Смеситель-диспергатор

Изобретение относится к смесителям-диспергаторам для обработки смеси двух или более компонентов и может использоваться для смешения и диспергирования жидких и газожидкостных сред. Устройство содержит корпус с профилированным каналом, в котором установлено устройство для предварительного перемешивания компонентов в виде одной или более плоскостной пластины, расположенное перед кавитационным устройством. Пластины устройства для перемешивания расположена под углом к направлению потока и имеют закрутку вдоль продольной оси. Кавитационное устройство представляет собой решетку из стержней, установленных с просветами между ними поперек направления потока. Пластины могут иметь глухую или шарнирную заделку краев в стенки канала с некоторым прогибом с возможностью изгибаться в режиме автоколебаний под воздействием потока, изменяя угол атаки по отношению к потоку. Технический результат состоит в повышении эффективности эмульгирования. 23 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для смешения и диспергирования жидких, твердых порошкообразных и газожидкостных сред, в том числе с твердыми включениями, и может быть использовано в различных устройствах как для смешения вводимых компонентов и их диспергирования, так и для гомогенизации смеси несмешивающихся жидкостей при ее транспортировании, а также для поддержания требуемых физических свойств эмульсии при ее длительном хранении.

Уровень техники

Известен гидродинамический диспергатор (патент РФ №2044960), содержащий корпус со штуцерами для ввода мазута и водяного пара, выполненный в виде нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, а внутри каждого прямолинейного участка установлены тела кавитации, расположенные скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру между штуцерами ввода пара.

Недостатком известной конструкции является значительная протяженность конструкции в длину.

Известен гидродинамический диспергатор (полезная модель РФ №26197), содержащий корпус с каналом для движения топливной смеси, сопло для подачи топливной смеси в канал и подвижную в осевом направлении, вибрирующую в поперечном направлении перегородку, острой кромкой направленную к соплу, разделяющую поток топливной смеси на два потока.

Недостатком указанной конструкции является узкий диапазон изменения параметров течения жидкости, при котором происходит ее диспергирование, что ограничивает область работоспособности диспергатора.

Известен смеситель-диспергатор (заявка на изобретение РФ №93031317), содержащий цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода компонентов, вкладыш с многозаходной спиральной нарезкой, образующей с корпусом тангенциальные каналы, вихревую камеру с установленной в ней на оси соосно вкладышу ступицей с крыльчаткой, лопасти которой расположены перпендикулярно тангенциальным каналам.

Недостатком указанной конструкции является повышенное гидравлическое сопротивление перемешивающих и диспергирующих элементов, установленных в канале движения жидкости, а также общую сложность конструкции.

Известен смеситель (патент РФ №2158627), содержащий цилиндрическую рабочую камеру с соосными подводящим и отводящим патрубками. В рабочей камере на входе установлены смесительные элементы в виде многоструйного сопла, за которым установлен патрубок подачи добавочного компонента смеси. По периметру сечения рабочей камеры выполнен порогообразный выступ. По всей длине концевого участка камеры установлены радиальные продольные ребра.

Основным недостатком является невозможность перемешивания потоков воды и мазута в относительно широкой и плоской реакционной камере, что приводит к прохождению через смеситель струй воды без преобразования в эмульсию и, соответственно, приводит к необходимости повторной обработки всего объема топлива.

Известно диспергирующее устройство (патент RU №2239491), выполненное в виде одной или нескольких решеток из параллельно расположенных смесительных элементов цилиндрического сечения, расположенных последовательно вдоль направления движения потока. На смесительные элементы для повышения эффективности смешивания нанесены рифли.

Недостатком устройства является некоторая пониженная эффективность работы вследствие отсутствия выравнивания потока между решетками.

Это устройство выбрано как прототип.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных качеств устройства, повышение эффективности эмульгирования и повышение его технико-экономических характеристик: снижение металлоемкости, уменьшение габаритов.

Известные устройства не позволяют достичь заявленного технического результата.

Указанный технический результат достигают тем, что смеситель-диспергатор выполняют прямоточным, состоящим из последовательно установленных в канале движения жидкости устройства предварительного смешивания и устройства для диспергирования с помощью кавитации. Устройство для предварительного смешивания состоит из одной или нескольких плоскостных пластин, установленных под углом, отличным от 90° к его продольной оси, кромкой навстречу движению потока. Устройство для диспергирования с помощью кавитации представляет собой одну или несколько последовательно расположенных по направлению потока решеток, состоящих из стержней, установленных поперек потока с просветами между ними.

Описание графического материала.

Фиг.1 показывает принципиальную схему устройства.

Фиг.2 показывает принципиальную схему первого варианта устройства с устройством предварительного смешивания, установленными под углом к фронту потока и имеющими продольную кривизну.

Фиг.3 показывает принципиальную схему устройства с устройством предварительного смешивания, имеющим несколько участков, расположенных под разным углом к фронту потока (зигзагообразной формы).

Фиг.4 показывает пластину устройства предварительного смешивания, закрученную вдоль продольной оси.

