Устройство для смешивания и нагрева газовых сред

Изобретение относится к устройствам для подготовки и нагрева газовых смесей и может быть использовано в различных отраслях промышленности и в областях научных исследований и испытаний для подготовки смесей различных газов, а также для их нагрева. Устройство предназначено для смешивания и нагрева газов перед их использованием. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред включает внутренний и внешний корпуса, между которыми расположен изолирующий материал, входной и выходной патрубки, устройство для контроля температуры, сыпучий наполнитель, размещенный во внутреннем корпусе, и мелкоячеистые вставки, препятствующие попаданию наполнителя в отверстия входного и выходного патрубков, согласно заявленному решению оно снабжено запорным клапаном, установленным в выходном патрубке, по меньшей мере одним нагревательным элементом, установленным в полости внутреннего корпуса, и блоком управления нагрева газовых сред, при этом вход блока управления электрически связан с устройством для контроля температуры, снабженным чувствительным элементом, расположенным в полости внутреннего корпуса в области выходного патрубка, выход блока управления электрически связан с нагревательным элементом, а изолирующий материал расположен вдоль всей внешней поверхности внутреннего корпуса. Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности смешивания за счет обеспечения турбулентности потоков перемешиваемых газов с одновременным нагревом получаемой смеси до температуры 250-350°С при давлениях, равных или незначительно превышающих атмосферное 1-1,1 бар. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для подготовки и нагрева газовых смесей и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе для проведения научных исследований и испытаний подготовленных смесей различных газов, а также для их нагрева. Устройство предназначено для смешивания и нагрева газов перед их использованием.

Из авторского свидетельства СССР №1669515 известно устройство приготовления однородной газовой смеси в замкнутом объеме, которое содержит корпус (емкость) и нагреватель, охладитель, датчик давления, пороговые устройства нижнего и верхнего уровней давления, триггер, регистратор, источник питания и кнопку управления. Работа устройства основана на смене нагрева и охлаждения газов, за счет которых происходит перемешивание газов. Цикл охлаждения и нагревания повторяют до тех пор, пока не будет получена смесь требуемой однородности. Данное устройство позволяет производить быстрое и многократное смешивание газов до получения смеси требуемой степени однородности без механического перемещения деталей устройства.

Из авторского свидетельства СССР №1690831 известно устройство для смешивания газов, которое содержит подводящую полую цилиндрическую трубу, внутри которой коаксиально установлен патрубок для подвода второго газа, а в зоне соединения двух газов труба и патрубок выполнены в виде соответственно прямого и обратного полых конусов с постоянной площадью поперечного сечения. Устройство также содержит смесительную камеру в виде полого цилиндра, переходящего в полый конус с постоянной площадью поперечного сечения, а затем в цилиндр. В полом цилиндре вплотную к выходной кромке патрубка установлены, по крайней мере, шесть завихрителей с размещенной внутри каждого их них, по крайне мере, одной винтообразной перегородкой. В смесительной камере могут быть установлены дополнительные завихрители. Данное устройство применяется для смешивания газообразных тел в паротурбинных установках и позволяет при смешивании двух потоков перегретого пара с разной температурой, получить на выходе устройства изотропное рабочее тело, снизить гидравлические потери и сократить длину устройства.

Из патента на изобретение РФ №2585029 известно смешивающее устройство, которое содержит камеру смешения с входными трубами и выходным патрубком. Потоки текучей среды поступают в смеситель через центральный канал и кольцевые каналы. По меньшей мере, один из потоков закручен с определенной интенсивностью посредством любого закручивающего устройства. Данное устройство эффективно смешивает подаваемые потоки текучей среды (газов или жидкостей, в том числе в виде аэрозолей, эмульсий и суспензий) за счет достижения согласованности между геометрическими размерами устройства и интенсивностью закручивания потока.

