УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЖИДКОФАЗНЫХ СРЕД

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и перемешивания потоков жидкофазных сред и может быть использовано для гомогенизации тяжелых нефтяных видов топлива, используемых в промышленности и теплоэнергетике, а также для интенсификации технологических процессов в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.
Известен ультразвуковой смеситель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, цилиндрическую камеру с излучателями, выполненными в виде последовательно установленных по спирали Архимеда лопаток, образующих каналы (авторское свидетельство №316482, В 06 В 1/20, 1971 г.).
Известный ультразвуковой смеситель не обеспечивает требуемого качества перемешивания диспергирования и гомогенизации обрабатываемой среды, т.к. обрабатываемый поток подвергается одноразовому кавитационному воздействию.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков присущих изобретению, является гидродинамический излучатель вихревого типа, состоящий из корпуса и средств, обеспечивающих создание вращающихся потоков жидкости, выполненных в виде коаксиально расположенных элементов с винтовыми пазами и расположенных с возможностью образования кольцевых каналов (авторское свидетельство №410823, В 06 В 1/20, 1972 г.).
Известное устройство также не обеспечивает требуемого качества диспергирования и перемешивания, так как обрабатываемый поток подвергается одноразовому кавитационному воздействию, вследствие чего происходит неравномерное распределение частиц потоков и получение частиц крупных фракций, помимо этого нет возможности обеспечения регулировки производительности.
В основу заявленного изобретения положена задача обеспечить многостадийное ультразвуковое воздействие на обрабатываемый поток с многократным изменением направления и одновременным обеспечением возможности регулировки объемов обрабатываемого потока, что в свою очередь позволит увеличить степень диспергирования и гомогенизации обрабатываемого потока и регулировать производительность процесса обработки.
Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для диспергирования потоков жидкофазных сред, содержащее корпус с рабочей камерой и входным и выходным патрубками, и излучатель, который выполнен в виде цилиндрического распределителя, установленного внутри рабочей камеры корпуса, и турбулизирующего элемента, установленного внутри распределителя с возможностью образования винтовых каналов, снабжено дополнительным составным излучателем с серповидными лопатками, имеющими форму части Архимедовой спирали, расположенными оппозитно друг другу, с возможностью образования плунжерной пары с каналами в зоне входного патрубка и обеспечения бесступенчатого изменения площади поперечного сечения последних, и рассекателем, который установлен внутри распределителя между турбулизирующим элементом и дополнительным излучателем, при этом распределитель установлен с возможностью образования с рабочей поверхностью корпуса в зоне дополнительного излучателя кавитационной камеры и выполнен с тангенциальными отверстиями, расположенными по его окружности, с возможностью обеспечения направления обрабатываемого потока на рассекатель.
Оптимально распределитель выполнить с возможностью перемещения относительно корпуса, а дополнительный излучатель установить на торце распределителя с возможностью поворота относительно продольной оси последнего.
Допустимо на внутренней поверхности рабочей камеры корпуса в зоне кавитационной камеры выполнить средства торможения потока в виде пазов.
Целесообразно устройство снабдить средством фиксации распределителя относительно корпуса.
На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для диспергирования;
На фиг.2 разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 изображена зона подвода обрабатываемого потока.
Устройство для диспергирования жидкофазных сред содержит корпус 1 (выполнен из трех составных частей) с входным патрубком 2 для подвода обрабатываемого потока и выходным патрубком 3. Внутри корпуса 1 расположены: излучатель, выполненный в виде цилиндрического распределителя 4 и установленного внутри него турбулизирующего элемента 5, дополнительный излучатель б и рассекатель 7.
Распределитель 4 установлен, с возможностью перемещения относительно корпуса 1. Дополнительный излучатель 6 выполнен из элементов 8 и 9 с серповидными лопатками 10, имеющими форму части Архимедовой спирали и оппозитно друг другу, образуя плунжерную пару с межлопаточными каналами 11 (фиг.3). Элемент 8 излучателя 6, в данном конкретном исполнении, может быть расположен на торце распределителя 4 с
возможностью вращения относительно его продольной оси, а другой элемент 9 - на торце корпуса 1 в зоне входного патрубка 2, образуя камеру 12. Отверстия 13 выполнены под углом к поперечной оси распределителя 5 (тангенциальными), таким образом, что их суммарная площадь не превышает площади поперечного сечения кавитационной камеры 14, образованной распределителем 4 и рабочей поверхностью корпуса 1 в зоне дополнительного излучателя б и отверстий 13.
