СПОСОБ СМЕШЕНИЯ ДВУХ МНОГОФАЗНЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF MIXING TWO MULTIPLE-PHASE GAS FLOWS AND DEVICE TO THIS END

Данные изобретения относятся к способу смешения двух многофазных газовых потоков и могут быть использованы в химической промышленности, например, при синтезе полимерных порошков, а также в фармацевтической и пищевой отраслях промышленности.
Известные способы смешения двух многофазных газовых потоков основаны:
- на способе смешения двух многофазных, например двухфазных газовых потоков с образованием ударных волн. Суть способа состоит в том, что смешиваемые двухфазные потоки со сверхзвуковыми скоростями направляют друг навстречу другу с образованием при их взаимодействии ударных волн, в результате чего происходит образование инициаторов реакции полимеризации: ионов и/или радикалов и т.п. [Патент на изобретение РФ №2100066, B01J 19/26, B01J3 от 27.12.1997]. Устройство, реализующее способ смешения двух двухфазных потоков с образованием ударных волн, содержит подключенный к средству создания низкого давления реактор с устройством ввода мономерного газа и подсоединенный к реактору своим выходным участком плазмотрон с патрубком ввода инертного газа и отличается тем, что устройство ввода мономерного газа и выходной участок плазмотрона выполнены в виде сверхзвуковых или звуковых сопл, размещенных относительно друг друга с образованием в полости реактора встречных потоков исходящих из них сред. При этом плазмотрон имеет смеситель с подключенным к нему патрубком ввода мономерного газа, а патрубок ввода инертного газа подсоединен к смесителю [Патент на изобретение РФ №2100066, B01J 19/26, B01J3 от 27.12.1997].
- на способе смешения двух многофазных потоков за счет создания турбулентности [Патент на изобретение РФ №2080912, B01F 3/00, от 10.06.1997]. Суть способа заключается в том, что в поток жидкости или газа помещают плохообтекаемое тело /круговой цилиндр/ с дренажными отверстиями по обе стороны боковой поверхности цилиндра вдоль образующей. Цилиндр устанавливают поперек потока и ориентируют так, чтобы дренажные отверстия располагались в зонах наибольшего разрежения на поверхности тела при обтекании его набегающим потоком. В зоне разрежения, при размещении в ней плохообтекаемого тела с дренажными отверстиями на поверхности, обеспечивают интенсивный отсос и выброс в поток подводимых к дренажным отверстиям смешиваемых компонентов, а образующаяся за плохообтекаемым телом турбулентность обеспечивает интенсивное перемешивание этих компонентов с потоком.
- на способе диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера и закрепления на поверхности частиц полимера, выбранном в качестве прототипа способа смешения двух многофазных газовых потоков [Патент на изобретение РФ №2428402, C05D 1/04, B05C 5/00, B82B 3/00 от 29.09.2009]. Суть способа заключается в том, что перед смешиванием отдельно каждый из многофазных газовых потоков заряжают противоположными по знаку зарядами, за счет чего уменьшают характерное время смешения и обеспечивают осаждение нано- или микрочастиц на поверхности частиц полимера. При этом конгломераты нано- или микрочастиц вводятся в поток газа, полученную смесь ионизируют и конгломераты нано- или микрочастиц заряжают и диспергируют за счет превышения электростатическими силами отталкивания вандерваальсовских сил взаимодействия на отдельные заряженные нано- или микрочастицы, одновременно частицы полимера (порошок или гранулы) вводятся в другой поток газа, полученную смесь ионизируют, при этом полимерные частицы заряжают зарядом противоположным по знаку заряда нано- или микрочастиц, газовые потоки заряженных полимерных и нано- или микрочастиц смешивают, при этом происходит осаждение нано - или микрочастиц на поверхности полимера за счет электростатического взаимодействия между заряженными противоположными по знаку зарядами нано- или микрочастицами и частицами полимера, нано- или микрочастицы закрепляются на поверхности полимера за счет воздействия электромагнитным полем, после чего частицы полимера с закрепленными на их поверхности нано- или микрочастицами отделяются от газового потока.
