Способ получения многокомпонентных смесевых топлив и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам получения многокомпонентных смесевых топлив и может быть использовано для обработки существующих топлив и при получении новых видов смесевых топлив, например, на базе веществ растительного происхождения, продуктов жизнедеятельности живых организмов и отходов агропромышленного комплекса. В процессе обработки смесевых топлив за счет циркуляции компонентов через гидродинамическое кавитационное устройство создают периодические отрицательные напряжения в зоне обработки компонентов в рабочей емкости, приводящие к периодическому засасыванию внутрь устройства компонентов в режиме автоколебаний и генерированию гидродинамических колебаний давления в полосе частот 6-50000 Гц. Гидродинамическое кавитационное устройство включает осесимметричную вихревую камеру. Ось симметрии входного канала расположена под углом и смещена в боковом направлении по отношению к оси симметрии вихревой камеры. Выходной канал расположен соосно с вихревой камерой. Технический результат состоит в получений гомогенного смесевого топлива с высокими потребительскими характеристиками. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области топливно-энергетического комплекса и способам получения смесевых топлив, в том числе и биотоплив, включающие устройства для их получения, и может быть использовано при получении новых видов смешанных топлив как на базе известных штатных топлив, так и веществ растительного происхождения, продуктов жизнедеятельности живых организмов и отходов агропромышленного комплекса.

Известны способы и соответствующие устройства их осуществления (патенты: РФ №2221633, 2075619, 2115176)), в которых смеси подвергаются кавитационной обработке.

Недостатком данных способов и соответствующих устройств является невысокая эффективность процесса вследствие относительно низких частот колебаний, которыми обрабатывают жидкую среду, поскольку относительная скорость движения микрочастиц жидкости зависит от квадрата частоты колебаний.

Известно устройство для приготовления эмульсий, в том числе топливных, содержащее приемный бак, подающие насосы, бак-мерник, бак для эмульсии, гидродинамический эмульгатор и трубопроводы для подачи жидких сред, эмульсора и раздачи эмульсии (а.с. СССР №637138, кл. B01 3/08, 06.07.77).

Недостатком этого устройства является то, что при хранении эмульсии в баке происходит расслаивание эмульсии, что снижает ее качество и уменьшает срок ее хранения.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является принятый за прототип способ обработки жидких сред, основанный на взаимодействии с препятствием вытекающей из сопла жидкой струи при резком изменении ее направления, возбуждении колебаний волн давления и кавитации (а.с. СССР №497058, кл. B06B 1/15).

В этом способе обработка жидких сред осуществляется генераторам колебаний в условиях нерегулируемой циркуляции жидкой среды во всем объеме смешиваемой среды при случайном распределении глобул диспергируемых компонентов и затухании колебаний волн давления на небольшом удалении от генератора.

Поэтому недостатком данного способа является то, что для качественного перемешивания требуются большие затраты (по времени и энергии) и он не дает гарантии получения высокодисперсных эмульсий. Известно устройство, принятое за прототип, содержащее приемный бак, подающие насосы, бак-мерник, гидродинамический эмульгатор, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком бака для эмульсии (а.с. СССР №1060212, кл. B01 3/08, 23.03.82).

Недостатком этого устройства является то, что при циркуляции по замкнутому контуру не обеспечивается равномерность перемешивания вследствие концентрации легкого компонента на поверхности и не гарантируется прокачка через эмульгатор всех слоев объема смеси.

Задачей изобретения является повышение экономичности способа приготовления и улучшение потребительских качеств получаемых смесевых топлив.

