Смеситель - турбулизатор
MIXER-TURBULATOR

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для смешения гетерогенных смесей, и может быть использовано в нефтехимической, химической, газовой, нефтеперерабатывающей, коксохимической промышленности и других видах промышленности в процессах абсорбции и экстракции.
Известен (RU патент п.м. №110738, опубл. 27.11.2011) смеситель-турбулизатор, представляющий собой стальную цилиндрическую емкость, снабженную входным и выходным патрубками, встроенными турбулизирующими элементами, представляющими собой перегородки, закрепленные на внутренней поверхности емкости поочередно на противоположных сторонах емкости, с уклоном в направлении движения потока, причем проходное сечение между турбулизирующим элементом и внутренней стенкой емкости максимально приближено к проходному сечению входного патрубка, а диаметр емкости превышает диаметр входного и выходного патрубков не менее чем в два раза.
Известен также (RU патент №2080164, опубл. 27.05.97) многоконусный струйный аппарат в виде герметичной емкости, в которой центрально установлен ряд конусных насадок, последовательно расположенных одна в другой с образованием кольцевого зазора между ними, конусообразного канала для прохода продукта с вершиной со стороны ввода рабочего потока.
Недостатком обоих известных устройств следует признать нестабильность турбулентного потока и обусловленную этим недостаточную эффективность взаимодействия контактирующих гетерогенных потоков.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (RU патент №2298430, опубл. 10.05.2007) турбулентный реактор смешения гетерогенных смесей, содержащий цилиндрический корпус с патрубками для подачи смешиваемых реагентов и расположенными в нем чередующимися коаксиальными вставками, выполненными в форме конфузорно-диффузорных элементов, причем конфузорно-диффузорные элементы установлены с определенным шагом.
Недостатком известного устройства следует признать недостаточную эффективность, обусловленную недостаточной турбулентностью потоков в зоне смешения.
Техническая задача, решаемая с использованием разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента смесителей-турбулизаторов.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции смесителя-турбулизатора, состоит в увеличении значений коэффициентов турбулентной диффузии в каналах, сформированных так, чтобы обеспечить максимальную турбулизацию потока, что обеспечит значительную турбулизацию на выходе смесителя с обеспечением процесса смешения и дробления капель на протяжении одного-трех калибров трубопровода за смесителем.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать смеситель-тубулизатор разработанной конструкции. Смеситель-турбулизатор содержит корпус, в котором выполнена сквозная полость, заполненная вставками, в средней части корпуса между вставками расположен обтекатель, вставки выполнены в форме коаксиальных колец, при этом на внешней и внутренней поверхностях вставок выполнены канавки.
Поток газа с включениями жидкости, проходя через рядом стоящие вставки, возмущается за счет канавок, проточенных на вставках. При этом происходит как разбиение включений жидкости на мелкие составляющие, так и интенсивное перемешивание потока.
Рядом стоящие вставки образуют плавно сужающийся вход и плавно расширяющийся выход, что обеспечивает минимальные потери давления на устройстве. Обтекатель при этом выравнивает поток перед смесителем-турбулизатором. Кроме функции смесителя-турбулизатора разработанное устройство может выполнять функцию абсорбера за счет хорошего перемешивания потоков (например, гликоль и газ с парами воды, когда гликоль абсорбирует воду при осушке природного газа).
Смеситель-турбулизатор предназначен для перемешивания нескольких веществ в любых агрегатных состояниях: газ-газ, жидкость-жидкость, жидкость-газ. В последнем случае жидкость, присутствующая в газовом потоке, дробится на мельчайшие капли (до 4-20 мкм). Отношение расходов смешивающихся компонентов произвольно. Они могут быть соизмеримы или некоторые компоненты могут подаваться в виде присадок, расход которых составляет доли процентов от общего расхода. Хорошее смешение обеспечено за счет высоких значений коэффициентов турбулентной диффузии в каналах, сформированных так, чтобы обеспечить максимальную турбулизацию потока. Значительная турбулизация сохраняется и на выходе смесителя-турбулизатора, поэтому процесс смешения и дробления капель продолжается на протяжении одного-трех калибров трубопровода за смесителем.
В некоторых вариантах реализации на корпусе могут быть расположены два элемента фланцевых соединений, предназначенных для монтажа смесителя-турбулизатора в трубопровод. Однако соединение с трубопроводом может быть выполнено и с использованием патрубков или сварки.
Предпочтительно вставки зафиксированы в корпусе с использованием пилонов. Пилон в данном случае представляет собой многолучевую конструкцию, на лучах которой выполнены канавки для закрепления вставок. Предпочтительно выполнен из химически стойкого материала (полимера или металлического сплава).
Обычно канавки на поверхности вставок располагают перпендикулярно оси корпуса.
Канавки могут быть выполнены произвольной формы (прямоугольные, трехгранные и т.д.), максимально увеличивающей турбулентность потока.
На входе устройства может быть установлена по меньшей мере одна форсунка, что улучшает смесеобразование.
На фиг. 1 приведен общий вид разработанного устройства, при этом использованы следующие обозначения: вставки 1, обтекатель 2, пилон 3, корпус 4; на фиг. 2 приведен вид вставки, на поверхности которой выполнена канавка 5.
Разработанное устройство работает следующим образом.
В природном газе, который подают на компрессоры или турбодетандеры, находятся включения жидкости (конденсата). Жидкость, попадая на поршни компрессора или лопатки турбодетандера, приводит к гидроудару. Смеситель-турбулизатор разбивает жидкость в мелкую пыль, т.е. создает гомогенный поток. Это приводит к стабильной работе компрессоров и турбодетандеров.
При осушении газа разработанный смеситель-турбулизатор используют в качестве средства абсорции воды. Для этого через устройство пропускают природный газ и гликоль. После прохода через разработанный смеситель-турбулизатор смеси природного газа и гликоля образуется турболизированный поток природного газа с парами воды и микрокаплями гликоля, которые абсорбируют пары воды. Затем микрокапли гликоля с абсорбированной водой отделяют от потока газа.
Использование разработанного устройства позволяют увеличить коэффициентов турбулентной диффузии на 22%.