СТРУЙНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ РЕЗЕРВУАРОВ
JET MIXER FOR RESERVOIRS

Изобретение относится к устройствам для смешивания и выравнивания состава жидкостей в резервуарах, преимущественно больших объемов, и может быть использовано в любых областях народного хозяйства, в том числе в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности и на нефтебазах, где требуется гомогенизация жидкостей различной плотности, склонных к расслоению состава.
В настоящее время для перемешивания в резервуарах жидкостей различной плотности, склонных к расслоению состава, широко используются струйные смесители с сопловыми эжекторами и комбинированные смесители.
Известен струйный смеситель, в котором, для повышения эффективности перемешивания, на внутренней поверхности диффузора эжектора выполнены спиральные направляющие ребра (RU 344881).
Известен также смеситель (RU 965491), имеющий эжектор с первичным щелевым соплом, расположенным по периметру наружной поверхности входного конфузора эжектора. Ось первичного сопла эжектора установлена перпендикулярно оси эжектора, причем внутренняя поверхность входного конфузора вверх от сопла выполнена криволинейной, а вниз за соплом - без скруглений.
Указанные струйные смесители малоэффективны и потому имеют ограниченное применение, в основном для перемешивания жидкостей невысокой плотности, склонных к расслоению, например, молока, отстоявшегося в процессе хранения в резервуарах.
Более эффективными устройствами для перемешивания жидкостей в резервуарах, используемыми в основном в химической и нефтяной отраслях, являются устройства RU 2189852 и RU 2314151.
Например, в RU 2189852 повышение эффективности перемешивания жидкостей обусловлено регулируемой начальной турбулизацией потока за счет того, что в устройстве, содержащим смеситель с соплом и диффузором, корпус смесителя соединен с диффузором планками. На внутренней поверхности сопла выполнены выступы в виде радиальных колец или цилиндрических стержней с определенными симплексами, а смеситель прикреплен к корпусу резервуара под углом 25-75°.
К недостаткам известного устройства относятся невысокая производительность в результате энергопотерь в диффузоре и, соответственно, недостаточная интенсивность перемешивания больших объемов жидкостей для получения однородного состава.
Прототипом может служить струйный смеситель, используемый в резервуарах достаточно больших объемов, который содержит насос с всасывающим и напорным трубопроводами и эжекторное сопло, установленное на выходе напорного трубопровода. Эжекторное сопло выполнено в виде конфузора и цилиндрической камеры смешения, на внутренней поверхности которой имеются выступы-завихрители потока в виде спиральных ребер, расположенных под углом 30-45° к оси сопла. Сопло выполнено с диаметром, обеспечивающим скорость истечения жидкости 40-50 м/с. Сопловой эжектор устанавливается в резервуаре в горизонтальной плоскости на отдельной линии подачи жидкости под углом 60° от перпендикуляра к плоскости монтажного люка и в вертикальной плоскости под углом к горизонтали, обеспечивающим точку попадания струи на 50 процентов рабочей высоты резервуара (RU 2314151, оп. 10.01.2008, МПК B01F 5/04).
Недостатком прототипа является его невысокая эффективность за счет большого энергопотребления (требуются 2 насоса, как указано в описании), и, соответственно, низкая производительность для получения однородной жидкости по всему объему резервуара. Мощный напор струи из сопла, бьющий в незначительную область по сравнению с достаточно большим объемом резервуара, оказывает негативное влияние на равномерность и интенсивность перемешивания, а также на пожаровзрывобезопасность всего процесса.
Задача, положенная в основу изобретения, заключается в создании надежного устройства, обеспечивающего повышение производительности и эффективности перемешивания.
Технический результат заключается в достижении равномерности смешивания жидкостей с получением гомогенной структуры смеси по всему объему резервуара без дополнительных энергозатрат и нарушения норм пожаровзрывобезопасности.
