СТАТИЧЕСКИЙ СТРУЙНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области смешивания жидких сред, в частности, к устройствам для смешивания очищаемой воды с растворами реагентов в потоке жидкости, и может быть использовано в процессе очистки как природных, так и сточных вод.
Известен статический струйный смеситель, состоящий из горизонтального цилиндрического корпуса с входным и выходным устройствами и установленными внутри корпуса дискообразными смесительными элементами, один из которых - элемент А на передней стороне имеет несколько параллельных, не соединенных друг с другом каналов, ортогональных к главному направлению движения потока; причем, в днище каналов имеются сквозные отверстия. Второй дискообразный смесительный элемент - В, соединенный с первым элементом А на передней стороне имеет несколько параллельных, соединенных друг с другом каналов, ортогональных к главному направлению движения потока, причем в боковых стенках каналов имеются отверстия для прохода среды в главном направлении движения потока. На оборотной стороне смесительного элемента В размещено несколько параллельных, не соединенных друг с другом каналов, ортогональных к главному направлению движения потока. Конфигурация каналов в смесительных элементах и расположение проходных отверстий в этих каналах способствуют постоянному изменению направления потока среды. Соединенные между собой смесительные элементы А и В, могут устанавливаться в корпусе, образуя ряд из n-ного количества пар вышеозначенных элементов; при этом предусматривается возможность такой сборки парных элементов, когда часть их
0
устанавливается под углом 90 по отношению к центральной оси корпуса (см. Международную заявку WO №2005049186 А2, МПК B01F 5/06 с приоритетом 02.06.2005 г., опубл. 12.11.2006 г. ИСМ №12, 2006 г.).
Недостатком известного смесителя является увеличение сопротивления в процессе смешения вследствие множественного контактирования потока в камере с преградами - стенками каналов смесительных элементов камеры и днищами их, что влечет за собой увеличение расхода электроэнергии.
Известен статический струйный смеситель, состоящий из трубопровода для подачи текучий среды, разветвленного на 2 трубопровода меньшего диаметра, выполненных с изгибами по пути движения потоков; в местах изгиба трубопроводов установлены направляющие лопатки, а далее в трубопроводе установлены горизонтальные или вертикальные перфорированные пластины, перекрывающие все сечение трубопровода. Эти пластины образуют проходы, обеспечивающие деление потоков на подпотоки. В каждом из проходов смонтированы центрально размещенные и свободно подвешенные в виде вертикальных гирлянд лопатки различного профиля, например Z-образного; при этом края лопаток выполнены зубчатыми, а сами лопатки установлены с заданным шагом. Таким образом, в смесителе образуются поля макротурбулентности в зоне смесителя, предшествующей образованию подпотоков, т.е. до перекрытия сечения трубопроводов перегородками, и поля микротурбулентности в проходах, образуемых горизонтальными или вертикальными перегородками, особенно вокруг лопаток, где образуются вихри. Поля накладываются друг на друга, способствуя увеличению эффекта смешения (см. заявку RU №2005 136 880/15А, МПК B01F 5/06, приоритет AU 09.02.04 г., опубл. 20.03.06 г. Б.И. №8. 2006 г.).
Недостатком известного смесителя является увеличение сопротивления в процессе смешения, вызываемого контактированием потока с такими преградами как каналы, изменяющие свое направление по высоте, перегородки по всему сечению каналов, делящие потоки на подпотоки, множественные лопатки сложной конфигурации, свободно подвешенные между перегородками; все вышесказанное приводит к повышению расхода электроэнергии и, следовательно, к повышению стоимости процесса смешения.
Известен статический смеситель с радиальным гидравлическим рассеиванием Radialmix, предназначенный для смешения воды с реагентами в трубопроводе диаметром 100-400 мм и состоящий из сопла с винтовой нарезкой, установленного по оси трубопровода, диафрагмы с периферийным по отношению к стенкам трубопровода выходом из нее и трубопровода для введения реагентов, установленного перпендикулярно по отношению к направлению движения основного потока воды (см. Технический справочник по обработке воды, т.2, Degremont, «Новый журнал», САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 2007 г.. стр.819).
