузора. Увеличение диаметра эмульгатора более 100 мм неэф25 фективно.

На фиг. 1 показан предлагаемый эмульгатор, продольное сечение; на фиг. 2 и 3— варианты расположения кавитаторов.

Гидродинамический кавитационный

30 эмульгатор состоит из конфузора 1, переходящего в проточную камеру 2, в которой установлены кавитаторы в виде колец 3. Камера переходит в диффузор 4.

Эмульгатор работает следующим обра35 зом.

Диспергируемая масса подается в конфузор 1, на выходе из которого в проточную камеру 2 скорость потока возрастает с 6 — 7 до 8-14 мlс. В камере 2 поток обтекает

40 кольца 3, выполненные в форме вытянутой капли, за которыми возникают кавитационные каверны, при смыкании последних образуется большое количество микропузырьков. При схлопывании пузырьков возникают локальные давления большой силы, ведущие к диспергированию обрабатываемой эмульсии.

Пример 1. На лабораторном стенде проведены эксперименты, позволяющие оценить интенсивность кавитации косвенным путем с помощью определения среднечисленного радиуса эмульсии, полученного на предлагаемом эмульгаторе. Состав эмульсии: дизельное топливо — вода в соотношении 1:100. B ходе эксперимента определены потери напора на аппарате с помощью дифференциального манометра.

Аппарат имеет конфузор, проточную часть диаметром d 20 мм, кольцевой кавитатор.

Кавитаторы выполнены с различными угла2001666

Таблица1 ми лобовой части, диаметр кольца dr 8 мм, Результаты эксперимента сведены в табл. 1, Из результатов экспериментов видно, что оптимальный угол лобового расширения кавитатора 80 — 90О. Увеличение угла ведет к увеличению потерь напора без заметного изменения среднечисленного радиуса частиц эмульсии.

Il р и м е р 2. Эксперимент проводился на том же лабораторном стенде, с тем же аппаратом, что и в примере 1, Изменялась толщина кольца и составляла 1/6, 1/8, 1/10, 1/12 диаметра проточной части. Диаметр осевой линии кольца 8 мм. Результаты экспериментов сведены в табл. 2, Увеличение толщины кольца ведет к образованию интенсивной кавитации, что подтверждается экспериментом, но в то же время заметны потери напора. При уменьшении толщины кольца потери напора незначительны, но интенсивность кавитации недостаточна для получения эмульсии с хорошей дисперсностью. Наиболее оптимальная толщина кольца 1/18-1/10 проточной части аппарата.

Пример 3, Эксперименты проводились на том же стенде, что и в примере 1.

Диаметр проточной части кавитационного эмульгатора 20 мм. Толщина кольца 2,8 мм, 8 ходе экспериментов в кавитационном эмульгаторе устанавливались кавитаторы с разным отношением внутренней площади и внешней площади, ограниченной кавитатором. (см. табл. 3).

Кавитационное кольцо с маленьким внутренним диаметром вызывает большие гидродинамические потери, кольцо с большой внутренней площадью уменьшает внут5 реннее сечение эмульгатора, Наиболее оптимальное отношение внутренней площади кольца и площади, ограниченной кольцом и стенкой эмульгатора, равно 0,3-0.5.

Конфузор должен иметь угол закрытия

10 60-100О. Эти предельные значения были получены в результате рассмотрения этого параметра с точки зрения создания интенсивной кавитации на линии закрытия конфузора и оптимальных гидродинамических

15 потерь.

Угол закрытия 60 — 100 был выведен как оптимальный в результате анализа двух формул: критерия кавитации, который характеризует интенсивность кавитации, и

20 гидродинамических потерь.

Конфузор с углом закрытия 60 — 100 и кавитационное кольцо с геометрическими параметрами, определенными в результате эксперимента: угол расширения лобовой ча25 сти кольца 80-90О. толщина внутренней части кольца 0,3 площади проточной части. в совокупности создают наиболее интенсивную кавитацию с минимальными гидродинамическими потерями.

30 (56) Авторское свидетельство СССР

М 467158, кл. 0 21 В 1/36, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 610896, кл. D 21 В 1/36, 1978.

2001666

Таблица2

ТаблицаЗ

Формула изобретения

1, ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ЭМУЛЬГАТОР, содержащий конфузор, диффузор, между которыми размещена проточная камера, включающая кавитатор, отличающийся тем, что, с целью создания более интенсивной кавитации с, минимальными гидравлическими потерями, кавитатор выполнен в форме кольца, которое имеет обтекаемую форму в продольном сечении и толщину, равную 1/81/10 диаметра проточной камеры, при этом отношение площади поперечного сечения внутренней части кольца к площади сечения проточной камеры, находящейся снаружи кольца, равно 0,3, угол расширения лобовой части кольца составляет 8090, конфузор выполнен с углом 60 - 100, а диффузор - 110 - 120 .

2. Эмульгатор по п.1, отличающийся тем, что эмульгатор дополнительно снаб10 жен дополнительными кавитаторами меньшего диаметра, установленными в одном сечении с основным кавитатором или со смещением по длине проточной камеры в сторону диффузора.

2001666

Составитель M,Õóñíèÿðoâ

Редактор М.Стрельникова Техред М. Моргентал Корректор П. Ге реши

Заказ 3142 Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушскал наб., 4/5

П оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгг,род, ул. Гагарина, 101 роизвод