Фиг.5 показывает пластины устройства предварительного смешивания с глухой заделкой концов.

Фиг.6 показывает пластины устройства предварительного смешивания с шарнирной заделкой концов.

Фиг.7 показывает установленное между решетками устройство, вызывающее кавитацию, поперечные стержни для дополнительного улучшения перемешивания.

Фиг.8 показывает вариант расположения стержней решетки устройства, вызывающего кавитацию, при их непараллельном взаимном расположении.

Подробное описание устройства.

Сущность предложения иллюстрируется на фиг.1-6.

Смеситель-диспергатор состоит из профилированного канала 6, преимущественно прямоугольного поперечного сечения, устройства предварительного перемешивания 1 и кавитационного диспергатора 2. Профилированный канал состоит из входного устройства 4, выходного устройства 3 и области перемешивания 1 и диспергирования 2 и области успокоения (ламиниризации) потока между ними 7. Кавитационный диспергатор 2 выполнен в виде одного или более набора стержней, установленных поперек направления движения жидкости.

В зависимости от типа диспергируемой среды (рабочего тела) устройство предварительного перемешивания 1 выполнено в виде одной или нескольких плоскостных (или тонкого округлого вытянутого профиля) пластин 5, имеющих заделки в стенках канала, установленных одной кромкой навстречу потоку, а продольная ось может составлять с направлением потока угол, отличный от 90°.

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может быть выполнена с закруткой вдоль продольной оси в пределах 1-15° (фиг.4).

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может быть выполнена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси под воздействием набегающего потока жидкости.

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может быть выполнена с относительно тонким поперечным сечением, имеет глухую (фиг.5) или шарнирную (фиг.6) заделку краев в стенки канала с некоторым прогибом с возможностью изгибаться в режиме автоколебаний под воздействием потока, изменяя угол атаки по отношению к потоку.

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может быть выполнена с изогнутой в плоскости потока, так что при установке угол к направлению потока будет переменным вдоль пластины (фиг.2, фиг.3).

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может иметь участки с разным углом закрутки к направлению потока.

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может быть выполнена зигзагообразной формы в плоскости потока жидкости и вследствие этого имеет участки с разными углами к направлению потока (фиг.3).

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может быть выполнена с переменной по длине площадью поперечного сечения.

Плоскостная пластина устройства для перемешивания может содержать на поверхности поперечные рифли или чередующиеся выступы и углубления.

Устройство смесителя-диспергатора может включать одно или более одинаковых устройств, описанных выше, устанавливаемых параллельно и/или последовательно.

На поперечные стержни, составляющие решетку устройства, вызывающего кавитацию, а также на стенки канала могут быть нанесены рифли 9.

Устройство 2, вызывающее кавитацию, может состоять из двух или более решеток, установленных на таком расстоянии вдоль направления потока, что кавитирующие пузырьки, образованные на одной решетке, исчезают (охлопываются) к моменту прохождения жидкости через следующую. Расстояние между решетками вдоль направления потока может изменяться в зависимости от скорости потока или может быть настроено на максимальную скорость.

Устройство 2, вызывающее кавитацию, может состоять из двух или более решеток, каждая следующая из которых повернута на угол от 05 до 90° в плоскости, перпендикулярной направлению потока.

Устройство, вызывающее кавитацию (фиг.7), может состоять из двух или более решеток, между которыми установлена решетка 10 из одного или более стержней, повернутая на угол 90°, относительно соседней решетки, в плоскости, перпендикулярной направлению потока.

Размер просветов между стержнями решетки может варьироваться в пределах 0,5-3,5 диаметра стержня.

Стержни устройства, вызывающего кавитацию, в пределах одной решетки могут быть разного диаметра.

Стержни устройства, вызывающего кавитацию, в пределах одной решетки могут иметь изгиб.

Стержни устройства, вызывающего кавитацию, в пределах одной решетки могут быть установлены под углом к потоку, отличным от 90°.

Стержни устройства, вызывающего кавитацию, закреплены таким образом, что могут изменять угол наклона в зависимости от скорости потока.

Стержни устройства, вызывающего кавитацию, закреплены таким образом, что могут изменять расстояние между решетками в зависимости от скорости потока.

Стержни устройства, вызывающего кавитацию, могут составлять решетку из параллельных или непараллельных 8 стержней.

Работа устройства.

Устройство работает следующим образом.

В прямоточный канал подают два или более вещества, по крайней мере одно - в жидком виде, которые необходимо смешать. Обычно в таких устройствах смешивают вещества, которые при обычных условиях не смешиваемы.

Поток из жидкостей или из жидкости и порошка последовательно попадает на входное устройство 4 для увеличения скорости, область успокоения (ламиниризации) потока между ними 7, профилированную решетку для предварительного перемешивания 1 и затем - на поперечно установленные решетки кавитационного диспергатора 2. Решетка предварительного перемешивания предварительно распределяет перемешиваемые составляющие равномерно по сечению потока. На решетке кавитационного диспергатора происходит окончательное смешивание. Скорость потока поддерживают такой, чтобы на решетках диспергатора происходила кавитация жидкости. Это позволяет достичь более эффективного перемешивания.