Техническим результатом данного изобретения, заключающегося в способе получения смесевых топлив в режиме автоколебаний и устройстве для его осуществления, является получение гомогенного топлива с высокими потребительскими свойствами и теплофизическими характеристиками.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения многокомпонентных смесевых топлив в режиме автоколебаний, предусматривающем помещение компонентов в рабочую емкость и воздействие на них потоком жидкости от устройства, подсоединенного трубопроводной системой к выходу насоса, вход которого, в свою очередь, соединен посредством трубопроводной системы с рабочей емкостью, заполненной компонентами, осуществляют циркуляцию обрабатываемого смесевого топлива или компонентов топлива через гидродинамическое кавитационное устройство в режиме периодических отрицательных напряжений на обрабатываемую среду, с попеременным засасыванием внутрь гидродинамического кавитационного устройства объемов обрабатываемой среды в режиме автоколебаний и генерирование гидродинамических колебаний давления в полосе частот 6-50000 Гц, при этом получение многокомпонентных смешанных топлив осуществляют при расходе смеси Q через гидродинамическое кавитационное устройство в соответствии с зависимостью:

6d²≤Q≤60d²,

где Q - расход жидкости через гидродинамическое кавитационное устройство (м³/с), d - эквивалентный диаметр входного канала (м), , S - площадь поперечного сечения по крайней мере одного входного канала (м²), π=3,1415.

Осуществляют циркуляцию обрабатываемого смесевого топлива или компонентов топлива через гидродинамическое кавитационное устройство в условиях нелинейного резонанса и генерирования колебаний волн давления, соответствующих собственной частоте колебаний многофазной среды, находящейся в емкости.

Технический результат достигается также тем, что в предлагаемом устройстве для получения многокомпонентных смесевых топлив, содержащем рабочую емкость, соединенную посредством трубопроводной системы с входом насоса, выход которого, в свою очередь, соединен с помощью трубопроводной системы с создающей поток жидкости насадкой, насадка выполнена в виде гидродинамического кавитационного устройства, включающем осесимметричную вихревую камеру, по крайней мере, с одним входным каналом, ось симметрии которого расположена под углом и смещена в боковом направлении по отношению к оси симметрии вихревой камеры, и соосно расположенным с вихревой камерой осесимметричным выходным каналом, при этом угол φ между осью симметрии входного отверстия и осью симметрии вихревой камеры изменяется в пределах от 30 до 110 градусов, боковое смещение входного канала гидродинамического кавитационного устройства по отношению к оси симметрии вихревой камеры определяется соотношением:

(D-d)/2≤x≤d,

где x - боковое смещение (м), d - диаметр входного канала (м), D - диаметр вихревой камеры (м).

В устройстве возбуждения колебаний давления жидкости, содержащем корпус с внутренней полостью, образованной внутренней камерой и выходным каналом в форме трубки Вентури, и тангенциальными входными отверстиями оси входных тангенциальных отверстий по отношению одна к другой расположены под углом, определяемом из соотношения:

Ψ=arccos(d/2R),

где Ψ - угол между осями входных тангенциальных отверстий (град.); R - внутренний радиус камеры устройства (м), d - диаметр входных тангенциальных отверстий (м).

Кроме того, обработка топлива в процессе его получения осуществляется при расходе обрабатываемой многофазной среды Q (м³/с) через входные тангенциальные отверстия, обеспечивающие скорость потока в них в диапазоне 30-130 м/с.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На Фиг.1 показана схема устройства для получения смесевого топлива. На Фиг.2 показано гидродинамическое кавитационное устройство в продольном разрезе; на Фиг.3 - гидродинамическое кавитационное устройство в поперечном разрезе.

Предлагаемое устройство для получения смесевого топлива состоит из насоса 1 (Фиг.1), подающего под давлением обрабатываемую жидкость по напорной линии через трубопроводную систему 4 к гидродинамическому кавитационному устройству 5, которое расположено ниже поверхности обрабатываемой среды 7 в рабочей емкости 6 на расстоянии от дна емкости не выше, чем 0,8H, где H - высота налива жидкости в емкости.

С помощью трубопроводной системы 9 обрабатываемая среда 7 из рабочей емкости 6 подается вновь на вход насоса 1 или непосредственно потребителю. С помощью вентилей 2 и манометра 3 осуществляется регулировка давления напора и расход жидкости через гидродинамическое кавитационное устройство 5, тем самым, изменяя амплитудно-частотную характеристику обработки топлива или его компонентов в режиме автоколебаний.

Гидродинамическое кавитационное устройство 5 выполнено в виде осесимметричной вихревой камеры 10 с, по крайней мере, одним входным каналом 11, ось симметрии которого расположена под углом Ψ (Фиг.2) к оси симметрии вихревой камеры 10.