Все вышеприведенные аналоги не позволяют нагревать газовую смесь до температур выше 300°С, производить перемешивание газов с давлениями 1…1,1 от атмосферного, а также имеют проточную конструкцию, что не позволяет получить смесь определенного объема.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является устройство для непрерывного смешивания, известное из патента на изобретение РФ №2466776, содержащее внутренний и внешний корпус, между которыми расположен изолирующий материал, входные, выходной патрубки и запорный клапан, а также устройство для контроля температуры - датчики температуры. Во внутреннем корпусе устройства, являющемся смесительной камерой, размещен наполнитель - сыпучая масса из керамического зернистого материала. В центре смесительной камеры расположена распределительная труба, соединенная с соединительным элементом для подвода кислорода. Образованная внутри смесительной камеры зона смешивания имеет на стороне входа повышающее скорость потока в зоне смешивания концентричное сужение поперечного сечения. Перед нижним соединительным элементом для подачи природного газа включен обратный клапан, а также запирающий клапан. Перед соединительным элементом для подачи кислорода также расположен обратный клапан, перед которым расположен запирающий клапан. Данное устройство позволяет непрерывно перемешивать газы при достаточно больших давлениях 70-170 бар и уменьшает опасность самовоспламенения образующейся смеси. При этом устройство не позволяет обеспечивать перемешивание и нагрев газов до температур свыше 200°С. Кроме того, давления газов в устройстве достаточно высоки (70-170 бар) и перемешивание газов при давлениях 1-1,1 бар невозможно.

Задачей заявляемого изобретения является получение определенного объема равномерной смеси различных газов, нагретых до необходимых температур, при незначительных давлениях.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности смешивания за счет обеспечении турбулентности потоков перемешиваемых газов с одновременным нагревом получаемой смеси до температуры 250-350°С при давлениях, равных или незначительно превышающих атмосферное 1-1,1 бар.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для смешивания и нагрева газовых сред, включающее внутренний и внешний корпуса, между которыми расположен изолирующий материал, входной и выходной патрубки, устройство для контроля температуры, сыпучий наполнитель, размещенный во внутреннем корпусе, и мелкоячеистые вставки, препятствующие попаданию наполнителя в отверстия входного и выходного патрубков, согласно заявленному решению снабжено запорным клапаном, установленным в выходном патрубке, по меньшей мере, одним нагревательным элементом, установленным в полости внутреннего корпуса, и блоком управления нагрева газовых сред, при этом вход блока управления электрически связан с устройством для контроля температуры, снабженным чувствительным элементом, расположенным в полости внутреннего корпуса в области выходного патрубка, выход блока управления электрически связан с нагревательным элементом, а изолирующий материал расположен вдоль всей внешней поверхности внутреннего корпуса.

Преимущественно нагревательный элемент закреплен на поверхности внутреннего корпуса.

Устройство для контроля температуры может быть расположено на поверхности внутреннего корпуса.

Наполнитель может быть выполнен в виде шариков, сформированных из коррозионно-жаростойкой металлической проволоки.

Кроме того запорный клапан может быть снабжен грузами, подбираемыми в зависимости от давления открывания запорного клапана.

Изолирующий материал может быть выполнен из стекловаты и/или муллитокремнеземной ваты.

Заявляемое изобретение проиллюстрировано следующими графическими материалами.

На фигуре 1 показано устройство для смешивания и нагрева газовых сред в разрезе.

На фигуре 2 показан разрез запорного клапана.

Предлагаемое техническое решение - устройство для смешивания и нагрева газовых сред - поясняется примером конкретного исполнения, описанным ниже. Приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков изобретения заявленного технического результата.

Устройство для смешивания и нагрева газовых сред, включает внутренний 1 и внешний 2 корпуса, между которыми расположен изолирующий материал 3, выполненный из стекловаты, входной 4 и выходной 5 патрубки, устройство 6 для контроля температуры, размещенный во внутреннем корпусе 1 сыпучий наполнитель в виде шариков (на фигурах не показан), сформированных из коррозионно-жаростойкой металлической проволоки. Также во внутреннем корпусе 1 размещены мелкоячеистые вставки 7, препятствующие попаданию наполнителя в отверстия входного 4 и выходного 5 патрубков. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред снабжено запорным клапаном 8, установленным в выходном патрубке 5. В полости внутреннего корпуса 1 установлены и закреплены два нагревательных элемента 9. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред снабжено блоком управления нагрева газовых сред (на фигурах не показан), при этом вход блока управления электрически связан с устройством 6 для контроля температуры, снабженным чувствительным элементом, расположенным в полости внутреннего корпуса в области выходного патрубка 5, а выход блока управления электрически связан с нагревательным элементом 9. Для снижения потерь при нагреве и поддержании требуемой температуры смешиваемых газовых сред изолирующий материал 3 расположен вдоль всей внешней поверхности внутреннего корпуса 1.