Скорость потока поддерживают такой, чтобы пузырьки кавитации, возникшие на одной решетке, к моменту достижения следующей решетки исчезли (схлопнулись). Это предотвращает износ элементов решетки, повышает ее долговечность.

В зависимости от типа диспергируемой среды (рабочего тела) - жидкости (жидкостей), количества компонентов, агрегатного состояния компонентов и др. устанавливают одну или несколько решеток, выбирают их форму, способ заделки в стенку, наносят рифли, применяют другие параметры, приведенные в данном документе.

После смешивания поток направляют в выходное устройство 3 для нормализации и выравнивания.

Заявленный технический результат достигнут тем, что смеситель-диспергатор выполняют прямоточным, состоящим из последовательно установленных в канале движения жидкости устройства предварительного смешивания и устройства для диспергирования с помощью кавитации, устройство для предварительного смешивания состоит из одной или нескольких плоскостных пластин, установленных под углом, отличным от 90° к его продольной оси, кромкой навстречу движению потока, устройство для диспергирования с помощью кавитации представляет собой одну или несколько последовательно расположенных по направлению потока решеток, состоящих из стержней, установленных поперек потока с просветами между ними, на стержни нанесены рифли.

1. Смеситель-диспергатор для обработки смеси двух или более компонентов, преимущественно жидкостей, характеризующийся корпусом с профилированным каналом для движения и ускорения потока жидкости; устройством, вызывающим при обтекании кавитацию в жидкости; устройством для предварительного перемешивания жидких компонентов в виде одной или более плоскостной пластины, расположенной перед устройством, вызывающим кавитацию, отличающийся тем, что одна или более плоскостная пластина устройства для перемешивания расположена под углом к направлению потока; одна или более плоскостная пластина устройства для перемешивания имеет закрутку вдоль продольной оси; устройство, вызывающее при обтекании кавитацию в жидкости, представляет собой решетку из стержней, установленных с просветами между ними поперек направления потока.

2. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания имеет заделку краев в стенки канала с некоторым прогибом с возможностью изгибаться в режиме автоколебаний под воздействием потока, изменяя угол атаки по отношению к потоку.

3. Смеситель-диспергатор по п.2, в котором заделка краев в стенки канала выполнена глухой.

4. Смеситель-диспергатор по п.2, в котором заделка краев в стенки канала выполнена шарнирной.

5. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания выполнена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси под воздействием набегающего потока жидкости.

6. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания расположена под углом к направлению потока, отличным от 90°.

7. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания имеет переменный по длине пластины угол к направлению потока.

8. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания имеет участки с разным углом к направлению потока.

9. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания выполнена зигзагообразной формы в плоскости потока жидкости и вследствие этого имеет на разных участках разный угол к направлению потока.

10. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания выполнена с закруткой вдоль продольной оси на угол 1-5°.

11. Смеситель-диспергатор по п.10, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания имеет переменную по длине закрутку.

12. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором одна или более плоскостная пластина устройства перемешивания имеет переменную по длине площадь поперечного сечения.

13. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором на одной или более плоскостной пластине устройства перемешивания расположены поперечные рифли или чередующиеся выступы и углубления.

14. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором на поперечные стержни, составляющие решетку устройства, вызывающего кавитацию, а также на стенки канала, нанесены рифли.

15. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором устройство, вызывающее кавитацию, состоит из двух или более решеток, установленных на таком расстоянии вдоль направления потока, что кавитирующие пузырьки, образованные на одной решетке, исчезают к моменту прохождения жидкости через следующую.

16. Смеситель-диспергатор по п.15, в котором устройство, вызывающее кавитацию, состоит из двух или более решеток, каждая следующая из которых повернута на угол от 05 до 90° в плоскости, перпендикулярной направлению потока.

17. Смеситель-диспергатор по п.15, в котором устройство, вызывающее кавитацию, состоит из двух или более решеток, между которыми установлена решетка из одного или более стержней, повернутая на угол 90° относительно соседней решетки в плоскости, перпендикулярной направлению потока.

18. Смеситель-диспергатор по п.15, в котором стержни устройства, вызывающего кавитацию, закреплены таким образом, что могут изменять расстояние между решетками в зависимости от скорости потока.

19. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором размер просветов между стержнями решетки составляет 0,5-3,5 диаметра стержня.

20. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором стержни устройства, вызывающего кавитацию, в пределах одной решетки имеют разный диаметр.

21. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором стержни устройства, вызывающего кавитацию, в пределах одной решетки имеют изгиб.

22. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором стержни устройства, вызывающего кавитацию, в пределах одной решетки установлены под углом к потоку, отличным от 90°.

23. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором стержни устройства, вызывающего кавитацию, закреплены таким образом, что могут изменять угол наклона в зависимости от скорости потока.

24. Смеситель-диспергатор по п.1, в котором стержни устройства, вызывающего кавитацию, образуют решетку из непараллельных стержней.