СОПЛО ДЛЯ СОЗДАНИЯ РЕАКТИВНОЙ ГАЗОВОЙ И ЖИДКОСТНОЙ СТРУИ ДЛЯ СМЕСТИТЕЛЕЙ
NOZZLES FOR CREATING REACTIVE GAS AND LIQUID JET FOR MIXERS

Устройство предназначено для снижения вязкости, генерации тепла, холодной пастеризации, гомогенизации, улучшения качества, сатурации, смешения на молекулярном уровне, создания эмульсий, смешивания жидкостей, либо диспергирования смесей, и может быть использовано в химической, энергетической, нефтяной, а также пищевой промышленности.
Из патента №2294375 RU известен сульфитатор, который включает емкость в виде циклона, снабженную в ее верхней части средством для отделения отработанного сернистого газа от сульфитированной жидкости, и устройство для смешивания сернистого газа с жидкостью. Последнее содержит трубу с патрубком для подвода сернистого газа и диск с отверстиями, укрепленный перпендикулярно оси трубы в камере смешения. В отверстиях диска установлены параллельно расположенные насадки с соплами. В камере смешения дополнительно размещена решетка с зазором относительно торцов сопел, имеющая соосно расположенные с ними конусообразные отверстия, в которых установлены цилиндрические насадки с выходной частью в виде диффузоров с углом раскрытия 6-14°. Средство для отделения отработанного сернистого газа от сульфитированной жидкости содержит цилиндр с укрепленными внутри него дисковыми тарелками с отбортовкой, направленной вверх. Тарелки образуют проходные отверстия для газа со стенкой цилиндра, расположенные по разные стороны. Диск с насадками устанавливают с возможностью возвратно-поступательного движения при помощи эксцентрика.
Из патента №65613 RU известно диспергирующее устройство для смешивания газа в жидкости, которое включает корпус с поперечными диафрагмами, трубопровод для подачи газа с соплом, расположенным непосредственно в корпусе.
Трубопровод перед соплом снабжен сеткой, выполненной в виде пакета вертикальных труб для равномерного распределения потока, а сопло выполнено в виде косого среза трубопровода, сориентированного по направлению потока жидкости.
Диафрагмы расположены в отдельном дополнительном корпусе, установленном после сопла по направлению потока жидкости и выполненным с возможностью продольного перемещения и фиксации относительно корпуса, а диафрагмы снабжены центральным щелевым отверстием. Каждое щелевое отверстие последующей диафрагмы смещено на незначительный угол по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки.
Из патента №74119 RU известно устройство для регенерации жидкостей, содержащее корпус, смешивающее устройство для перемешивания утилизируемой среды с водой и устройство подачи полученной суспензии в отстойник. Отличительный признак устройства в том, что оно дополнительно содержит приемную камеру, эжектирующее сопло струйного насоса, расположенное осесимметрично камере и включающее в себя центральное и дросселирующее отверстия. В приемной камере перпендикулярно ее оси установлен приемный коллектор диаметром «D» эжектируемого потока регенерируемой жидкости, связанный с емкостью со смесью, подлежащей регенерации. Причем приемная камера посредством конфузора соединена с камерой смешения, которая через диффузор связана с прямолинейным транспортировочным трубопроводом, соединенным с отстойником.
Для оптимальной работы данного устройства должны соблюдаться следующие соотношения его параметров:
- отношение внутреннего диаметра d сопла эжектора струйного насоса к длине сопла лежит в оптимальном интервале величин: d/l=0,25÷0,75;
- отношение внутреннего диаметра d сопла эжектора струйного насоса к диаметру эжектора струйного насоса лежит в оптимальном интервале величин: d/D=0,05÷0,2;
- длина камеры смешения предложенного устройства лежит в диапазоне 9÷12 ее диаметров.
Из патента №109991 RU известна установка для приготовления взвеси, содержащая коаксиальный инструментальный блок, включающий полый ротор, сообщающийся посредством осевого входного патрубка с насосом, смонтированным на тангенциальном выходном патрубке, и внешний кольцевой статор. Ротор и статор оснащены распределенными по периферии, примыкающими радиальными щелями, соответственно сужающимися соплами, наклоненными встречно вращению ротора, и несимметрично расширяющимися по криволинейным поверхностям в сторону корпуса, сопряженного с тангенциальным выходным патрубком. Таким образом организован смесительный канал прокачки обрабатываемой взвеси по форме расширяющегося витка спирали, причем на торцевой стенке ротора закреплен центральный обтекаемый рассекатель входного потока обрабатываемой взвеси. При этом осевой входной патрубок корпуса непосредственно замкнут трубопроводом рециркуляции обрабатываемой взвеси с насосом. Корпус, выполненный в форме диска, установлен с эксцентриситетом относительно инструментального блока в направлении, противном его выходному патрубку. На торцевой стенке полого ротора дополнительно смонтированы дуговые лопатки, повернутые к соплам, оси которых наклонены относительно радиуса под углом 15-20°. Шаг распределения щелей статора превышает шаг распределения сопел ротора.
