УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ И РАСТВОРОВ
DEVICE FOR PREPARING MIXES AND SOLUTIONS

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и может быть использовано, например, в нефтяной промышленности для приготовления газожидкостной смеси (ГЖС) - пены, эмульсии или суспензии необходимой, физически возможной степени дисперсности.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков является газожидкостной диспергатор /Патент РФ №64938, В01F 5/06, 27.07/2007/, включающий корпус кольцевого сечения с установленным в нем набором штуцеров, причем проходные сечения в штуцерах выполнены с эксцентриситетом каждый относительно соседнего. Количество камер диспергирования и перемешивания, образованных соседними штуцерами, предпочтительно не менее пяти. Вход в корпус оборудован тройником для подачи смешиваемых сред.
Данное устройство, пригодное также и для приготовления эмульсий и суспензий, позволяет изменять дисперсность приготовляемой смеси, но только путем изменения расходов смешиваемых сред; также устройство-прототип пригодно и для получения растворов, однако скорость растворения в устройстве-прототипе фиксированная.
Недостатком известного устройства является невозможность во время рабочего процесса приготовления смеси изменять ее дисперсность, а во время приготовления раствора - невозможность изменять скорость растворения вплоть до прекращения процесса приготовления смеси или раствора без изменения расходов смешиваемых сред. В то же время в технологическом процессе, для которого приготовляется смесь или раствор, может возникнуть необходимость прекращения подачи ГЖС, эмульсии или суспензии данной дисперсности без изменения расхода компонентов смеси; в отношении раствора может возникнуть необходимость увеличения или уменьшения скорости/времени растворения без изменения расхода компонентов раствора.
С другой стороны, к недостаткам прототипа относится невозможность поддержания постоянной дисперсности смеси при необходимости изменения расхода, например при переходе с режима циркуляции в скважине смеси на режим закачки смеси в пласт (например, пласт оказывает значительное сопротивление фильтрации смеси по сравнению с потерями на трение при циркуляции в скважине). В отношении приготовления раствора, соответственно к недостаткам прототипа относится невозможность поддержания постоянной скорости растворения /времени растворения при изменяющемся расходе смешиваемых сред.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в создании высокоэффективного устройства для получения ГЖС, эмульсий и суспензий с возможностью изменения дисперсности, а также растворов с возможностью регулирования скорости/времени растворения без изменения расхода компонентов смеси или раствора, с одной стороны, а, с другой стороны, устройства для получения ГЖС, эмульсий и суспензий с возможностью поддержания при необходимости постоянной дисперсности, а также растворов с возможностью поддержания постоянной скорости/времени растворения при изменении расхода.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения смесей и растворов, включающем корпус и штуцирующий элемент, содержится перемещаемый в корпусе сердечник, а штуцирующий элемент или штуцирующие элементы установлены на сердечнике и/или в корпусе. Штуцирующие элементы могут быть установлены различной формы и размера. Корпус может иметь переменное сечение.
Варианты предлагаемого устройства предполагают таким образом установку одного или нескольких штуцирующих элементов только на перемещаемом сердечнике или только в корпусе, или и в корпусе и на сердечнике.
Для альтернативы заявляемого устройства, когда штуцирующий элемент или штуцирующие элементы установлены на сердечнике, кроме указанного технического результата, обеспечена также возможность полного отключения устройства при необходимости непосредственно в технологическом процессе без прекращения подачи смешиваемых компонентов.
Наиболее существенное влияние на достижение технического результата, связанного с возможностью получения смеси необходимой - изменяющейся или постоянной дисперсности или раствора в течение необходимого времени при изменяющемся или постоянном расходе, оказывает признак «перемещаемый в корпусе сердечник».
По мере введения сердечника в корпус независимо от места расположения штуцирующего элемента или элементов изменяется гидравлическое сопротивление устройства за счет изменения, например, количества и/или объема камер смешивания, площади проходного сечения устройства или их взаимной комбинации; как следствие изменяется рабочий объем устройства и/или скорость потока через устройство; в результате изменяется дисперсность приготовляемой смеси или изменяется время приготовления раствора. Перемещая сердечник, управляем степенью дисперсности приготовляемой смеси или временем приготовления раствора, т.е можем их изменять, при постоянном расходе. С другой стороны, чтобы обеспечить постоянную дисперсность смеси или постоянную скорость/время приготовления раствора при изменяющемся расходе, необходимо и достаточно поддерживать постоянный перепад давления в устройстве, также перемещая соответствующим образом сердечник.
