ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ДИСПЕРГАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОТЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ ГУДРОНА

Полезная модель относится к области диспергирования, интенсификации физико-химических процессов и иных обработок текучей среды, в частности к устройствам для диспергирования компонентов жидких сред и интенсификации физико-химических процессов, и предназначена для использования в нефтеперерабатывающей, химической, энергетической, пищевой и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известен гидродинамический излучатель с резонансной пластиной, содержащий цилиндрический корпус, в котором расположен подводящий патрубок, переходящий в сопло с цилиндрическим входом и заканчивающееся плоской щелью, резонансную пластину, один конец которой жестко закреплен, а другой - имеет клиновидную заточку и расположен против выхода сопла (Фридман В.М., Ультразвуковая химическая аппаратура, Машиностроение, Москва, 1967 г., с.52-55).
2
Недостатком этого излучателя является то, что он имеет ограничение по генерируемой акустической мощности, которая определяет эффективность процесса диспергации, и характеризуется размером частиц, на которые дробится обрабатываемая смесь. Как показывают результаты лабораторных испытаний, степень диспергации, создаваемая такими устройствами, не превышает 1,5-3 мкм, а для получения ряда эмульсий, например, парафин-вода, размер частиц не должен превышать 0,4 мкм. Кроме того, в ряде технологических процессов необходимо осуществлять интенсивное дробление длинных молекулярных цепочек. Указанное ограниченнее генерируемой акустической мощности связано с тем, что в процессе работы излучателя пластина под действием потока жидкости совершает колебательные движения с амплитудой до 3 мм. Эта величина определяет акустическую мощность излучателя и существенно влияет на продолжительность безотказной работы устройства. Как показали результаты испытаний, амплитуда колебаний пластины для получения требуемого эффекта диспергации должна превышать 3 мм, но при это в ней создаются динамические напряжения, приводящие к ее разрушению в месте крепления и местах изменеия профиля пластины, при давлении жидкости на входе в подводящий патрубок более 15 кгс/см.
Наиболее близкой к предложенной полезной модели является гидродинамический диспергатор с резонансной пластиной, содержащий подводящий патрубок, переходящий в щелевое сопло сой пластины жестко закреплен, а другой, имеющий клиновидную заточку, расположен напротив выхода сопла, цилиндрического корпуса и отводящего патрубка (RU 74317, 14.02.2008).
2
2
Недостатком данного устройства является то, что оно имеет ограничение по генерируемой акустической мощности, которая определяет эффективность процесса диспергации, эта величина не превышает 1,5-2 вт/см. При производстве котельного топлива из гудрона посредством его обработки ультразвуковым полем высокой интенсивности необходимо, чтобы эта величина была больше 2 вт/см, тогда под воздействием ударных волн, возникающих при схлопывании кавитационных каверн, происходит разрыв химических связей «углерод - углерод» в тяжелых молекулах углеводородов, которые составляют основу гудрона. В результате образуются углеводороды с меньшей молекулярной массой и, как следствие, уменьшается вязкость и температура вспышки сырья (гудрона) и оно приобретает свойства котельного топлива.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании гидродинамического диспергатора для получения котельного топлива из гудрона, который исключал бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении акустической мощности, генерируемой гидродинамическим диспергатором при производстве котельного топлива из гудрона за счет конструкции резонансной пластины.
Указанный технический результат достигается в гидродинамическом диспергаторе, содержащем отводящий патрубок, подводящий патрубок, переходящий в сопло, узел крепления и резонансную пластину, которая с одной стороны выполнена с возможностью крепления в узле крепления, а другая сторона расположена напротив сопла и имеет концевую часть, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой на конце, при этом каждая сторона клиновидной части имеет, по меньшей мере, две выемки, выполненные по всей ее длине.
Острая кромка выполнена с углом заточки менее 30°. Боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты. Сопло на входе выполнено цилиндрической формы, а на выходе - в виде плоской щели. Узел крепления представляет собой параллельные друг другу стойки. Каждая выемка имеет полуовальную форму.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен гидродинамический диспергатор; на фиг.2 - клинообразная часть резонансной пластины.
Гидродинамическом диспергатор содержит отводящий патрубок 1, подводящий патрубок 2, переходящий в сопло 3, узел крепления 4, представляющий собой две параллельные друг другу стойки, и резонансную пластину 5.
Сопло 3 на входе выполнено цилиндрической формы (имеет цилиндрический вход), а заканчивается плоской щелью, то есть сопло 3 выполнено сужающимся.
Резонансная пластина 5 с одной стороны выполнена с возможностью консольного крепления в узле крепления 4. Другая незакрепленная сторона резонансной пластины 5 расположена напротив сопла 3 и имеет концевую часть 6, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой 7 на конце, заточенной под углом менее 30°. Каждая сторона клиновидной части имеет, по меньшей мере, две выемки 8 (пазы), выполненные по всей ее длине полуовальной формы.
Боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты.
2
Гидродинамическом диспергатор работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость через подводящий патрубок поступает в сопло, на выходе из которого поток приобретает форму плоской струи. При натекании жидкости на клиновидную часть резонансной пластины происходит образование и следующих один за другим срыв вихрей на острой кромке и на поверхности выемок, что приводит к интенсификации процесса образования кавитационных каверн и, как следствие, к увеличению акустической мощности гидродинамического диспергатора. Периодически изменяющееся давление в зоне вихрей приводит к образованию звуковых волн. При прохождении фазы волны, создающей разряжение, жидкость рвется, и в ней образуется большое количество разрывов в виде пузырьков. После кратковременного существования часть пузырьков захлопывается и при этом развиваются большие местные мгновенные давления, достигающие 10000 кгс/см.
Компоненты жидкости, попадающие в зону срыва вихрей (кавитационное облако), подвергаются мощному воздействию, и происходит процесс диспергирования. Обработанная жидкость отводится через отводящий патрубок.
2
2
Лабораторно-стендовые испытания гидродинамического диспергатора с резонансной пластиной, имеющей выемки на клинообразной части, показали, что акустическая мощность увеличивается с 1,5-2 вт/см до 3,8 вт/см.
3
В процессе опытно - промышленного пробега гидродинамического диспергатора с пропускной способностью 10 м/час на установке висбрекинга были получены следующие результаты. В качестве сырья использовался гудрон с вакуумной колонны. Условная вязкость при 100 С после обработки на гидродинамическом диспергаторе снизилась с 17,6 до 8,4 град. ВУ и температура вспышки снизилась с 258° до 116°С. Полученные параметры соответствуют требованиям, предъявляемым к котельному топливу.
3
В настоящее время ведется проектирование и изготовление промышленного образца гидродинамического диспергатора с пропускной способностью до 100 м/час для обработки гудрона на установке висбрекинга.