СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания жидкостей с жидкостями, и может быть использована в нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности для интенсификации процессов обессоливания, защелачивания нефти или водонефтяной эмульсии.
В настоящее время для смешивания жидкостей различной плотности, 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 эффективность и качество получаемой смеси.
Известен смеситель RU 1375305, конструктивно и функционально сходный с заявляемым объектом, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемого компонента и рабочего агента, кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, ориентированными 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 выполнен успокоитель в виде набора пластин (RU 2189851, оп. 27.09.2002, МПК B01F 3/04) - прототип.
Недостатки прототипа связаны с невысокой степенью диспергирования смешиваемого компонента и эффективностью перемешивания жидкостей для получения качественной смеси. Недостаточная интенсивность процесса перемешивания при соосном расположении вихревых камер смешиваемого компонента и рабочего агента в конструкции прототипа объясняется тем, что значительная часть энергии затрачивается на внутреннее трение в неперемешанных потоках. В зоне контакта противоположно вращающихся потоков, направленных навстречу друг другу при лобовом столкновении частиц жидкости, трение оказывает тормозящее влияние на всю массу этих потоков, обусловленное их вязкостью, 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 полезной модели, 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 на выходе из смесителя без дополнительных энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в смесителе, включающем цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосная с корпусом вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами, вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами и успокоитель в виде набора пластин, согласно полезной модели, вихревая камера рабочего агента установлена наклонно к вихревой камере смешиваемого компонента со смещением своей оси симметрии относительно оси вихревой камеры смешиваемого компонента на величину X≤0,4D /установлено экспериментально/, где D - внутренний диаметр корпуса смесителя. Для усиления эффекта диспергирования вихревые камеры смешиваемого компонента и рабочего агента выполнены в виде параболоидов вращения.
Полезная модель поясняется выполнением смесителя на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены:
Фиг. 1 - общий вид смесителя;
Фиг. 2 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере смешиваемого компонента, сечение А-А на Фиг. 1;
Фиг. 3 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере рабочего агента, сечение Б-Б на Фиг. 1.
Смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосная с корпусом 1 вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера 3 рабочего агента - воды и успокоитель 4 в виде набора пластин. Вихревая камера 2 нефти имеет тангенциальные каналы 5 и представляет собой параболоид вращения. Вихревая камера 3 воды с тангенциальными каналами 6 выполнена в виде параболоида вращения, но меньшего диаметра, чем вихревая камера 2 нефти. Вихревая камера 3 воды установлена наклонно к вихревой камере 2 нефти со смещением своей оси симметрии относительно оси вихревой камеры 2 нефти на величину X≤0,4D, где D - внутренний диаметр корпуса 1 смесителя. Указанное смещение до 0,4 величины внутреннего диаметра корпуса установлено экспериментально. Входной патрубок 7 нефти и выходной патрубок 8 смеси расположены на центральной оси корпуса 1 смесителя, а входной патрубок 9 воды - перпендикулярно.
Работа смесителя осуществляется следующим образом.
Смешиваемый компонент - поток нефти подается в смеситель через патрубок 7 и, проходя по тангенциальным каналам 5, выполняющим роль начального завихрителя потока, поступает в вихревую камеру 2. Рабочий агент - поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 9, проходя по тангенциальным каналам 6 в вихревую камеру 3, также закручивается. В вихревых камерах 2 и 3, выполненных в виде тел вращения, потоки жидкости активизируются и устремляются навстречу друг другу, интенсивно перемешиваясь. При этом в вихревой камере 2 нефти происходит интенсивная турбулентная диффузия потока с получением умеренно закрученной струи. В вихревой камере 3 воды, имеющей меньший диаметр, чем вихревая камера 2 нефти, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. Благодаря наклонному размещению вихревой камеры 3 со смещением ее оси относительно оси вихревой камеры 2, изменяется угол атаки потока воды, обеспечивая, по сравнению с прототипом, дополнительную усиленную скрутку двух потоков, интенсифицирующую процесс с равномерным распределением воды в нефти и образованием гомогенной смеси. Смесь, перемещаясь к выходу из корпуса 1, ударяется о пластины успокоительной камеры 4, затормаживается, нагревается, домешивается, стабилизируется и выдается из смесителя через выходной патрубок 8.
Технический результат достигается за счет части потенциальной энергии потоков в трубопроводах без дополнительных затрат энергии при любом выполнении вихревых камер в виде тел вращения (цилиндр, эллипс, гиперболоид, параболоид).