Недостатком известного смесителя является увеличение сопротивления в процессе смешения, вызываемого закручиванием потока в сопле, и, следовательно, к повышению стоимости процесса смешения.
Известен струйный смеситель для смешивания жидких или газообразных сред, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, состоящий из помещенной в поток жидкости камеры смешения в форме цилиндра с каплеобразным поперечным сечением; внутри цилиндра, соосно ему, установлена хотя бы одна перфорированная по всей высоте трубка для ввода реагента. Входные отверстия для ввода воды камеры смешения расположены на участке боковой поверхности, вдоль ее образующей
(цилиндра) напротив его заостренной части, а выходные отверстия для воды расположены по другую сторону цилиндра. Вариантом смесителя является конструкция, где у цилиндрической камеры смешения каплеобразного сечения отсечена заостренная часть. В камере смешения могут быть расположены две перфорированные трубки для введения различных реагентов (см. патент RU №2 306 171 МПК B01F 5/06, приоритет 16.12.2005 г., опубл. 20.09.07 г. Б.И. №26).
Недостатком известного смесителя является невысокий эффект смешения, поскольку процесс перемешивания осуществляется практически в две стадии: в камере смешения и за ее пределами в самом трубопроводе, что влечет за собой увеличение расхода реагентов и увеличение стоимости.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени смешения очищаемой воды и реагентов, значительное сокращение расхода реагентов и, как следствие, сокращение затрат на очистку воды.
Технический результат достигается тем, что в статическом струйном смесителе, включающем помещенную в поток цилиндрическую камеру смешения каплевидного сечения, оснащенную отверстиями для входа воды, расположенными фронтально по отношению к направлению потока вдоль образующей камеры смешения, и выходными отверстиями для смеси воды и реагента, расположенными на боковых поверхностях, вдоль образующей, и центральной перфорированной трубкой для ввода реагента, помещенная в трубопровод камера смешения оснащена эжектором, соосным трубке для ввода реагента, эжектор снабжен отверстиями для входа воды в него, размещенными напротив фронтальных отверстий камеры смешения, и симметричными отверстиями выхода смеси воды и реагента, расположенными на боковых поверхностях вдоль образующей по всей высоте эжектора,
равноудаленными от входных отверстий последнего и друг от друга, при этом центральные входные отверстия камеры смешения выполнены в виде прямоугольных окон с уменьшением их площадей от центра к периферии, перфорация трубки для ввода реагента расположена на фронтальной по отношению к потоку очищаемой воды поверхности с увеличивающимся по высоте от центра трубки к периферии шагом, а камера смешения выполнена в виде съемного модуля, помещенного в трубопровод.
На фиг.1 представлен статический струйный смеситель, вид по А-А.
На фиг.2 представлен статический струйный смеситель, вид по В-В.
На фиг.3 представлен съемный модуль, вид сбоку.
Статический струйный смеситель состоит из:
камеры смешения каплевидного в плане сечения 1, вмонтированной в трубопровод и оснащенной центральной трубкой для ввода реагента 2 с перфорацией, расположенной на фронтальной по отношению к потоку очищаемой воды поверхности и с увеличивающимся по высоте от центра трубки 2 к периферии шагом, входными центральными окнами для воды 3, расположенными фронтально по отношению к направлению потока вдоль образующей камеры смешения 1, и выходными отверстиями для смеси воды и реагента 4, расположенными на боковых поверхностях камеры смешения 1, вдоль ее образующей, по всей высоте камеры смешения 1. Площадь входных окон 3 уменьшается от центра к периферии.
Камера смешения 1 оснащена эжектором 5, соосным трубке для ввода реагента 2. Эжектор 5 оборудован отверстиями для входа воды в него 6, размещенными напротив фронтальных окон 3 камеры смешения 1, и симметричными отверстиями выхода смеси воды и реагента 7, расположенными на боковых поверхностях эжектора 5,
вдоль его образующей по всей высоте эжектора 5, равноудаленными от входных отверстий последнего и друг от друга. Камера смешения 1 выполнена в виде съемного модуля.
