СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Полезная модель относится к устройствам для перемешивания потоков жидкостей или газов или их композиций и может быть применена при осуществлении процессов перемешивания, эмульгирования и контактного массо и теплообмена.
Традиционные массообменные аппараты (мешалки, колонные абсорберы, роторно-пленочные статические смесители и т.д.) в большинстве своем характеризуются недостаточной эффективностью, большой энерго- и металлоемкостью, требуют значительных расходов на их обслуживание и ремонт.
Известен смеситель для жидкостей и газов(а. с. №316482, МПК В 06 В 1/20 БИ №30, 1971), содержащий подводящие трубы, общую камеру с рядом последовательно установленных струйных излучателей с входными соплами, выполненными по форме спирали Архимеда, и общую отводную трубу.
Недостатком данного устройства является то, что он является сложным в изготовлении, металлоемким и требует определенного давления в каждом струйном излучателе. Кроме того, он представляет собой значительное дополнительное сопротивление для входных потоков жидкости или газа.
Известен смеситель, содержащий корпус с центральным каналом и соединенные с последним две цилиндрические камеры (а. с. №1227261, МПК В 06 В 1/20 БИ №16, 1986). Недостатком данного смесителя является невозможность получить высокую степень смешения.
Наиболее близким к заявленному является смеситель для жидкости и газа, содержащий сопловые вставки, образующие входной канал в виде конфузора с выходной щелью, вихревые камеры одного диаметра,
расположенные симметрично относительно продольной оси канала и выполненные в виде усеченных цилиндрических поверхностей, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси канала, и выходной канал (патент RU №2156171 С2, МПК В 06 В 1/20, 2000).
Недостатком данного смесителя является невысокая эффективность смешивания жидкости и газа, обусловленная отсутствием условий для создания автоколебательного режима работы вихревых камер.
Технической задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение эффективности смешивания жидкости и газа за счет формирования вихревых потоков, определяемых геометрией и относительными размерами проходного канала.
ст
кф
Указанный технический результат достигается тем, что каждая вихревая камера снабжена плоской стенкой, расположенной по касательной к усеченной цилиндрической поверхности вихревой камеры под углом 90° к продольной оси канала, и соединенной с выходной щелью конфузора, при этом высота стенки h превышает высоту выходной щели конфузора h в 2 раза.
Конструкция камеры обеспечивает формирование потока, имеющего на выходе из камер поперечную составляющую скорости, приводящую к пересечению линий тока приблизительно под углом 90°, что и определяет высокую эффективность смешения различных сред в несущем потоке.
Полезная модель поясняется чертежом фиг.1, на котором представлено продольное сечение смесителя. На фиг.2 изображен вид сверху.
Смеситель содержит сопловые вставки 1 и крышки 2.Сопловые вставки 1 образуют входной канал в виде конфузора 3 с выходной щелью 4. Смеситель содержит также вихревые камеры 5 одного диаметра, расположенные симметрично относительно продольной оси канала и выполненные в виде усеченных цилиндрических поверхностей 6, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси канала, и выходной канал 7 в виде диффузора. Плоская стенка 8 каждой камеры 5 расположена по касательной к усеченной цилиндрической
ст
кф
поверхности 6 вихревой камеры под углом 90° к продольной оси канала, и соединена с выходной щелью 4 конфузора, при этом высота стенки 8 h превышает высоту выходной щели 4 конфузора h в 2 раза. Смеситель формирует плоское движение среды во входном конфузоре 3, в выходном диффузоре 7 и циркуляционно-вихревое движение в вихревых камерах 5.
Смеситель работает следующим образом:
Поток жидкости и газа, нагнетаемый насосом под давлением, входит в конфузор 3, проходит вблизи плоской стенки 8, попадает в вихревые камеры 5, где за счет неустойчивости струи на участке от входа до выхода из вихревых камер 5 происходит переброс струи поочередно в каждую из камер с последующим интенсивным вихреобразованием, что и производит эффективное перемешивание жидкости и газа, определяемое геометрическими характеристиками смесителя. Из вихревых камер 5 поток смеси жидкости и газа выходит в диффузор 7, из которого выходит в трубопровод.
ст
кф
При выполнении плоской стенки 8, расположенной по касательной к усеченной цилиндрической поверхности вихревой камеры под углом 90° к продольной оси канала, и соединенной с выходной щелью 4 конфузора, высотой h, превышающей в 2 раза высоту выходной щели 4 конфузора h, обеспечивается создание разрежения в камере, значительно превышающее разрежение центрального канала, вследствие чего вся смесь, устремляясь в область наибольшего разрежения в камере, формирует вихревой тороидальный поток, в котором в поле высоких значений скоростей и градиентов давлений генерируются акустические колебания высокой интенсивности, за счет которых происходит гомогенизация и дисперсионная обработка потока, обеспечивающая дробление частиц и равномерное их распределение в общем потоке. Этот процесс продолжается на выходе из камеры 5 в поле высокочастотных акустических колебаний. Опытным путем установлено, что предложенная геометрия стенки и соотношение размеров обеспечивают принудительное формирование вихревых потоков,
позволяющих создать автоколебательный режим работы вихревых камер, оптимальный для наиболее эффективной обработки смеси. Выполнение высоты стенки больше или меньше, чем две высоты выходной щели конфузора резко снижает эффективность смешивания, диспергирования и гомогенизации смеси.