Внутри распределителя 4 расположен турбулизирующий элемент 5 и рассекатель 7. Турбулизирующий элемент 5 и рассекатель 7 могут быть выполнены как один конструктивный элемент. Турбулизирующий элемент 5 выполнен в виде Архимедова винта, образуя с внутренней поверхностью распределителя винтовой канал 16, площадь которого не превышает площади поперечного сечения распределителя 4.
Устройство также снабжено средством фиксации распределителя 4 относительно корпуса 1, выполненным в виде стопорного винта 17.
Устройство для диспергирования жидкофазных сред работает следующим образом.
Поток обрабатываемой жидкости через входной патрубок 2 попадает в цилиндрическую камеру 12, затем резко, меняя направление - в межлопаточное каналы 11, где под острым углом направляется на стенки серповидных лопаток 10. Резкое изменение направления потока жидкости приводит к гидравлическому сопротивлению, что приводит к резонансному колебанию дополнительного излучателя б. Дополнительный излучатель 6, являясь гидродинамической резонансной системой, обеспечивает преобразование энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний широкого спектра частот. Акустические колебания вызывают ряд эффектов, среди которых - диспергирование и гомогенизация жидкости и возникновение акустической кавитации.
На выходе из излучателя 6, за счет разности давления происходит срыв потока, вследствие чего - взрыв микрочастиц, который переходит в ультразвуковую волну. Помимо этого, попадая из межлопаточных каналов 11 в пазы 15 кавитационной камеры 14 происходит завихрение части обрабатываемого потока и его торможение, благодаря этому внутри кавитационной камеры 14 возникают турбулентные вихревые течения, на осях которых образуются кавитационные каверны (пузырьки). Схлопывание кавитационных пузырьков сопровождается гидравлическими ударными давлениями, звуковыми импульсами и микропотоками большой скорости. Перемещаясь далее в кавитационной камере 14, обрабатываемый поток попадает в щелевидные окна 13 распределителя 4, суммарная площадь которых не превышает площади поперечного сечения камеры 14. За счет сужения проходного сечения скорость обрабатываемого потока увеличивается, давление падает. Данное конструктивное выполнение элементов
генератора позволяет создать за окнами 13 турбулентные зоны кавитации, что в свою очередь позволяет повторно подвергнуть обрабатываемый поток ультразвуковой обработке.
Затем, перемещаясь в канале 18 распределителя 4, обрабатываемый поток попадает сначала на рассекатель 7, а потом в винтовой канал 16. За счет того, что площадь винтового канала 16 меньше площади поперечного сечения распределителя 4 (происходит завихрение ускоренного потока), и на выходе канала 16 образуются зоны кавитации. Помимо этого, в зоне винтового канала 16 происходит качественное перемешивание потока, превращая его в гомогенную смесь.
Таким образом, при прохождении через гидродинамический кавитационно-акустический генератор, обрабатываемый поток, помимо воздействия акустических колебаний широкого диапазона частот, неоднократно подвергается воздействию кавитационной обработке, благодаря чему, на выходе из генератора получаем качественно перемешанный поток гомогенной структуры мелкодисперсной фракции.
Установка распределителя 4 с возможностью перемещения относительно продольной оси корпуса 1 и дополнительного излучателя б - на торце распределителя 4 с возможностью поворота относительно продольной оси последнего, позволяет осуществить в процессе обработки бесступенчатую регулировку объемов обрабатываемых потоков.
Выполнение на внутренней поверхности рабочей камеры корпуса 1 в зоне кавитационной камеры 14 пазов 15 позволяет осуществлять торможение части обрабатываемого потока, исходящего из дополнительного излучателя 6, посредством чего создаются дополнительные зоны кавитации.
Винт 17 позволяет зафиксировать распределитель 4 относительно корпуса 1 после осуществления регулировки объема обрабатываемого потока.
Теплотехнические испытания предложенного устройства показали, что благодаря уменьшению размера капель и времени их пребывания в топке снижаются потери от химического недожога топлива. Мелкое распыление смолистых соединений и равномерное их распределение в мазуте обеспечивает более полное сгорание частиц углерода и тяжелых углеводородов без копоти и сажевыделения, что позволяет уменьшить потери тепла от механического недожога топлива и увеличивает лучеиспускательную способность факела.
Кроме того, в устройстве для диспергирования жидкофазных сред под воздействием многостадийной кавитационной обработке и ультразвуку происходит дробление твердых включений (механические примеси и твердые продукты уплотнения
смолисто-асфальтного характера), за счет чего увеличивается срок службы топливных фильтров и насосов.
Таким образом, заявленное изобретение может быть использовано в различных областях техники, в частности, для диспергирования и перемешивания потоков жидкофазных сред.