Технический результат достигается тем, что струйный смеситель, содержащий эжекторное сопло с конфузором и цилиндрической камерой смешения, на внутренней поверхности которой выполнены выступы-завихрители потока, согласно изобретению, смеситель снабжен корпусом, выполненным в виде разветвителя потока с соплами, имеющими форму усеченной поверхности вращения, по меньшей мере, одно из сопел выполнено эжекторным с выступами-завихрителями в виде радиальных колец или цилиндрических стержней, а на конфузоре, представляющем собой обтекаемое тело вращения, выполнены ребра жесткости, соединяющие конфузор с корпусом, который снабжен держателем, выполненным с возможностью регулирования угла наклона смесителя относительно днища резервуара.
Кроме того, оси разветвителя расположены под равными углами друг к другу. Разветвитель может быть выполнен в виде усеченных форм конуса, параболоида, однополостного гиперболоида или их комбинаций, а конфузор эжекторного сопла - в виде усеченного конуса или усеченного эллипсоида вращения либо гиперболоида вращения.
Количество сопел струйного смесителя, в том числе эжекторных, выбирается в зависимости от объема резервуара и составляет в среднем от 2 до 9 штук.
Сущность изобретения поясняется примером конкретного выполнения струйного смесителя с тремя соплами, центральное из которых выполнено эжекторным, и сопровождающими чертежами:
Фиг. 1 - общий вид устройства; Фиг. 2 - размещение смесителя в резервуаре.
Струйный смеситель для резервуаров содержит корпус 1 в виде разветвителя потока с двумя боковыми соплами 2 и центральным эжекторным соплом 3. На наружной поверхности конфузора 4 выполнены ребра жесткости 5, соединяющие конфузор 4 с соплом 3, который служит для гашения вибрации. На внутренней цилиндрической поверхности камеры смешения 6 имеются выступы-завихрители 7 в виде радиальных колец или цилиндрических стержней. Корпус 1 смесителя закреплен в держателе 8, который для изменения положения смесителя /угла атаки исходящих из сопел струй/ в зависимости от высоты и объема резервуара, выполнен с возможностью регулирования угла α наклона корпуса смесителя при установке устройства в резервуаре 9 (фиг. 2).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
-3
3
Струйный смеситель закрепляют на фланцах к приемно-раздаточному патрубку резервуара и поддерживают регулируемым держателем 8, устанавливаемым на днище резервуара 9 под углом α от 0,5° до 40° (в зависимости от объема резервуара). При включении насоса гидросистемы (на чертежах не показано) неоднородная по составу и/или плотности жидкость из напорного трубопровода подается в корпус 1 смесителя и разделяется на массовые потоки в разветвителе. Благодаря конфигурации сопел 2 и 3 поток жидкости ускоряется. В эжекторном сопле 3 поток жидкости дополнительно ускоряется в конфузоре 4, а в его камере смешения 6, проходя через систему выступов 7, приобретает заданную турбулентность в пределах 0,02-0,5. Причем, потоки струй, исходящих из сопел 2 и 3, создают в резервуаре сложное движение жидкости, часть из которой через конфузор 4 эжекторного сопла 3 дополнительно вовлекается в камеру смешения 6, приобретая вторичную турбулентность. Скорость выхода струи из эжекторного сопла достигает до 20 м/с, а коэффициент эжекции до 3. При этом ребра жесткости 5 конфузора 4 эффективно гасят вибрацию стенок резервуара, приводящую к преждевременному разрушению резервуара и негативно влияющую на пожаровзрывобезопасность всего процесса. Оперативное регулирование держателем 8 положения смесителя относительно днища резервуара 9 позволяет охватить струями весь объем резервуара и исключить «застойные зоны», образование которых влечет за собой потери нефти на дне резервуара и необходимость его периодической чистки от отложений нефтешламов. Указанным образом достигается интенсивное перемешивание жидкости по всему объему и высоте резервуара с получением качественной смеси однородной плотности с характерной величиной отклонения до 10 г/см.
Регулирование скорости потока и турбулентности на практике осуществляют подбором форм разветвителей корпуса 1, конфузора 4 и параметров выступов 7. Необходимое количество сопел, в т.ч. эжекторных, определяется в зависимости от объема резервуара.
Таким образом, повышение эффективности при эксплуатации предлагаемого струйного смесителя обеспечивается без дополнительных энергозатрат, а только за счет части потенциальной энергии поступающего в устройство потока жидкости.