Заявленный способ реализуется следующим образом. Рабочая емкость 6 заполняется обрабатываемым топливом или его компонентами. После включения насоса 1 в режиме рециркуляции по контуру: выход насоса 1 - трубопроводная система 4 - гидродинамическое кавитационное устройство 5 - компоненты смесевого топлива в рабочей емкости 7 - трубопроводная система 9 - вход насоса 1 с помощью вентилей 2 и манометра 3 устанавливают оптимальные расход обрабатываемой жидкости и давление нагнетания через гидродинамическое кавитационное устройство 5 в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого топлива или компонентов получаемого многокомпонентного топлива 8. Гидродинамическое кавитационное устройство 5 находится ниже поверхности жидкой среды 7. При поступлении обрабатываемой среды из трубопроводной системы 4 через канал 19 (Фиг.2) и, по крайней мере, одного входного канала 11 в осесимметричную вихревую камеру 10 поток обрабатываемой смеси или жидкости закручивается. Вследствие закрутки потока жидкости 17 в вихревой камере 10 на ее оси симметрии образуется область разряжения с развитой кавитацией, от которой отрываются кавитационные каверны с частотой в диапазоне от единиц до сотен Гц, насыщенные кавитационными пузырьками, которые схлопываются в рабочей емкости на определенном расстоянии от выхода из выходного канала 16, вызывая гидродинамические колебания давления в диапазоне частот 200-50000 Гц. Совпадение рабочих параметров гидродинамического генератора колебаний с собственной частотой колебаний многофазной среды в рабочей емкости приводит к автоколебательному режиму в рабочей емкости, что существенно интенсифицирует процесс обработки топлива или его компонентов.

Предлагаемый способ и устройство обеспечивают существенную интенсификацию процесса обработки смесевого топлива и, соответственно, обеспечивают гомогенность получаемого топлива, высокие потребительские свойства и теплофизические характеристики.

1. Способ получения многокомпонентных смесевых топлив в режиме автоколебаний, предусматривающий помещение компонентов в рабочую емкость и воздействие на них потоком жидкости от устройства, подсоединенного трубопроводной системой к выходу насоса, вход которого, в свою очередь, соединен посредством трубопроводной системы с рабочей емкостью, заполненной компонентами, отличающийся тем, что осуществляют циркуляцию обрабатываемого смесевого топлива или компонентов топлива через гидродинамическое кавитационное устройство в режиме периодических отрицательных напряжений на обрабатываемую среду, с попеременным засасыванием внутрь гидродинамического кавитационного устройства объемов обрабатываемой среды в режиме автоколебаний и генерирование гидродинамических колебаний давления в полосе частот 6-50000 Гц, при этом получение многокомпонентных смешанных топлив осуществляют при расходе смеси Q через гидродинамическое кавитационное устройство в соответствии с зависимостью:
6d²≤Q≤60d²,
где Q - расход жидкости через гидродинамическое кавитационное устройство (м³/с), d - эквивалентный диаметр входного канала (м), S - площадь поперечного сечения по крайней мере одного входного канала (м²), π=3,1415.

2. Устройство для получения многокомпонентных смесевых топлив, содержащее рабочую емкость, соединенную посредством трубопроводной системы с входом насоса, выход которого, в свою очередь, соединен с помощью трубопроводной системы с создающей поток жидкости насадкой, отличающееся тем, что насадка выполнена в виде гидродинамического кавитационного устройства, включающего осесимметричную вихревую камеру, по крайней мере, с одним входным каналом, ось симметрии которого расположена под углом и смещена в боковом направлении по отношению к оси симметрии вихревой камеры, и соосно расположенным с вихревой камерой осесимметричным выходным каналом, при этом угол φ между осью симметрии входного отверстия и осью симметрии вихревой камеры изменяется в пределах от 30 до 110°, боковое смещение входного канала гидродинамического кавитационного устройства по отношению к оси симметрии вихревой камеры определяется соотношением:
(D-d)/2≤x≤d,
где x - боковое смещение (м), d - диаметр входного канала (м), D - диаметр вихревой камеры (м).