ПОТОЧНЫЙ СТРУЙНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к смесительным устройствам для обессоливания нефти, преимущественно при малых расходах по нефти или воде, и может быть использована в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен смеситель по изобретению RU 1375305, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемых компонентов и кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, ориентированными в противоположную сторону относительно отверстий.
Известен также смеситель по изобретению RU 2189851, включающий цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками. В корпусе последовательно по направлению движения потока установлены встречно направленные вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, которая выполнена в виде цилиндра с цилиндрическими отверстиями или в виде гиперболоида вращения. На выходе из корпуса выполнена успокоительная камера в виде набора пластин.
Недостаточная интенсивность процесса перемешивания смешиваемого компонента и рабочего агента в конструкциях аналогов объясняется тем, что значительная часть энергии затрачивается на внутреннее трение в неперемешанных потоках. В зоне контакта вращающихся потоков, направленных навстречу друг другу, трение оказывает тормозящее влияние на всю их массу, обусловленное различной вязкостью жидкостей, что снижает эффективность перемешивания. Процесс перемешивания при слабой его интенсивности характеризуется нестабильностью и неустойчивостью равновесия противодействующих потоков, а продукты химической реакции смешиваемых жидкостей залипают на внутренней поверхности корпуса.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является струйный гидравлический смеситель, содержащий цилиндрический корпус в виде трубы с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока установлены вихревая камера смешиваемого компонента (нефти), вихревая камера рабочего агента (воды) и успокоительная камера в виде пластин. Вихревые камеры нефти и воды выполнены встречно направленными в виде тел вращения с тангенциальными каналами, выполняющими роль начальных завихрителей потоков. На выходе вихревой камеры воды установлена насадка в виде втулки, на внутренней поверхности которой выполнены продольно направленные радиальные пазы (полезная модель RU 159236, опубл. 10.02.2016, МПК B01F 5/00, В01В 3/08) - прототип.
Конструкция прототипа, по сравнению с аналогами, позволяет увеличить интенсивность диспергирования взаимодействующих фаз и равномерность их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных затрат энергии. Однако при малых расходах нефти или воды его эффективность, также как аналогов, значительно снижается в результате изменения режима течения с турбулентного на ламинарный.
В установках по обессоливанию нефти на промыслах не всегда удается поддерживать хорошие расходы по нефти или воде, а чтобы сохранить турбулентное течение при малых расходах необходимо уменьшить критическое число Рейнольдса.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании смесителя, обеспечивающего эффективное перемешивание при малых расходах по нефти или воде.
Технический результат заключается в достижении интенсивного диспергирования взаимодействующих фаз, равномерности их распределения и получении гомогенной структуры смеси без дополнительных затрат энергии при малых расходах по нефти или воде.
Технический результат достигается тем, что в поточном струйном смесителе, содержащем цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока размещены в виде полых тел вращения с входными и выходными каналами вихревая камера нефти и вихревая камера воды, а также успокоительная камера, согласно полезной модели вихревая камера нефти снабжена входными каналами в виде щелей, расположенных по сечениям тел вращения плоскостями, расположенными под углом к оси тела вращения, а вихревая камера воды имеет выходные каналы в виде сопел, расположенных по периметру тела вращения. Вихревая камера воды выполнена в виде цилиндра или эллипсоида в комбинации его с усеченными формами конуса, параболоида. Для усиления эффекта турбулизации вихревая камера воды может быть расположена наклонно относительно оси цилиндрического корпуса.
Полезная модель поясняется примером конкретного выполнения смесителя с завихрителем воды в виде цилиндра, завихрителем нефти в виде параболоида с сопровождающим чертежом общего вида (фиг. 1).
Поточный струйный смеситель содержит цилиндрический корпус 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосная с корпусом 1 вихревая камера 2 нефти, вихревая камера воды 3, наклонно расположенная относительно оси цилиндрического корпуса, а на выходе из корпуса 1 - успокоительная камера 4 в виде набора радиальных колец. Вихревая камера 2 нефти имеет входные каналы в виде щелей 5 и представляет собой параболоид вращения. Вихревая камера 3 воды, представляющая собой цилиндр с соплами 6, расположенными по его периметру (установлено экспериментально). Входной патрубок 7 нефти и выходной патрубок 8 смеси расположены на центральной оси корпуса 1, а входной патрубок 9 воды расположен перпендикулярно ей.
Работа смесителя осуществляется следующим образом.
Поток нефти подается в корпус 1 через патрубок 7 и, проходя по входным каналам в виде щелей 5, выполняющих роль начального завихрителя потока, поступает в вихревую камеру 2. Расположение щелей в рамках первой независимой формулы установлено экспериментально. Поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 9, проходя внутри тела вращения 3, также закручивается. При этом в параболоидной вихревой камере 2 нефти происходит интенсивная турбулентная диффузия потока с получением закрученной струи. В вихревой камере 3 воды, имеющей меньший диаметр, чем вихревая камера 2 нефти, поток воды закручивается и впрыскивается в корпус через сопла 6. Наклонное расположение вихревой камеры воды относительно оси цилиндрического корпуса приводит к усилению эффекта турбулизации, что установлено экспериментально. Струи воды из сопел 6 закручивают и разделяют поток нефти, возникают соударение струй и центростремительные ускорения с различным вектором, возрастает турбулентность, повышается температура и массообмен между потоками. Закручивание струй воды приводит к интенсивной турбулизации потока нефти, интенсивному перемешиванию, дроблению и испарению воды, т.к. происходит повышение температуры, которое приводит к увеличению испаряемости воды и более интенсивному обессоливанию нефти. На границе соударения струй вследствие преодоления сил вязкости возникают турбулентные пульсации местных скоростей, которые вызывают пульсации температуры и пульсации давления. Изменение вязкости при изменении температуры на границе взаимодействия струй нефти и воды способствует усилению турбулентных пульсаций местных скоростей. Указанные процессы приводят к турбулизации потоков нефти и воды, что способствует диспергированию воды, интенсивному обессоливанию нефти. Смесь, перемещаясь к выходу из корпуса 1, ударяется о радиальные кольца 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.