СТРУЙНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ
HYDRAULIC JET MIXER

Изобретение относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкостей и может быть использовано в разных отраслях народного хозяйства, преимущественно в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.
В настоящее время для смешивания жидкостей разной плотности и склонных к расслоению состава широко используются кавитационные устройства и вихревые смесители различных конструкций.
Известны кавитационные устройства по патентам US 3743250, 4043539, имеющие множество отклоняющих поток приспособлений для образования вихревого потока с разделением его на части и последующим объединением. Для формирования кавитационных струй, например, в многокамерных устройствах предусмотрены средства для создания разных давлений в камерах, в результате чего пузырьки жидкости на выходе из одной камеры схлопываются в другой камере (US 5971601). В кавитационном устройстве RU 2202406, выполненном в виде трубы с внутренней трубчатой перегородкой, кавитаторы из пластин размещены в кольцевой полости и внутри центральной трубы, а вихревая камера установлена на входе.
Известны вихревые смесители, состоящие из двух коаксиально расположенных труб с закручивающими устройствами с противоположными направлениями закрутки во внутренней трубе и межтрубном пространстве (RU 2414283), либо снабженные закручивающим устройством и перфорированной диафрагмой (RU 2091144).
Общим недостатком указанных устройств является невысокая их эффективность и качество получаемой смеси.
Известен смеситель RU 1375305, конструктивно и функционально приближенный к заявляемому объекту, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемого компонента и рабочего агента и кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, которые ориентированы в противоположную сторону относительно отверстий.
К недостаткам известного устройства относятся невысокая степень диспергирования рабочего агента и интенсивность перемешивания жидкостей для получения однородного состава.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является смеситель, включающий цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками. В корпусе последовательно по направлению движения потока соосно установлены вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, выполненная в виде цилиндра с цилиндрическими отверстиями или в виде гиперболоида вращения. На выходе корпуса выполнена успокоительная камера в виде набора пластин (RU 2189851, МПК B01F 3/04, опубл. 27.09.2002) - прототип.
Недостатки прототипа связаны с невысокой степенью диспергирования смешиваемого компонента и эффективностью перемешивания жидкостей для получения качественной смеси. Недостаточная интенсивность процесса перемешивания обусловлена тем, что часть энергии в прототипе затрачивается на внутреннее трение в недостаточно перемешанных потоках. В зоне контакта направленных навстречу друг другу противоположно вращающихся потоков трение оказывает тормозящее влияние на всю массу потоков жидкостей разной плотности, что снижает эффективность перемешивания. Процесс перемешивания характеризуется нестабильностью и неустойчивостью равновесия противодействующих потоков, т.к. при разностях скоростей один поток отжимает другой от выхода, а продукты химической реакции смешиваемых жидкостей, например растворов смол и кислот, вступающих в реакцию полимеризации, залипают на внутренней поверхности корпуса.
Задача, положенная в основу изобретения, заключается в создании устройства, обеспечивающего повышение производительности и эффективности перемешивания.
Технический результат заключается в увеличении интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в струйном гидравлическом смесителе, включающем цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока установлены выполненные в виде тел вращения вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, а также успокоительная камера, согласно изобретению вихревая камера смешиваемого компонента снабжена направляющей поток перегородкой, которая установлена под тангенциальными каналами и выполнена в виде конуса с вершиной, направленной к выходу камеры. Для усиления эффекта диспергирования, вихревая камера смешиваемого компонента выполнена в виде параболоида вращения, а вихревая камера рабочего агента выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения, причем тангенциальные каналы вихревых камер выполнены с одинаковым направлением закрутки потока.
Изобретение поясняется выполнением струйного гидравлического смесителя на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены:
Фиг. 1 - общий вид струйного гидравлического смесителя;
Фиг. 2 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере смешиваемого компонента, сечение Α-A на Фиг. 1;
Фиг. 3 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере рабочего агента, сечение Б-Б на Фиг. 1.
Струйный гидравлический смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосно вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера 3 рабочего агента - воды, и успокоительная камера 4 в виде радиальных колец. Вихревая камера 2 нефти представляет собой параболоид вращения с тангенциальными каналами 5. Вихревая камера 3 воды с тангенциальными каналами 6 выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения, т.е. более вытянутой формы, чем параболоидная вихревая камера 2 нефти. Тангенциальные каналы 5 и 6 вихревых камер 2 и 3 имеют одинаковое направление закрутки потока. В вихревой камере 2 установлена конусообразная перегородка 7, вершина которой направлена к вихревой камере 3. Входной патрубок 8 нефти и выходной патрубок 9 смеси расположены на центральной оси корпуса 1 смесителя, а входной патрубок 10 воды - перпендикулярно ей.
Работа струйного гидравлического смесителя осуществляется следующим образом.
Смешиваемый компонент - поток нефти, подается в корпус 1 смесителя через патрубок 8 и, проходя по тангенциальным каналам 5, закручивается и по направляющим конусной перегородки 7 поступает в вихревую камеру 2. Рабочий агент - поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 10, проходя по тангенциальным каналам 6 в вихревую камеру 3, закручивается в том же направлении, что и поток нефти. В параболоидной вихревой камере 2 нефти происходит интенсивная турбулентная диффузия потока с получением умеренно закрученных лентообразных струй. В эллипсоидной вихревой камере 3 воды, имеющей меньший диаметр и более вытянутую форму, чем вихревая камера 2 нефти, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. Активизированные потоки из вихревых камер 2 и 3 устремляются навстречу друг другу. При соударении закрученных в одну сторону и направленных друг к другу струй происходит дополнительная усиленная скрутка двух потоков, обеспечивающая интенсификацию процесса с равномерным распределением воды в нефти и гомогенным смесеобразованием. Затем жидкость устремляется к выходу из смесителя, где, ударяясь о радиальные кольца успокоителя 4, домешивается при стабилизации потока и выдается через выходной патрубок 8.
Положительный эффект предлагаемого к защите смесителя достигается при различном выполнении в виде тел вращения вихревых камер и направлений их тангенциальных каналов, т.е. в объеме первого независимого пункта формулы, однако оптимальный результат достигается совокупностью всех указанных признаков в патентной формуле. Увеличение количества тангенциальных каналов вихревых камер (в камере 2 нефти - от 2 до 8, в камере 3 воды - от 2 до 4) также способствует повышению равномерности распределения потоков в смесителе.
Таким образом, достигается интенсивность диспергирования взаимодействующих потоков и равномерность их распределения с получением гомогенной структуры смеси за счет части потенциальной энергии потоков в трубопроводах без дополнительных затрат.