Способ смешивания вязкого материала

 

Изобретение относится к перемешиванию вязкого материала в контейнере и может использоваться, например, для облегчения выгрузки материала из контейнера. В контейнере создают акустическое поле за счет вибрирующего тела и образуют в вязком материале спиралеобразный вихрь, воздействующий на вязкий материал. Технический результат состоит в повышении текучести вязкого материала. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области конвекции, а именно к способу конвекции для смешивания вязких материалов, удерживаемых в контейнере акустическим потоком, вызванным акустическим полем, проходящим через несколько частей вязкого материала, причем акустическое поле выбрано и направлено таким образом, что оно придает акустическому потоку определенную форму.

Известны различные способы для смешивания высоковязких нефтепродуктов, чтобы выгрузить их из контейнера. Поскольку сырая нефть и нефтепродукты не обладают значительной теплопроводностью, то только конвекция или соответствующее движение частиц материала обеспечит некоторый теплообмен в таком материале. Русские инженеры Н. Калашников и В. Черникин описали такой режим нагрева высоковязкой сырой нефти или нефтепродукта в своей монографии “Нагрев вязких нефтепродуктов, используя колебательное движение” (на русском языке), Москва, 1961, с. 37-44. В обычном циркуляционном режиме оборудование выбрасывает горячие струи из соответствующих форсунок, расположенных в середине контейнера на поверхности холодного материала, содержащегося в контейнере. Добавленный горячий материал прогревает только поверхностный слой обрабатываемого холодного материала, но не проникает вглубь холодного материала. Таким образом, вышеупомянутый обычный режим циркуляции не обеспечивает достаточного перемешивания горячего материала с холодным во всем объеме контейнера, вплоть до удаленных от форсунок областей в течение приемлемого времени. Тепло не достигает частей материала, расположенных вдали от форсунок, в результате чего в этих частях поддерживается высокая вязкость, которая не позволяет разгрузить их из контейнера. Наиболее трудно нагревать материал, находящийся близко к торцам контейнера или цистерны, где создаются так называемые "твердые глыбы". Из-за этих глыб невозможно разгрузить больше 85% материала, находящегося в контейнере. Остающаяся часть материала уменьшает полезный объем контейнера, заставляя перевозить твердый остаток в контейнерах, увеличивая, таким образом, вес контейнера, например железнодорожной цистерны, и расход энергии, используемой для перевозки контейнера.

Из книги Н.Калашникова и В.Черникина “Нагрев вязких нефтепродуктов, используя колебательное движение”, Москва, 1961, с. 59-60, 63-64, также известны способ и устройство, в которых используются колебания при нагревании вязкого материала, находящегося в железнодорожной цистерне. Согласно опубликованному описанию нагреватель состоит из двух комплектов труб эллиптического поперечного сечения, причем трубы прикреплены с помощью двух поперечных крепежных стержней. Этими двумя стержнями комплект труб крепится к верхней траверсе, которая свободно перемещается вдоль вертикальной стойки, через которую в трубы подается водяной пар и удаляется конденсат. Комплект труб, содержащий пар, помещен в цистерну для нагрева вязкого материала. При смешивании комплект труб совершает колебательное движение в смешиваемом материале. При использовании это устройство устанавливается в железнодорожной цистерне через верхний люк, и эта операция повторяется на каждой цистерне. Такая процедура требует много времени и значительного объема работ. Введенные внутрь цистерны вибрирующие трубы не превышает половину длины цистерны по продольной оси, так что на некотором расстоянии от комплекта труб теплообмена не происходит. Следовательно, значительное количество вязкого материала остается, не перемешивается, около обоих торцов цистерны, где термообработка не вызывает циркуляции или вызывает слабую циркуляцию. Горячий материал интенсивно перемещается только в непосредственной близости от комплекта вибрирующих труб и проходит мимо них в вертикальной плоскости. Поэтому такая обработка не прогревает весь материал, находящийся в цистерне.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеупомянутые недостатки. Таким образом, изобретение предлагает способ конвекции для улучшения смешивания вязкого материала, находящегося в контейнере с эффективным нагревом вязкого материала для повышения его текучести, когда требуется переместить этот вязкий материал, например, выгрузить сырую нефть или мазут из железнодорожной цистерны.