В качестве мелкоячеистых вставок 7 могут быть использованы мелкоячеистые сетки и/или перфорированные пластины, выполненные из коррозионно-стойкого и жаростойкого металла, которые выбираются в зависимости от габаритов устройства для смешивания и нагрева газовых сред, а также от размеров сыпучего наполнителя.

Запорный клапан 8 снабжен грузами 10, подбираемыми в зависимости от давления открывания запорного клапана. При этом вместо грузов 10 может быть использован упругий элемент, выбираемый на этапе проектирования в зависимости от необходимого давления при открывании клапана.

Вместо стекловаты, использующейся в качестве изолирующего материала 3, может быть использована муллитокремнеземная вата.

Количество нагревательных элементов 9 выбирается в зависимости от требуемой температуры нагрева и мощности нагревательного элемента 9.

В качестве блока управления нагрева газовых сред может быть использован контроллер, который может содержать средство вывода полученной информации (дисплей).

В выходной патрубок 5 через герметизирующую прокладку 11, устанавливается запорный клапан 8. Запорный клапан 8 включает корпус 12 цилиндрической формы, запирающий цилиндр 13, на наружной цилиндрической поверхности которого выполнены пазы 14 прямоугольного сечения площадью, равной площади пропускного сечения запорного клапана 8 (фиг. 2). Для исключения выпадения запирающего цилиндра 13 из запорного клапана 8 при нештатном резком возрастании давления внутри устройства для смешивания и нагрева газовых сред в конструкции клапана предусмотрен ограничитель 15.

С одной стороны внутреннего корпуса 1 выполнен фланец 16 для крепления крышки 17 через герметизирующую прокладку 18. На поверхности крышки 17 расположено устройство 6 для контроля температуры. При этом чувствительный элемент устройства 6 для контроля температуры расположен в полости внутреннего корпуса.

Внутренний корпус 1 и крышка 17 выполнены из коррозионно-стойкого и жаростойкого металла.

Внешний корпус 2 выполняется из нержавеющей стали, но также может быть выполнен и из алюминия.

Устройство для смешивания и нагрева газовых сред работает следующим образом.

Например, при проведении испытаний оборудования в соответствии с правилами техники безопасности устройство для смешивания и нагрева газовых сред устанавливают в прочную камеру (на фигурах не показано). Контроль температуры осуществляется с помощью устройства 6 для контроля температуры, расположенного внутри корпуса 3 в области выходного патрубка. В устройство подается, например, водяной пар и водород.

Струи газов подаются во входной патрубок 4 и, проходя через мелкоячеистую сетку 7, расположенную у входного патрубка 4, и сыпучий наполнитель в виде шариков, смотанных из тонкой коррозионно-жаростойкой металлической проволоки, находящийся во внутренней полости корпуса 1, приобретают турбулентность. За счет этого пар и водород перемешиваются. Затем полученная смесь выдерживается внутри корпуса 1 и нагревается до требуемой температуры. В процессе нагрева пароводородной смеси давление внутри корпуса 1 возрастает. При возрастании давления до величины, превышающей давление, оказываемое силой тяжести грузов 10 и запирающего цилиндра 13, запорный клапан 8 открывается, и приготовленная смесь при заданной температуре поступает в рабочий объем прочной камеры. Температура смеси пара и водорода на выходе из устройства контролируется устройством 6 для контроля температуры и при достижении заданной температуры, например, 300°С, нагревательные элементы 9 выключаются. Масса запирающего цилиндра 13 и дополнительных грузов 10 предварительно рассчитывается для срабатывания запорного клапана 8 при определенном давлении. При уравнивании давления внутри корпуса 1 и давления в прочной камере запорный клапан 8 под воздействием силы тяжести запирается, и цикл повторяется заново.

Таким образом, представленный пример подтверждает выполнение заявляемым изобретением следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в газоперерабатывающей и других областях промышленности для приготовления однородных газовых смесей, в областях научных исследований и испытаний;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

1. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред, включающее внутренний и внешний корпуса, между которыми расположен изолирующий материал, входной и выходной патрубки, устройство для контроля температуры, сыпучий наполнитель, размещенный во внутреннем корпусе, и мелкоячеистые вставки, препятствующие попаданию наполнителя в отверстия входного и выходного патрубков, отличающееся тем, что оно снабжено запорным клапаном, установленным в выходном патрубке, по меньшей мере, одним нагревательным элементом, установленным в полости внутреннего корпуса, и блоком управления нагрева газовых сред, при этом вход блока управления электрически связан с устройством для контроля температуры, снабженным чувствительным элементом, расположенным в полости внутреннего корпуса в области выходного патрубка, выход блока управления электрически связан с нагревательным элементом, а изолирующий материал расположен вдоль всей внешней поверхности внутреннего корпуса.

2. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент закреплен на поверхности внутреннего корпуса.

3. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред по п. 1, отличающееся тем, что устройство для контроля температуры расположено на поверхности внутреннего корпуса.

4. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред по п. 1, отличающееся тем, что наполнитель выполнен в виде шариков, сформированных из коррозионно-жаростойкой металлической проволоки.

5. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред по п. 1, отличающееся тем, что запорный клапан снабжен грузами, подбираемыми в зависимости от давления открывания запорного клапана.

6. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред по п. 1, отличающееся тем, что изолирующий материал выполнен из стекловаты и/или муллитокремнеземной ваты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гомогенизирующим клапанам. Технический результат заключается в уменьшении энергозатрат при том же самом выходе волокнистого продукта и уменьшении износа компонентов клапана.

Изобретение относится к устройству для смешивания жидких и вязких материалов и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству для смешивания жидких и вязких материалов и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химии полимеров, в частности для получения термореактивных полимеров, и может быть использовано для изготовления формованных деталей в автомобильной промышленности, а также в строительстве и легкой промышленности.

Изобретения относятся к технологическим процессам непрерывного смешения в статических смесителях жидких, газообразных и других текучих сред в различных отраслях промышленности и могут быть использованы на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях при подготовке нефти к переработке, а именно для ввода деэмульгатора и промывной воды в поток нефти и их смешения перед блоками обезвоживания и обессоливания, а также в других отраслях промышленности для смешивания основного потока жидкости или газа с меньшими количествами добавочных жидких или газообразных компонентов.

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для смешения гетерогенных смесей, и может быть использовано в нефтехимической, химической, газовой, нефтеперерабатывающей, коксохимической промышленности и других видах промышленности в процессах абсорбции и экстракции.

Изобретение относится к области получения смазочных материалов, а именно к устройству для инициации кавитации и возникновения процесса «холодного» смешивания базовых масел и присадок для получения смазочных материалов - товарных масел и смазочно-охлаждающих жидкостей.

Изобретение относится к способу изготовления однофазной фазостабильной жидкости. Способ заключается в том, что на первом этапе смешивают липофильную жидкость с гидрофильной жидкостью так, что образуется смесь жидкостей, на втором этапе статическое давление смеси устанавливают ниже давления пара по меньшей мере одной из жидкостей так, что, посредством так называемой интенсивной кавитации, образуются кавитационные пузыри, и на третьем этапе кавитационные пузыри схлопываются, причем образуется однофазная фазостабильная жидкость.

Группа изобретений относится к получению суспензии порошков неорганических и органических материалов и может быть использована для деагломерации в жидкой среде наноразмерных порошков углерода, металлов и их соединений, органических веществ в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, гомогенизации, эмульгирования жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость".

Изобретение относится к устройству предварительного смешивания газов, реактору, содержащему указанное устройство, реакционной системе для окислительной дегидрогенизации бутилена, содержащей указанный реактор, и способу производства бутадиена с использованием указанной системы.

Изобретение относится к десублимационной технике и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности. Способ десублимации твердых веществ включает загрузку не менее двух видов десублимируемых веществ в сублиматоры, их расплавление и возгонку с образованием разнородных сублимированных паров, взаимодействие сублимированных паров с холодным газом-носителем над верхней секцией парогазораспределительной камеры сублиматора, расположенного соосно парогазораспределительной камере, до состояния пересыщения парогазовых смесей, десублимацию готовой смеси паров с образованием частиц требуемых размеров и отделение готового продукта, при этом перед десублимацией на выходе из каналов верхней секции парогазораспределительной камеры осуществляют начальное смешение паров веществ еще в сублимированной фазе путем направления их потоков под углом навстречу друг к другу, с последующей десублимацией одновременно с окончательным их смешением в одной зоне - зоне смешения-десублимации при взаимодействии с холодным газом-носителем по мере движения в смесителе-десублиматоре.