Известно устройство [Патент на изобретение РФ №2428402, C05D 1/04, B05C 5/00, B82B 3/00 от 29.09.2009], реализующее способ диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера, выбранное в качестве прототипа устройства, содержит два источника газа, два газовых тракта, два распылителя конгломерата нано- или микрочастиц и частиц полимера, два отдельных ионизатора для заряда нано- или микрочастиц и частиц полимера, камеру смешения, причем выход источник газа для нано- или микрочастиц подсоединен к входу распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, выход распылителя конгломерата нано- или микрочастиц соединен с первым входом ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, регулятор тока заряда нано- или микрочастиц соединен со вторым входом ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, выход источника газа для частиц полимера подсоединен к входу распылителя частиц полимера, выход распылителя частиц полимера соединен с первым входом ионизатора для заряда частиц полимера, регулятор тока заряда частиц полимера соединен со вторым входом ионизатора для заряда частиц полимера, выходы камер ионизаторов для заряда нано- или микрочастиц и частиц полимера подключены каждый к своему входу камеры смешения, камера смешения соединена с первым входом камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера, выход источника электромагнитного поля камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера соединен со вторым входом камеры закрепления, выход регулятора параметров электромагнитного поля соединен с входом источника электромагнитного поля, выход камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера соединен с входом камеры отделения модифицированных частиц полимера от потока газа.
Приведенные в качестве прототипов способ и устройство имеют ряд недостатков. Основными недостатками являются:
- недостаточный контроль процесса смешения двух многофазных газовых потоков разноименно заряженных частиц;
- отсутствие ограничения на характерное время смешения, которое должно быть меньше характерного времени жизни возбужденных при ионизации частиц.
Решаемая техническая задача изобретений заключается в повышении степени контроля процесса смешения двух многофазных газовых потоков разноименно заряженных частиц и в обеспечении характерного времени смешения меньше характерного времени жизни возбужденных при ионизации частиц.
Решаемая техническая задача в способе смешения двух многофазных газовых потоков, включающем формирование двух многофазных газовых потоков, последующую ионизацию каждого из газовых потоков раздельно и заряд частиц газовых потоков противоположными по знаку зарядами достигается тем, что два многофазных газовых потока противоположно заряженных частиц смешивают в камере смешения путем создания в камере смешения аксиального магнитного поля, величину вектора напряженности магнитного поля регулируют, за счет чего обеспечивают контроль процесса смешения двух многофазных газовых потоков разноименно заряженных частиц.
В предложенном способе смешения двух многофазных газовых потоков многофазные газовые потоки могут вводить в камеру смешения под углом друг к другу, за счет чего повышают интенсивность смешения и уменьшают величину характерного времени смешения.
Предложенный способ смешения двух многофазных газовых потоков возможно реализовать в устройстве смешения двух многофазных газовых потоков. Решаемая техническая задача в устройстве смешения двух многофазных газовых потоков, содержащим источник газа, первый выход которого подсоединен к входу первого редуктора, выход первого редуктора подсоединен к первому входу первого газового тракта, ко второму входу которого подсоединен распылитель частиц первого многофазного потока, выход первого газового тракта присоединен ко входу первого ионизатора, к которому подключен первый источник питания, выход первого ионизатора соединен с первым входом камеры смешения, другой выход источника газа подсоединен к входу второго редуктора, выход которого подсоединен к первому входу второго газового тракта, ко второму входу которого подсоединен второй распылитель частиц второго многофазного потока, выход второго газового тракта подсоединен ко входу второго ионизатора, к которому подключен второй источник питания, выход второго ионизатора соединен со вторым входом камеры смешения, достигается тем, что камера смешения совмещена с устройством создания магнитного поля, к которому подключен регулятор величины напряженности магнитного поля.
В предложенном устройстве смешения двух многофазных газовых потоков два газовых тракта могут быть расположены под углом друг к другу.
На фиг.1 изображена схема устройства смешения двух многофазных газовых потоков для осуществления предложенного способа смешения двух многофазных газовых потоков. На фиг.2 изображена схематичная траектория движения заряженных частиц под действием аксиального магнитного поля.