Описываемый здесь способ предназначен для эффективного смешивания высоковязкого материала типа теплого или холодного тяжелого топочного мазута или иного тяжелого нефтяного топлива и некоторых других типов необработанной нефти, а также облегчает нагревание такого материала для увеличения его текучести. Например, такая потребность возникает при разгрузке высоковязкого материала. Полезно применить этот способ для обработки высоковязкого материала, который трудно перемешивать каким-либо обычным способом.

Изобретатели разработали технологию смешивания высоковязкого материала, используя изобретенный способ. Применение этой технологии значительно улучшает смешивание горячего материала с холодным, позволяя, таким образом, достичь текучести струи материала, достаточной для ее перемешивания.

Авторы полагают, что обычное смешивание высоковязких нефтепродуктов является слишком трудной операцией, поскольку обрабатываемый материал обладает слишком сильной гидродинамической устойчивостью по отношению к действующему органу, который пытается перемещать материал. Колебание высоковязкого материала стимулирует несколько акустических потоков, и поэтому такое колебание заставляет материал двигаться кругообразно, что облегчает его полный нагрев. Изобретенный способ формирует акустический поток и обеспечивает режим, при котором можно смешивать части материала, имеющие различную температуру, обеспечивая, таким образом, достаточный нагрев и текучесть всей массы материала.

Изобретенный акустический способ конвекции, по существу, завершает технологию разгрузки высоковязких нефтяных продуктов типа сырой нефти, тяжелого нефтяного топлива или другого темного нефтепродукта.

В способе конвекции для смешивания находящегося в контейнере вязкого материала акустическим потоком, создаваемым акустическим полем, проходящим через несколько частей вязкого материала, в котором акустическое поле выбрано и работает в режиме, при котором обеспечивается акустический поток определенной формы, посредством чего источник колебаний, вызывающий акустическое поле в контейнере, находится внутри контейнера, так что при смешивании смешиваемый материал окружает источник колебаний. В предпочтительном варианте акустическое поле выбрано и работает в режиме, обеспечивающем акустическому потоку определенную форму в виде спирального вихря, который определяется соответствующим распределением интенсивности акустической поля между точками поверхности источника колебаний.

По способу изобретения создается акустическое поле, то есть область колебаний с соответствующими параметрами, чтобы соответствовать форме контейнера и свойствам смешиваемого материала. Такое акустическое поле определенной формы стимулирует акустический поток только в тех частях материала, которые трудно переместить любым обычным способом из-за их высокой гидродинамической устойчивости. Чтобы подвергать материал воздействию такого акустического поля, в способе по настоящему изобретению предполагается поместить соответствующий источник колебаний, способный создать поле колебаний, которое необходимо, чтобы стимулировать желательный акустический поток среди свешиваемого материала. Также можно изменить акустическое поле, перемещая источник колебаний, чтобы акустический поток прошел через достаточный объем материала.

Смещение акустического потока вызвано изменением акустического поля относительно материала, находящегося в контейнере в результате выбора и действия акустического потока в материале при его смешивании, причем большая часть материала, удерживаемого в контейнере, извлекается из него благодаря акустическому потоку.

В рамках настоящего изобретения были разработаны различные технологии, на основе различных режимов для создания и модификации акустического поля, используемого для создания акустического потока для конвекции материала. Некоторые из таких технологических режимов позволяют применять известное оборудование, в то время как некоторые другие требуют применения соответствующего оборудования типа устройства для смешивания вязкого материала, изобретенного Мати Кок (Mati Kokk), Джевгени Кязин (Jevgeni Rjazin) и Калле Коомнемаги (Kalle Koomnemagi), чтобы применить настоящий способ для смешивания вязкого материала (заявка Р97 00012 10.02.97 в патентном ведомстве Эстонии) в железнодорожных цистернах.

Устройство Flagella разработано, чтобы управлять движением колеблющегося тела в соответствующем режиме. Изобретатели настоящего способа полагают, что акустический поток будет наиболее эффективными, когда правильно выбрано соответствующее распределение интенсивности акустического поля.

Формула изобретения

1. Способ смешивания вязкого материала в контейнере путем создания акустической конвекции в контейнере, включающий создание акустического поля за счет вибрирующего тела и воздействие акустическим полем на вязкий материал для создания в вязком материале потока в виде спиралеобразного вихря, воздействующего на указанный вязкий материал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют акустическое поле с возрастающей интенсивностью колебаний вдоль направления оси колебаний.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибрирующее тело выполнено с возможностью вибрирования его поверхности для формирования акустического поля.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток направляют к наиболее вязкой части перемешиваемого вязкого материала.