Изобретение относится к устройствам для получения стандартных образцов газовых смесей на основе инертных и постоянных газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Система предназначена для получения газообразного топлива и может быть использована на промышленных предприятиях и объектах ЖКХ. Система содержит линию подачи воздуха, содержащую последовательно соединенные между собой трубопроводом в произвольном порядке: первый расходомер, выполненный с возможностью измерения расхода воздуха, и регулирующий клапан, выполненный с возможностью регулирования расхода воздуха в линии подачи воздуха; линию подачи газа, содержащую соединенный трубопроводом с входом эжектора второй расходомер, выполненный с возможностью измерения расхода газа; линию смешения газа и воздуха, содержащую эжектор, выполненный с возможностью получения газовоздушной смеси и соединенный трубопроводами на входе с выходом линии подачи воздуха и выходом линии подачи газа, а на выходе - с выходом системы; обводную линию, содержащую первый редуктор, выполненный с возможностью формирования предварительно установленного давления на выходе обводной линии, соединенный трубопроводами с линией подачи газа между вторым расходомером и входом эжектора и с линией смешения газа и воздуха между эжектором и выходом системы; блок управления, соединенный с первым расходомером, вторым расходомером и регулирующим клапаном и выполненный с возможностью: приема информации о расходе воздуха от первого расходомера, приема информации о расходе газа от второго расходомера, и управления регулирующим клапаном на основании принятой информации таким образом, чтобы при текущем значении расхода газа поддерживать расход воздуха, необходимый для обеспечения предварительно заданного соотношения воздуха и газа в получаемой газовоздушной смеси.

Изобретение относится к смесителям газов и может использоваться для получения смеси газов в различных технологических процессах, например для получения смеси газов, используемой в качестве плазмообразующей среды в процессе плазменного напыления.

Изобретение относится к смешиванию текучих сред. Устройство содержит полый трубчатый основной корпус (41) для смешивания первой (G4) и второй (G5) текучих сред внутри него, первый впускной порт, предусмотренный в верхней по потоку части основного корпуса (41), через который протекает первая текучая среда (G4), способствующий смешиванию корпус (38) трубчатой формы, расположенный внутри основного корпуса (41) и имеющий продольную ось (С1), проходящую в направлении, согласованном с направлением потока первой текучей среды (G4), причем противоположные концы способствующего смешиванию корпуса оставлены открытыми, и второй впускной порт (45), предусмотренный в периферийной стенке основного корпуса, через который протекает вторая текучая среда (G5) в направлении наружной периферийной стенки способствующего смешиванию корпуса (38).

Изобретение относится к смешивающим устройствам и может быть применено для смешения потоков текучей среды, в частности газов или жидкостей, в различных отраслях промышленности и преимущественно в нефтепереработке и нефтехимии, газовой и энергетической промышленности.

Изобретение относится к способам дозированного ввода жидких реагентов в поток газа и может быть использовано в газовой промышленности для одорирования газа, транспортируемого по газопроводу.

Изобретение относится к способам дозированного ввода жидких испаряющихся реагентов в поток газа и может быть использовано в газовой промышленности для одоризации природного газа.

Изобретение относится к техническим средствам оценки качества воздушной среды обитания человека. Предложенная аэрозольная камерная установка содержит формирователь 1 аэрозольных потоков, соединенный пневмомагистралью с генератором аэрозольного потока.

Изобретение относится к устройствам для подготовки и нагрева газовых смесей и может быть использовано в различных отраслях промышленности и в областях научных исследований и испытаний для подготовки смесей различных газов, а также для их нагрева. Устройство предназначено для смешивания и нагрева газов перед их использованием. Устройство для смешивания и нагрева газовых сред включает внутренний и внешний корпуса, между которыми расположен изолирующий материал, входной и выходной патрубки, устройство для контроля температуры, сыпучий наполнитель, размещенный во внутреннем корпусе, и мелкоячеистые вставки, препятствующие попаданию наполнителя в отверстия входного и выходного патрубков, согласно заявленному решению оно снабжено запорным клапаном, установленным в выходном патрубке, по меньшей мере одним нагревательным элементом, установленным в полости внутреннего корпуса, и блоком управления нагрева газовых сред, при этом вход блока управления электрически связан с устройством для контроля температуры, снабженным чувствительным элементом, расположенным в полости внутреннего корпуса в области выходного патрубка, выход блока управления электрически связан с нагревательным элементом, а изолирующий материал расположен вдоль всей внешней поверхности внутреннего корпуса. Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности смешивания за счет обеспечения турбулентности потоков перемешиваемых газов с одновременным нагревом получаемой смеси до температуры 250-350°С при давлениях, равных или незначительно превышающих атмосферное 1-1,1 бар. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх