Диафрагмовый смеситель

Полезная модель относится к устройствам для осуществления процесса перемешивания жидких сред разной вязкости в трубопроводе, а именно к диспергаторам.
Основными способами перемешивания жидкостей являются механический, осуществляемый с использованием различных вращающихся устройств, и гидравлический, осуществляемый смешением потоков при их совместном движении в канале [1, с. 343-347].
Так, из уровня техники известно устройство роторного типа для смешивания жидкостей разной вязкости, состоящее из цилиндрического корпуса с впускными и выпускными патрубками, в корпусе установлены коаксиально один над другим с возможностью вращения в противоположные стороны цилиндрические роторы с прорезями и отверстиями, в которых размещены пластины с рифлеными боковыми поверхностями, в средней части нижнего ротора установлены лопасти, внутренняя из которых, образующаяся роторами, имеет форму усеченного конуса, а радиально установленные лопасти выполнены в виде прямоугольной трапеции из пластин, имеющих в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника, вертикальные стороны лопастей примыкают к осевой линии вращения ротора, а скошенные стороны копируют его внутреннюю поверхность [2].
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, значительные энергозатраты на преодоление сопротивления движению лопастей в жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является диафрагмовый смеситель, осуществляющий гидравлический способ перемешивания [1, с.347], представляющий собой систему диафрагм с отверстиями, установленных в трубопроводе, по которому перекачиваются смешиваемые жидкости.
Недостатком известного смесителя является то, что в нем не предусмотрена возможности разбивания жидкости на мелкие частицы и увеличения поверхности контакта фаз, что снижает эффективность процесса перемешивания.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание заявленной полезной модели, является повышение эффективности процесса перемешивания жидких сред разной вязкости в трубопроводе.
Предлагаемое выполнение отверстий в диафрагмах (их размеры, расположение на лицевой и оборотной сторонах диафрагм и углы наклона к горизонтальной плоскости смесителя) обеспечивает создание противотока между потоками, выходящими из отверстий в диафрагмах с одной стороны, и общим потоком между диафрагмами с другой, и увеличение поверхности контакта фаз, что приведет к интенсификации процесса перемешивания в трубопроводе и, соответственно, к повышению эффективности процесса перемешивания жидких сред разной вязкости в трубопроводе.
Многократное повторения процесса разбивания жидкости на мелкие частицы и перемешивание потоков в противотоке ведет к полному распределению одной жидкости в объеме другой, что позволяет получить декларируемый технический результат.
Достижение декларируемого технического результата обеспечивается тем, что в диафрагмовом смесителе, корпус которого на входе и выходе снабжен переходами с фланцами, в которых установлены штуцеры соответственно для подачи и вывода смеси из смесителя, диафрагмы в смесителе выполнены с отверстиями для прохода смеси и скреплены между собой при помощи стяжек, образуя внутреннюю конструкцию закрепленную внутри корпуса при помощи фланцевого соединения перехода на входе смесителя с его корпусом, при этом первая по ходу потока (сужающая) диафрагма установлена во фланцевом соединении перехода на входе смесителя с его корпусом. Отверстия в части диафрагм для повышения турбулизации потока смеси и создания противотоков в пространстве между диафрагмами выполнены под углом к горизонтальной плоскости смесителя, в остальной части диафрагм отверстия выполнены параллельными горизонтальной плоскости смесителя.
При этом диафрагмы выполнены в виде дисков со сквозными отверстиями, проходящими через всю толщину диафрагмы и имеющими одинаковую площадь входных и выходных отверстий (далее по тексту будут упоминаться только выходные отверстия). Отверстия, выполненные под углом к горизонтальной плоскости смесителя, имеют выходные отверстия меньшей площади, чем площадь выходных отверстий выполненных параллельно горизонтальной плоскости смесителя отверстий.
Общая площадь выходных отверстий, выполненных под углом для подачи и вывода смеси из смесителя всех диафрагм с такими отверстиями, равна (в пределах допуска) общей площади выходных отверстий диафрагм, отверстия в которых выполнены параллельно горизонтальной плоскости смесителя.
Отверстия в первой по движению потока диафрагме, установленной во фланцевом разъеме между первым по ходу потока переходом и корпусом смесителя, выполнены под углом к горизонтальной плоскости смесителя.
Диафрагмы с отверстиями, выполненными под углом относительно оси смесителя, предназначены для разбивания жидкости на мелкие частицы и создания противотоков. Создание противотока между потоками, выходящими из отверстий в диафрагмах с одной стороны, и общим потоком между диафрагмами с другой, приводит к увеличению поверхности контакта фаз, что приведет к интенсификации процесса перемешивания жидких сред с разной вязкостью в трубопроводе.
При этом величина углов постоянна для отверстий каждой из таких диафрагм, но величины углов для разных диафрагм различаются, как это будет показано ниже на конкретном примере. Причем диафрагмы установлены исходя из обеспечения направления движения струи жидкости, проходящей через выполненные в них отверстия, против движения общего потока между диафрагмами.
Диафрагмы в смесителе, отверстия в которых выполнены параллельно его горизонтальной плоскости, предназначены для изменения направления общего потока между диафрагмами.
При этом для большей интенсивности перемешивания смеси жидкостей в пространстве между камерами, образованными диафрагмами, следом за диафрагмой со сквозными отверстиями выполненными параллельно горизонтальной плоскости смесителя в верхней половине диафрагмы, устанавливается диафрагма со сквозными отверстиями, выполненными под острым углом к горизонтальной плоскости смесителя, образованным поворотом против часовой стрелки для обеспечения движения потока смеси на выходе из сквозного отверстия вверх, после диафрагмы со сквозными отверстиями, выполненными параллельно горизонтальной плоскости смесителя в нижней половине диафрагмы, следует диафрагма со сквозными отверстиями, выполненными под острым углом к горизонтальной плоскости смесителя, образованным поворотом по часовой стрелке для обеспечения движения потока смеси на выходе из сквозного отверстия вниз.
Количество диафрагм в смесителе зависит от свойств смешиваемых жидкостей, в первую очередь от вязкости. Диаметр смесителя и количество отверстий в диафрагмах зависит от расхода перемешиваемых жидкостей.
Многократное повторения процесса разбивания жидкости на мелкие частицы и перемешивание потоков в противотоке ведет к полному распределению одной жидкости в объеме другой.
Графические материалы.
На фиг.1 приведен конкретный пример выполнения заявленной полезной модели «Диафрагмовый смеситель», где приняты следующие обозначения:
1 - корпус диафрагмового смесителя;
2, 3, 4, 5, 6 - диафрагмы;
7 - отверстия в диафрагмах 2 и 6;
8 - отверстия в диафрагмах 3;
9 - отверстия в диафрагмах 4;
10 - отверстия в диафрагмах 5;
11 - переходы;
12, 13 - фланцы;
14 - стяжки;
15 - штуцер для подачи смеси в диафрагмовый смеситель;
16 - штуцер для выхода смеси из диафрагмового смесителя.
I - смешиваемые жидкости на входе в диафрагмовый смеситель;
II - смесь жидкостей на выходе диафрагмового смесителя;
III - направление потока смешиваемых жидкостей на выходе из диафрагм 2 и 6;
IV - направление потока смешиваемых жидкостей между диафрагмами 2 и 3 и между 6 и 3;
V - смесь на выходе из диафрагм 4;
VI - смесь между диафрагмами 4 и 5;
VII - распределение жидкости между отверстиями в диафрагмах поз. 5 и 6.
На фиг.2а-2к приведены конкретные примеры расположения отверстий на обозначенных позициями 2, 3, 4, 5, 6 диафрагмах приведенной на фиг.1 полезной модели «Диафрагмовый смеситель», где приняты следующие обозначения:
2а - вид спереди диафрагмы 2;
2б - вид сбоку диафрагмы 2;
2в - вид спереди диафрагмы 3;
2г - вид сбоку диафрагмы 3;
2д - вид спереди диафрагмы 4;
2е - вид сбоку диафрагмы 4;
2ж - вид спереди диафрагмы 5;
2з - вид сбоку диафрагмы 5;
2и - вид спереди диафрагмы 6;
2к - вид сбоку диафрагмы 6.
Описание работы Диафрагмового смесителя
Диафрагмовый смеситель предназначен для процесса перемешивания вязких и невязких жидких сред и работает следующим образом.
Смешиваемые жидкости подаются в смеситель через штуцер 15, и, проходя через отверстия установленных в корпусе 1 смесителя диафрагм, разбиваются на мелкие частицы, что в свою очередь ведет к увеличению поверхности контактирования между перемешиваемыми жидкостями, а противоток между потоками в камерах между диафрагмами в свою очередь ведет к интенсификации процесса перемешивания, в результате чего эффективность процесса перемешивания повышается. Смесь, проходя через все диафрагмы, выводится через штуцер 16.
Диафрагмы скреплены между собой с помощью стяжек 14, а внутренняя конструкция закреплена на корпусе 1 с помощью фланцевого соединения.
Работа Диафрагмового смесителя описана на основе приведенного на фиг.1 примера выполнения заявленной полезной модели.
В представленном на фиг.1 примере выполнения полезной модели диафрагмы выполнены в виде дисков с разным количеством сквозных отверстий. При этом на фиг. 1 одинаковыми номерами обозначены диафрагмы, в которых число отверстий, их расположение на диафрагме, площади выходных отверстий и углы наклона сквозных отверстий к горизонтальной плоскости смесителя совпадают. Вида спереди и виды сбоку диафрагм 2-6 приведены на фиг. 2а-2к.
В случае отличия какой-либо из указанных характеристик в диафрагме, такая диафрагма имеет самостоятельную нумерацию: так, диафрагмы 3 и 5 имеют разное расположение отверстий, совпадая между собой по остальным характеристикам, диафрагма 2 имеет иное, чем на диафрагмах 6, расположение отверстий, также совпадая с ними по остальным характеристикам, диафрагмы 4 отличаются углом наклона к горизонтальной плоскости смесителя от диафрагм 6, совпадая с ними по остальным характеристикам).
