Статический смеситель
Изобретение относится к технике перемешивания жидкостей особенно высокой вязкости. Смеситель содержит цилиндрический корпус, внутри которого закреплена перегородка конической формы с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей, и с отверстиями в стенке конуса, которые выполнены осесимметрично по окружностям, находящимся на разных расстояниях от вершины конуса. Использование статического смесителя позволит при небольших капитальных затратах увеличить эффективность процесса перемешивания особенно вязких жидкостей или экономить энергию на перемешивание. 2 ил.
Изобретение относится к технике перемешивания жидкостей особенно высокой вязкости и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и смежных с ними отраслях промышленности.
Статические смесители (1) по сравнению со смесителями с механическим приводом более просты в конструктивном исполнении. Энергия на перемешивание подводится в форме гидравлической энергии самих смешиваемых потоков, которая вносится в жидкость насосом, установленным в удобном производственном пространстве, а сам смеситель встраивается непосредственно в технологический трубопровод. В основе действия статических смесителей - высокие напряжения сдвига, создаваемые на границах слоев смешиваемых жидкостей. Средства достижения этого при многообразии конструктивного исполнения достаточно постоянны: создание закрученного потока, разделение потока на струи и последующее их слияние, удар о стенки-отбойники, изменения формы потока при обтекании твердых поверхностей. При этом сдвиговые деформации, способствующие перемещению элементов жидкости из слоя в слой, как правило, возникают за счет турбулизации потока.
Однако для высоковязких жидкостей, когда турбулентное течение практически недостижимо без дополнительного включения устройств-турбулизаторов, эффективность перемешивания уменьшается. При сохранении ламинарного режима требуемая степень однородности поля концентраций будет достигнута, очевидно, быстрее лишь при разделении потока на фрагменты - струи, когда искусственно создаются дополнительные поверхности раздела смешиваемых компонентов.
Именно этот эффект предусмотрен в конструкции установки для смешивания и диспергирования жидкостей различной плотности (2), который является наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому изобретению.
Всасывающий трубопровод установки для смешения и диспергирования жидкостей различной плотности в месте его соединения с насосом выполнен в виде V-образной трубы, в каждой ветви которой размещен перфорированный распределитель, а сообщающее устройство выполнено в виде замкнутого трубопровода, при этом перфорированный распределитель снабжен спиральными направляющими, размещенными по его оси. Кроме того, в замкнутом трубопроводе насоса установлен дополнительно турбулизатор в форме конуса, имеющий направляющие, у основания которых в конусе выполнены криволинейные пазы, параллельные направляющим. В систему функционирования установки для смешения и диспергирования жидкостей, кроме насоса, дополнительно включен также эжектор.
Недостатками данного типа смесителя являются сложное аппаратурное оформление процесса перемешивания и, как следствие этого, значительные энергетические затраты, необходимые для обеспечения работы включенного в систему оборудования.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса перемешивания при сокращении энергетических затрат на перемешивание особенно высоковязких жидкостей путем использования максимально простых конструктивных решений.
Поставленная цель достигается в статическом смесителе, содержащем в своей конструкции перегородки, при этом в качестве перегородки используют конструкцию, представляющую собой конус с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей, при этом в стенке конуса осесимметрично по окружностям одного или нескольких радиусов выполнены отверстия так, что вытекающие струи жидкости взаимно сталкиваются.
На фиг.1а изображен статический смеситель в продольном разрезе, на фиг.1б - поперечное сечение смесителя в плоскости окружности, по которой расположены отверстия. Направление движения смешиваемых жидкостей через смеситель изображено стрелками.
Статический смеситель содержит корпус 1 цилиндрической формы, внутри которого закреплена перегородка конической формы 2 с отверстиями, выполненными по окружностям, одной или нескольким, при этом вершина конуса направлена навстречу потоку перемешиваемых жидкостей.
В качестве примера на фиг.1а показано размещение отверстий по двум окружностям разного радиуса (удаленным на разные расстояния от вершины конуса).
Статический смеситель работает следующим образом. Смешиваемый поток жидкостей поступает в кольцевую полость смесителя между корпусом 1 и перегородкой 2 со стороны вершины конической перегородки и проходит в отверстия в стенке перегородки. Сформированные в отверстиях струи жидкости направлены к оси смесителя. В центральной части конической полости происходит столкновение струй. При этом струи деформируются и распадаются, создавая поверхности взаимодействия жидкостных фрагментов слоев, движущихся с относительно разными скоростями. Возникает напряжение сдвига, интенсифицирующее процесс смешения.
Особо следует отметить, что кинетическая энергия, создающая сдвиговые деформации, при встречном столкновении струй значительно возрастает, достигая двукратной величины при прямом столкновении и несколько меньшей - в зависимости от угла сходимости струй.
Именно в этом технологическом эффекте проявляется положительное конструктивное отличие предлагаемого смесителя от прототипа. Особенно заметное повышение эффективности перемешивания наблюдается при перемешивании высоковязких жидкостей, когда турбулизация потока (без применения в потоке дополнительных устройств) практически недостижима из-за необходимости создания высоких скоростей струй и связанных с этим больших затрат энергии. Предлагаемое техническое решение позволяет значительно экономить энергию для достижения той же эффективности перемешивания, что и конструкция смесителя-прототипа.
Предлагаемый статический смеситель конструктивно прост настолько, что доступен в изготовлении средствами ремонтно-механической службы любого предприятия.
Источники информации
1. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. Л.: Химия, 1984 г., 336 с.
2. А.С. №1011215, МПК В 01 F 5/04. “Установка для смешивания и диспергирования жидкостей различной плотности”.
Формула изобретения
Статический смеситель, содержащий цилиндрический корпус и смонтированную внутри него перегородку в форме конуса с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей и с отверстиями в стенке конуса, отличающийся тем, что отверстия выполнены осесимметрично по окружностям, находящимся на разных расстояниях от вершины конуса.