Устройство (фиг.1) содержит: источник газа 1, первый редуктор 2, первый газовый тракт 3, распылитель 4 частиц первого многофазного газового потока, первый ионизатор 5, первый регулятор тока 6, камеру смешения 7, второй редуктор 8, второй газовый тракт 9, распылитель 10 частиц второго многофазного газового потока, второй ионизатор 11, второй регулятор тока 12, устройство создания аксиального магнитного поля 13, регулятор величины напряженности магнитного поля 14 и камеру отделения 15. Блоки, содержащиеся в устройстве, могут быть выполнены по стандартным, опубликованным в литературе схемах.
Рассмотрим осуществление способа смешения двух многофазных газовых потоков и работу устройства смешения двух многофазных газовых потоков по фигуре 1.
<mover accent="true"><mi>H</mi><mo>→</mo></mover>
<mrow><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>→</mo></mover><mo>.</mo></mrow>
В первый газовый тракт 3 подают газовый поток от источника газа 1. Источник газа 1 представляет собой баллон с газом. Химический состав газа зависит от способа ионизации, химического состава частиц, вводимых в первый и второй многофазные газовые потоки, например азот. Скорость потока газа регулируют первым редуктором 2. В первый газовый тракт 3 вводят частицы из распылителя 4 частиц первого многофазного газового потока и создают первый многофазный газовый поток. Ввод частиц в газовый тракт 3 может осуществляться любым известным способом, например, с помощью дозатора сыпучих материалов [Патент на изобретение РФ №2351123, A01K 5/02 от 04.09.2007]. Одновременно с этим газовый поток от источника газа 1 подают во второй газовый тракт 9. Скорость потока газа регулируют вторым редуктором 8. Во второй газовый канал 9 вводят частицы из распылителя 10 частиц второго многофазного газового потока и создают второй многофазный газовый поток. Первый многофазный газовый поток вводят в первый ионизатор 5. В первом ионизаторе 5 заряжают и возбуждают частицы первого многофазного газового потока за счет, например, коронного разряда. В случае использования коронного разряда, конструкция первого ионизатора 5 представляет собой систему плоского и игольчатого электродов. Это позволяет обеспечить высокую эффективность заряда частиц первого многофазного газового потока. Величину тока в ионизаторе 5 регулируют первым регулятором тока 6. В случае использования коронного разряда в качестве первого регулятора тока 6 используют источник постоянного напряжения, в котором предусмотрена регулировка выходного напряжения. Одновременно с этим второй многофазный поток вводят во второй ионизатор 11, в котором осуществляют заряд и возбуждение частиц второго многофазного газового потока. Частицы второго многофазного газового потока заряжают противоположным по знаку зарядом относительно заряда частиц первого многофазного газового потока. Требуемую величину заряда частиц второго многофазного газового потока обеспечивают вторым регулятором тока 12. В описываемом варианте устройства, реализующего способ смешения двух многофазных газовых потоков (Фиг.1), конструкция второго ионизатора 11 идентична конструкции первого ионизатора 5. Далее два многофазных газовых потока разноименно заряженных частиц вводят в камеру смешения 7. Для уменьшения характерного времени смешения и повышения степени контроля процесса смешения камеру смешения 7 помещают в устройство создания аксиального магнитного поля 13. Создание аксиального магнитного поля может осуществляться любым известным способом [Патент на изобретение РФ №2305357, H02K 1/06 от 07.02.2006, патент на изобретение РФ №2008135378/09, G01R 33/34, от 03.09.2008]. Положительно заряженные частицы, например частицы первого многофазного газового потока, в магнитном поле двигаются по часовой стрелке относительно вектора напряженности магнитного поля, а отрицательно заряженные частицы, например частицы второго многофазного газового потока, двигаются против часовой стрелки относительно вектора напряженности магнитного поля
(Фиг.2). За счет инициирования встречного направления движения противоположно заряженных частиц в магнитном поле уменьшают характерное время смешения двух многофазных газовых потоков. Контроль процесса смешения двух многофазных газовых потоков разноименно заряженных частиц осуществляют за счет изменения регулятором 14 величины вектора напряженности магнитного поля
Продукты, образовавшиеся в процессе смешения двух многофазных газовых потоков противоположно заряженных частиц, отделяют от побочных продуктов и газа в камере отделения 15.