Струйный смеситель с вихревыми устройствами

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкости и может быть использована в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
В настоящее время для смешивания жидкостей разной плотности и 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 их эффективность и качество получаемой смеси.
Известен смеситель RU 1375305, конструктивно и функционально приближенный к заявляемому объекту, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемого компонента и рабочего агента и кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, которые ориентированы 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 выполнена успокоительная камера в виде набора пластин (RU 2189851, МПК B01F 3/04, опубл. 27.09.2002) - прототип.
Недостатки прототипа связна с невысокой степенью диспергирования рабочего агента и низкой эффективностью перемешивания жидкостей для получения качественной смеси при изменении расхода смешиваемых потоков. Недостаточная интенсивность процесса перемешивания обусловлена отсутствием возможности регулирования расхода рабочего агента и степени его диспергирования при изменении расхода основного потока.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании устройства, обеспечивающего возможность регулирования степени диспергирования рабочего агента и высокую эффективность перемешивания в широком диапазоне изменения расхода смешиваемых потоков.
Технический результат заключается в увеличении интенсивности перемешивания взаимодействующих фаз и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в струйном смесителе с вихревыми устройствами, включающем цилиндрический корпус в котором входной патрубок воды установлен перпендикулярно входному патрубку нефти и выходному патрубку смеси, расположенных на центральной оси корпуса, последовательно по направлению движения потока установленные соосно вихревая камера смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера рабочего агента - воды, выполненные с тангенциальными каналами и успокоительная камера в виде радиальных колец, согласно предлагаемому техническому решению для повышения эффективности смешения потоков за счет регулирования расхода рабочего агента-воды и степени его диспергирования, струйный смеситель с вихревыми устройствами снабжен дополнительной камерой рабочего агента-воды меньшего размера, установленной после основной камеры.
Полезная модель струйного смесителя с вихревыми устройствами поясняется на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены: фиг. 1 - общий вид струйного смесителя с вихревыми устройствами; фиг. 2 - расположение тангенсальных каналов в вихревой камере рабочего агента, сечение А-А на фиг. 1.
Струйный смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосно вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти, вихревые камеры 3 рабочего агента - воды. Вихревая камера 2 нефти представляет собой параболоид вращения, снабженный тангенциальными спиралевидными или прямоугольными каналами 4. Вихревые камеры воды 3 и 5 с тангенциальными каналами 6 выполнены в виде цилиндра или усеченного эллипсоида вращения.
Вихревая камера 2 нефти снабжена направляющими поток перегородками 7 и конусообразной перегородкой 8, вершина которой направлена навстречу потоку нефти. Входной патрубок 9 нефти и выходной патрубок 10 смеси расположены на центральной оси корпуса 1 смесителя, а входные патрубки 11 и 12 воды - перпендикулярно ей. Входные патрубки 11 и 12 снабжены шаровыми кранами 13 и 14 для регулирования расхода воды. На выходном патрубке смеси установлен успокоитель потока 15.
Работа струйного смесителя осуществляется следующим образом. Смешиваемый компонент - поток нефти, подается в корпус 1 смесителя через патрубок 9 и за счет конусообразной перегородки 8, вершина которой направлена навстречу потоку, направляется к периферии корпуса 1. Нефть, проходя по тангенциальным каналам 4, закручивается, образуя периферийные и центральный вихри в вихревой камере 2. Рабочий агент - поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 11 и шаровой кран 13, проходя по тангенциальным каналам 6 в вихревую камеру 3, закручивается в том же направлении, что и поток нефти. В вихревой камере 3 воды, имеющей вытянутую форму, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. Активизированные потоки из вихревых камер 2 и 3 устремляются навстречу друг другу. При соударении закрученных в одну сторону и направленных друг к другу струй происходит дополнительная усиленная раскрутка двух потоков, обеспечивающая интенсификацию процесса с равномерным распределением воды в нефти и гомогенным смесеобразованием.
При изменении расхода нефти или увеличении в ней содержания хлористых солей, для достижения оптимального соотношения воды и нефти, степени диспергирования воды и повышения эффективности смешения в предлагаемом струйном смесителе с вихревыми устройствами предусмотрена возможность включения в работу дополнительной камеры рабочего агента 5, за счет открытия шарового крана 14 и подачи через патрубок 12 дополнительного количества воды. При этом водно-нефтяная смесь контактирует дополнительной порцией пресной воды и достигается улучшение эффективности обессоливания нефти. На выходном патрубке смесь проходит через успокоитель потока 15 затем устремляется к выходу из смесителя и выводится через выходной патрубок 10.
Положительный эффект предлагаемой полезной модели струйного смесителя с вихревыми устройствами достигается снабжением ее дополнительной камерой рабочего агента - воды, установленной после основной камеры, позволяющей регулировать расход рабочего агента и степень ее диспергирования. Регулирование расхода воды и степени ее диспергирования позволяет повысить эффективность смешивания потоков, избежать образования вторичной эмульсии из-за высокой диспергации воды, которое имеет место при использовании нефтерастворимого деэмульгатора для обезвоживания и обессоливания нефти.
Таким образом, достигается высокая эффективность смешения потоков за счет регулирования соотношения расхода нефти и рабочего агента-воды и обеспечения необходимой интенсивности диспергирования воды и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси в широком диапазоне изменения расхода смешиваемых потоков за счет использования потенциальной энергии потоков в трубопроводах без дополнительных затрат.