Наиболее близким аналогом является известное из патента №2189852 RU устройство для перемешивания жидкостей в резервуарах, включающее смеситель, снабженный соплом и диффузором. При этом корпус смесителя соединен с диффузором при помощи планок, а на внутренней поверхности сопла выполнены выступы в виде радиальных колец с симплексами S1=2⋅10-5-0,2; S2=0,02-2; S3=0,006-1 или в виде стержней цилиндрической формы с симплексами S4=2⋅10-4-0,4; S5=0,03-0,2; S6=0,02-0,6, где
S1=h/D;
S2=l/D;
S3=s/D;
S4=h/D;
S5=d/D;
S6=s/D;
D - диаметр сопла;
h - высота выступа;
s - расстояние между выступами;
l - длина выступа (для выступов, выполненных в виде радиальных колец);
d - диаметр выступа (для выступов, выполненных в виде стержней);
причем смеситель прикреплен к корпусу резервуара под углом α, α=25-75°.
Целью изобретения является упрощение конструкции сопла смесителя при сохранении высокой эффективности смешивания, а также снижения вязкости, генерации тепла, холодной пастеризации, гомогенизации, улучшения качества, сатурации, смешения на молекулярном уровне.
Цель достигается за счет конструкции сопла. На рис. 1 изображено сопло с колоколообразными входной и выходной камерами в разрезе. Сопло для создания реактивной газовой и жидкостной струи представляет собой аксиально симметричную полость и включает колоколообразную либо конусообразную входную камеру длиной L2 с диаметром входного отверстия D2 и колоколообразную либо конусообразную выходную камеру длиной L3 с диаметром выходного отверстия D3, вершины которых соединяются через отверстие, образующее перетяжку длиной L1 и диаметром D1. Диаметр D2 зависит от диаметра D1, а диаметр D3 зависит от диаметра D2. За счет этого на выходе сопла развивается реактивная струя смеси, что обеспечивает высокую эффективность смешивания. Для газовых сред диаметр входного отверстия D2 и диаметр выходного отверстия D3 выбирают из диапазонов от 27,78*D1 до 28,65*D1 и от 34,82*D2 до 35,97*D2 соответственно, длины из диапазонов:
L1 от D1/3,67 до D1/3,89,
L2 от 6,23 *L1 до 6,91*L1,
L3 от 3,82*L2 до 4,11*L2.
За счет этого достигается высокая эффективность смешения с жидкой средой, гомогенизации, сатурации при температурах выше 10°C.
Для жидких сред диаметр входного отверстия D2 и диаметр выходного отверстия D3 выбирают из диапазонов от 8,02*D1 до 8,67*D1 и от 2,01*D2 до 2,48*D2 соответственно, длины из диапазонов:
L1 от D1/2,06 до D1/2,38,
L2 от 12,13*L1 до 12,64*L1,
L3 от 2,12*L2 до 2,48*L2,
при этом кромки отверстий, а также поверхности входной и выходной камер закругляются таким образом, что касательная в точке соединения входной камеры и торца составляет угол 41°-43° с осью камеры, касательная в точке соединения перетяжки и выходной камеры составляет угол 41°-43° с осью камеры, касательная в точке соединения входной камеры и перетяжки составляет угол 26°-28° с осью камеры, касательная в точке соединения выходной камеры и торца составляет угол 36°-38° с осью камеры. За счет этого достигается дополнительная генерация тепла (при смешивании с паром), снижение вязкости, высокая эффективность смешения на молекулярном уровне либо разделения на фракции сложных сред.
Примеры
Сопло выполняют из алюминия с размерами камер в соответствии с таблицей 1.
Сопла были вмонтированы в камеру смесителя, который был интегрирован в систему подачи мазута. В таблице 2 представлены параметры мазутной смеси М 100 на входе и выходе смесителя.
В результате использования сопла наблюдается снижение вязкости мазута М 100.
Также смеситель с подмесом пара с предлагаемыми соплами был интегрирован в систему подачи горячей воды. В таблице 2 представлены параметры воды на входе и выходе смесителя.
3
В результате работы сопла отмечен высокий расход (G=3 м/ч), а также тополнительная генерация тепла на 10%.