Диафрагмы 3, 4 и 6 снабжены выполненными под углом сквозными отверстиями, входные и выходные отверстия которых распределены, соответственно, по лицевым и оборотным сторонам диафрагм.
Диафрагма 2, установленная первой по направлению движения потока смеси, также как и диафрагмы 4 и 6, снабжена выполненными под углом сквозным отверстиями, входные и выходные отверстия которых распределены, соответственно, по ее лицевой и оборотной сторонам в тех их частях, которые не закрыты фланцами, в разъеме которых установлена диафрагма 2.
Диафрагмы 3 и 5 снабжены двумя сквозными отверстиями, выполненными параллельно горизонтальной плоскости смесителя, при этом их входные и выходные отверстия расположены в одной из половин окружности соответственно лицевой и оборотной сторон диафрагм симметрично по отношению к вертикальным осям симметрии лицевой и оборотной сторон диафрагм. Диафрагма 3, расположенная по направлению потока после диафрагмы 2, установлена таким образом, что сквозные отверстия, обозначенные позицией 8 на фиг.1, находятся в ее нижней половине. Диафрагма 5, расположенная по направлению потока после диафрагмы 4, установлена таким образом, что сквозные отверстия, обозначенные позицией 10 на фиг.1, находятся в ее верхней половине.
Диафрагмы 2 и 6, снабженные сквозными отверстиями, выполненными под углом к горизонтальной плоскости смесителя, установлены в корпусе смесителя таким образом, чтобы углы наклона сквозных отверстий в них (для диафрагмы 2 эти отверстия обозначены на фиг.1 позицией 7). Диафрагмы 2 и 6, снабженные сквозными отверстиями, выполненными под углом к горизонтальной плоскости смесителя, установлены в корпусе смесителя таким образом, чтобы углы наклона сквозных отверстий в них (для диафрагмы 2 эти отверстия обозначены на фиг.1 позицией 7) образовывали поворотом против часовой стрелки острый угол с горизонтальной плоскостью смесителя, обеспечивая тем самым движение потока смеси (позиция III на фиг.1) вверх.
Диафрагма 4, расположенная после диафрагмы 3 по направлению потока, снабжена сквозными отверстиями, выполненными под углом к горизонтальной плоскости смесителя, установлена в корпусе смесителя таким образом, чтобы углы наклона сквозных отверстий в них (для диафрагмы 2 эти отверстия обозначены на фиг.1 позицией 7) образовывали поворотом по часовой стрелке острый угол с горизонтальной плоскостью смесителя, обеспечивая тем самым движение потока (позиция V на фиг.1) смеси вниз.
В итоге после прохождения потоком смеси через сужающую диафрагму 2 поток разбивается на мелкие частицы, меняется направление его движения. По ходу движения потока такая трансформация происходит с ним при последовательном прохождении диафрагм 3, 4, 5 и 6. Затем процесс повторяется, поток повторно проходит через следующие последовательно установленные четыре диафрагмы с теми же характеристиками и также обозначенные на фиг.1 позициями 3,4,5 и 6 (пояснения насчет одинаковой нумерации диафрагм были даны выше).
Направление движения потока смешиваемых жидкостей на выходе из диафрагм 2 и 6 (поток по отношению к корпусу смесителя направлен вверх) обозначено на фиг.1 позицией III. Направление движения потока смешиваемых жидкостей на выходе из диафрагм 2 и 3 и между 6 и 3 (поток направлен вниз) обозначено на фиг.1 позицией IV. На выходе из диафрагм 4 поток направлен вниз, направление движения потока на фиг.1 обозначено V. Движение потока между диафрагмами 4 и 5 направлено вверх и обозначено на фиг.1 позицией VI. Позицией VII на фиг.1 обозначено распределение жидкости между отверстиями в диафрагмах 5 и 6.
Предлагаемое выполнение отверстий в диафрагмах (их размеры, расположение на лицевой и оборотной сторонах диафрагм и углы наклона к горизонтальной плоскости смесителя) обеспечивает создание противотока между потоками, выходящими из отверстий в диафрагмах с одной стороны, и общим потоком между диафрагмами с другой, и увеличение поверхности контакта фаз, что приведет к повышению эффективности процесса перемешивания жидких сред разной вязкости в трубопроводе.
Многократное повторения процесса разбивания жидкости на мелкие частицы и перемешивание потоков в противотоке ведет к полному распределению одной жидкости в объеме другой, что позволяет получить декларируемый технический результат.
Список патентов и научно-технической литературы:
1. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки: учебник для техникумов. - М.: Химия, 1980. - с.343-347.
2. Патент РФ 2342985 на изобретение «Устройство роторного типа для смешивания жидкостей разной вязкости», МПК B01F 7/28, публ 10.01.2009.