Струйный гидравлический смеситель

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкостей и может быть использована в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Для смешивания жидкостей различной плотности, склонных к расслоению состава, широко используются кавитационные устройства и вихревые смесители различных конструкций.
Известны, например, кавитационные устройства (RU 2202406), которые выполнены в виде трубы с внутренней трубчатой перегородкой, кавитаторы из пластин размещены в кольцевой полости и внутри центральной трубы, а вихревая камера установлена на входе. Известны вихревые смесители, состоящие из двух коаксиально расположенных труб с закручивающими устройствами с противоположными направлениями закрутки во внутренней трубе и межтрубном пространстве (RU 2414283) либо снабженные закручивающим устройством и перфорированной диафрагмой (RU 2091144).
Общим недостатком указанных устройств являются невысокие эффективность и качество получаемой смеси.
Известен также смеситель RU 1375305, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемого компонента и рабочего агента, кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, ориентированными в противоположную сторону относительно отверстий.
К недостаткам известного устройства относятся невысокая степень диспергирования рабочего агента и интенсивность перемешивания жидкостей для получения однородного состава.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является смеситель, включающий цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками. В корпусе последовательно по направлению движения потока установлены встречно направленные вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, которая выполнена в виде цилиндра с цилиндрическими отверстиями или в виде гиперболоида вращения. На выходе из корпуса имеется успокоительная камера в виде набора пластин (RU 2189851, опубл. 27.09.2002, МПК B01F 3/04) - прототип.
Недостаточная интенсивность процесса перемешивания смешиваемого компонента и рабочего агента в конструкции прототипа объясняется тем, что значительная часть энергии затрачивается на внутреннее трение в неперемешанных потоках. В зоне контакта вращающихся потоков, направленных навстречу друг другу, трение оказывает тормозящее влияние на всю их массу, обусловленное различной вязкостью жидкостей, что снижает эффективность перемешивания. Процесс перемешивания при слабой его интенсивности характеризуется нестабильностью и неустойчивостью равновесия противодействующих потоков, а продукты химической реакции смешиваемых жидкостей залипают на внутренней поверхности корпуса.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании смесителя, обеспечивающего повышение эффективности перемешивания.
Технический результат заключается в увеличении интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных затрат энергии.
Технический результат достигается тем, что в струйном гидравлическом смесителе, включающем цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока установлены встречно направленные вихревые камеры смешиваемого компонента и рабочего агента, выполненные в виде тел вращения с тангенциальными каналами. Новым является то, что на выходе вихревой камеры рабочего агента установлена насадка в виде втулки, на внутренней поверхности которой выполнены радиальные пазы, направленные под углом к оси симметрии втулки. Целесообразно радиальные пазы насадки вихревой камеры рабочего агента выполнить в форме усеченного параболоида вращения, а саму насадку - из износостойкого материала.
Полезная модель поясняется выполнением смесителя на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены:
Фиг. 1 - общий вид струйного гидравлического смесителя;
Фиг. 2 - расположение радиальных каналов - пазов насадки в вихревой камере рабочего агента, сечения А-А и В-В на Фиг. 1.
Струйный гидравлический смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены встречно направленные вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти и вихревая камера 3 рабочего агента - воды, а на выходе из корпуса 1 - успокоительная камера 4 в виде набора радиальных колец. Вихревая камера 2 нефти имеет тангенциальные каналы 5 и представляет собой параболоид вращения. Вихревая камера 3 воды, представляющая собой комбинацию цилиндра и усеченной формы эллипсоида вращения с тангенциальными каналами 6, снабжена на выходе насадкой 7 из износостойкого материала. Насадка 7 выполнена в виде фланцевой втулки, на внутренней поверхности которой выполнены радиальные пазы формы усеченного параболоида вращения, расположенные под углом к оси симметрии втулки. Входной патрубок 8 нефти и выходной патрубок 9 смеси расположены на центральной оси корпуса 1, а входной патрубок 10 воды расположен перпендикулярно корпусу 1 смесителя.
Работа смесителя осуществляется следующим образом.
Смешиваемый компонент - поток нефти подается в корпус 1 смесителя через патрубок 8 и, проходя по тангенциальным каналам 5, выполняющими роль начального завихрителя потока, поступает в вихревую камеру 2. Рабочий агент - поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 10, проходя по тангенциальным каналам 6 в вихревую камеру 3, также закручивается. При этом в параболоидной вихревой камере 2 нефти происходит интенсивная турбулентная диффузия потока с получением умеренно закрученной струи. В вихревой камере 3 воды, состоящей из цилиндра и усеченной формы эллипсоида вращения, имеющей меньший диаметр, чем вихревая камера 2 нефти, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. На выходе из камеры 3 поток сильно закрученных ленточных струй воды, проходя через радиальные каналы - пазы насадки 7, разбивается на мелкодисперсные струйки. Потоки нефти и воды из камер 2 и 3 устремляются навстречу друг другу. При этом мелкодисперсные капли воды, соударяясь с нефтью и разрушая эмульсионную оболочку, эффективно и равномерно перемешиваются. Смесь, перемещаясь к выходу из корпуса 1, ударяется о радиальные кольца успокоительной камеры 4, затормаживается, нагревается, домешивается, стабилизируется и выдается из смесителя через выходной патрубок 9.
Технический результат достигается за счет части потенциальной энергии потоков в трубопроводах без дополнительных затрат энергии при любом выполнении вихревых камер в виде тел вращения (цилиндр, эллипс, гиперболоид, параболоид) и при наличии радиальных каналов под углом к оси симметрии втулки, выполненных в насадке, установленной на выходе вихревой камеры рабочего агента.