Статический струйный смеситель работает следующим образом: основная часть потока воды поступает в имеющую каплевидную в плане форму камеру смешения 1 через ее прямоугольные окна 3, расположенные фронтально по отношению к направлению движения потока воды с уменьшением их площадей от центра к периферии.
Уменьшение площадей входных прямоугольных окон 3 камеры смешения 1 обусловлено уменьшением расхода потока от центра к стенкам трубопровода.
Другая часть потока огибает камеру смешения 1 с обеих сторон.
Через трубку для ввода реагента 2 с перфорацией, расположенной на фронтальной по отношению к потоку очищаемой воды поверхности и с увеличивающимся по высоте от центра трубки 2 к периферии шагом, последний подают в эжектор 5, расположенный соосно перфорированной трубке 2.
Такое выполнение перфорации позволяет достичь наиболее полного смешения реагента с водой уже в эжекторе 5. Шаг отверстий перфорации трубки 2 увеличивается по ее высоте от центра к периферии для более эффективного распределения реагента внутри эжектора 5.
В эжектор 5 поток воды поступает через входные отверстия 6, размещенные напротив фронтальных окон для ввода воды 3 камеры смешения 1. Поток реагента, направленный навстречу движению основной части потока воды, способствует процессу интенсивного перемешивания в эжекторе 5; образующаяся смесь воды и реагента выходит за пределы эжектора 5 через симметричные отверстия для выхода смеси воды и реагента 7, расположенные на боковых поверхностях эжектора 5 вдоль его образующей и равноудаленные от
входных отверстий последнего и друг от друга. Эта смесь подхватывается потоками воды, поступающими в камеру смешения 1 через ее входные окна 3, огибающими эжектор 5, каждый со своей стороны; процесс смешения продолжается в результате образования вихревых гидродинамических потоков в зауженной зоне камеры смешения 1. Далее, каждый из потоков смеси воды с реагентом через отверстия 4 для выхода образованной смеси из камеры смешения 1, расположенные на боковых поверхностях камеры, вдоль ее образующей по всей высоте камеры выходит за ее пределы и огибает последнюю с обеих сторон. Каплевидная форма камеры смешения 1 способствует созданию на ее боковых поверхностях зон пониженного давления. Вода, протекающая по трубопроводу и огибающая с двух сторон камеру смешения 1 из-за пониженного давления на ее боковых поверхностях «высасывает» смесь воды с реагентом из камеры смешения 1, заканчивая, таким образом, весь процесс смешения.
Выполнение камеры смешения 1 в виде съемной кассеты, помещенной в трубопровод, улучшает условия эксплуатации конструкции, поскольку облегчает ее ремонт, очистку от накопившихся загрязнений и полную замену в случае надобности.
Предложенный статический струйный смеситель по сравнению с известным обеспечивает повышение степени смешения воды и реагента за счет оснащения камеры смешения:
• центральным эжектором с определенной ориентацией входных и выходных отверстий по отношению к потокам обрабатываемой воды, обеспечивающим осуществление дополнительной стадии перемешивания;
• формы выполнения входных окон и соотношения их площадей, обеспечивающих наряду с цилиндрической формой эжектора и каплевидной в плане формой самой камеры встречное движение потоков воды и, как
следствие, интенсификацию процесса ее перемешивания с реагентом;
• особенностей выполнения перфорации трубки для подачи реагента - расположением ее на фронтальной по отношению к потоку очищаемой воды поверхности с увеличивающимся по высоте от центра трубки к периферии шагом.
Предложенный статический струйный смеситель по сравнению с известным обеспечивает:
• повышение эффективности смешения воды с реагентом до 98,5-99%.
• сокращение расхода реагента за счет интенсификации процесса смешения, предотвращающей потери реагента не менее чем на 30%.