На фигурах представлены возможные варианты конструкции устройства.
Здесь:
1 - корпус;
2 - перемещаемый сердечник;
3 - штуцирующий элемент;
4 - шток винтовой;
5 - гайка.
В устройство могут подаваться как компоненты смеси или раствора, так и предварительно подготовленная смесь или, например, концентрат раствора, причем в любом направлении.
На фиг.1-9 представлены варианты устройства с расположением штуцирующих элементов на перемещаемом сердечнике, штуцирующие элементы могут быть различной формы и размера, что влияет на скорость потока, объем камер смешивания, на турбулизацию потока в камерах смешивания и, как следствие, на дисперсность приготовляемой смеси или на время приготовления раствора.
На фиг.1-5 представлены варианты устройства с постоянным сечением корпуса.
На фиг.5 в отличие, например, от фиг.3 штуцирующие элементы установлены на сердечнике конической формы, что позволяет задавать объем камер смешивания и задавать таким образом разные режимы турбулизации в одном устройстве.
На фиг.6-9 представлены варианты устройства с переменным сечением корпуса (фиг.8 иллюстрирует устройство в отключенном состоянии, когда сердечник выведен за пределы корпуса устройства и находится вне потока). Переменное сечение корпуса позволяет в очень широких пределах изменять скорость потока и, как следствие, степень дисперсности получаемой смеси или, соответственно, время приготовления раствора при незначительном перемещении сердечника в корпусе.
На фиг.10 представлен вариант устройства с постоянным сечением корпуса и расположением штуцирующих элементов в нем, причем сердечник имеет также постоянное сечение, но увеличенный размер сердечника по фиг.10 в отличие от сердечника по фиг.1 уменьшает объем камер смешивания.
На фиг.11-13 представлены варианты устройства с расположением штуцирующих элементов как в корпусе, так и на сердечнике, что позволяет турбулизировать поток в камерах смешивания как со стороны корпуса, так и со стороны сердечника, что повышает интенсивность процесса получения и смеси, и раствора. Устройство по фиг.13 с изменяющимся сечением корпуса, изменяющимся сечением сердечника и изменяющейся формой и размером штуцирующих элементов, расположенных как в корпусе, так и на сердечнике, позволяет наиболее эффективно реализовывать кинетическую энергию потока в процесс диспергирования смеси или, соответственно, в процесс растворения.
Работа устройства по фиг.13 осуществляется следующим образом.
Вариант 1 - когда требуется изменять дисперсность смеси при постоянном расходе. Для увеличения дисперсности независимо от направления движения потока необходимо посредством гайки 5 и винтового штока 4 переместить сердечник 2 вглубь корпуса 1 устройства; для снижения дисперсности - произвести обратные действия.
Вариант 2 - когда требуется изменять скорость/время приготовления раствора при постоянном расходе. Для увеличения скорости /сокращения времени/ приготовления раствора независимо от направления движения потока необходимо посредством гайки 5 и винтового штока 4 переместить сердечник 2 вглубь корпуса 1 устройства; для снижения скорости /увеличения времени/ приготовления раствора - произвести обратные действия.
Вариант 3 - когда требуется поддерживать постоянную дисперсность смеси при изменяющемся расходе. Для поддержания постоянной дисперсности независимо от направления движения потока необходимо и достаточно переместить сердечник 2 посредством гайки 5 и винтового штока 4 в положение, при котором перепад давления между входом и выходом корпуса 1 устройства будет соответствовать перепаду давления ΔР (фиг.13) до изменения расхода.
Вариант 4 - когда требуется поддерживать постоянную скорость/время приготовления раствора при изменяющемся расходе. Для поддержания постоянной скорости/времени приготовления раствора независимо от направления движения потока необходимо и достаточно переместить сердечник 2 посредством гайки 5 и винтового штока 4 в положение, при котором перепад давления между входом и выходом корпуса 1 устройства будет соответствовать перепаду давления ΔР (фиг.13) до изменения расхода.