RU2009710C1

RU2009710C1 - Apparatus for foaming bituminous binder

Info

Publication number: RU2009710C1
Application number: SU915037854A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бабанин; Е.М. Литвин; А.В. Лысенко; Т.М. Слета; А.В. Путилов; В.В. Кочетов; А.П. Левандович; В.Г. Азаров; Ю.С. Козлов; В.Н. Аржанов
Original assignee: Восточный научно-исследовательский углехимический институт
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: jet mixers. SUBSTANCE: apparatus has a hollow cylindrical chamber whose one base has outlet opening for foamed binder. The chamber is provided with two tangential inlet branch pipes for foaming agent and binder. The inlet pipes are inclined to a base of the chamber, which is opposite to the opening, at angle 3-30and provide unidirectional rotation of jets of foaming agent and binder. Inlet pipes has changeable calibrated inserts at the chamber inlet. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к областям, где используют битуминозные связующие для смешивания с твердыми наполнителями: углями при производстве бытовых брикетов и брикетов для коксования, углесодержащими веществами в производстве электродных и анодных масс, минеральными наполнителями в дорожном строительстве и производстве огнеупоров и др. The invention relates to areas where bituminous binders are used for mixing with solid fillers: coals in the production of household briquettes and briquettes for coking, carbon-containing substances in the production of electrode and anode masses, mineral fillers in road construction and the manufacture of refractories, etc.

Устройство для вспенивания должно обеспечивать достаточное смешивание битуминозного связующего с пенообразователем (чтобы все связующее перешло во вспененное состояние и весь пенообразователь испарился) и получение качественной пены (высокой кpатности и стабильности) на выходе при подаче на смешение с твердым наполнителем. The foaming device should ensure sufficient mixing of the bituminous binder with the foaming agent (so that the whole binder goes into a foamed state and the entire foaming agent evaporates) and obtaining high-quality foam (high crust and stability) at the outlet when fed to mixing with a solid filler.

Известны различные типы смесительных устройств; со спиралевидными поверхностями элементов и сквозными отверстиями [1] , со смесительными элементами из плоских граней [2] и с плоскими хвостовиками [3] , с элементами в цилиндрических или конических гильзах [4] , с корпусом призматической формы и винтовыми элементами [5] , с винтовыми элементами на центральной трубе [6] . Various types of mixing devices are known; with spiral surfaces of the elements and through holes [1], with mixing elements made of flat faces [2] and with flat shanks [3], with elements in cylindrical or conical sleeves [4], with a prismatic housing and screw elements [5], with screw elements on the central pipe [6].

При всей привлекательности и малогабаритности указанных устройств они сложны конструктивно, в них не регулируются скорости потоков, что не позволяет постоянно поддерживать оптимальные условия смешивания связующего и пенообразователя, то есть получать качественную пену на выходе. Despite the attractiveness and small size of these devices, they are structurally complex, the flow rates are not regulated in them, which does not allow us to constantly maintain optimal conditions for mixing the binder and foaming agent, that is, to obtain high-quality foam at the exit.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для вспенивания битуминозного связующего в виде центробежно-струйной форсунки, представляющую собой пустотелую цилиндрическую камеру, одно основание в которой имеет выходное отверстие для вспененного связующего, и присоединение к камере, два входных патрубка - центральный (осевой) и тангенциальный [7, с. 39] . Часть связующего, уже содержащего пенообразователь, подается по тангенциальному входному патрубку в камеру, образуя вращающийся поток, а другая часть связующего поступает через центральный патрубок, образуя сплошную струю. Вращающаяся часть связующего взаимодействует с центральной струей, закручивая ее. При этом создается единый поток связующего, который образует факел в виде сплошного конуса. Closest to the claimed is a device for foaming a bituminous binder in the form of a centrifugal jet nozzle, which is a hollow cylindrical chamber, one base of which has an outlet for a foamed binder, and connection to the chamber, two inlet pipes - central (axial) and tangential [ 7, p. 39]. Part of the binder, already containing a foaming agent, is fed through the tangential inlet pipe into the chamber, forming a rotating flow, and the other part of the binder enters through the central pipe, forming a continuous stream. The rotating part of the binder interacts with the central jet, twisting it. This creates a single binder flow, which forms a torch in the form of a continuous cone.

Недостатки известной конструкции заключается в том, что, во-первых, в ней не регулируются скорости потоков связующего и пенообразователя, которые колеблются в широких пределах при изменении расхода связующего, его вида, температуры и др. , а в результате не обеспечиваются оптимальные условия смешивания и максимальная кратность вспенивания, во-вторых, при взаимодействии вращающейся и центральной струй недостаточно эффективно смешивание связующего и пенообразователя, в-третьих, недостаточное (для испарения пенообразователя и максимального вспенивания) время смешивания, в-четвертых, при подаче пенообразователя в связующее до входа в устройство возможно вспенивание перед устройством, что приводит к частичному разрушению в последнем образовавшихся пузырьков пены. The disadvantages of the known design is that, firstly, it does not regulate the flow rates of the binder and foaming agent, which vary widely with a change in the flow rate of the binder, its type, temperature, etc., and as a result, optimal mixing conditions and maximum foaming ratio, secondly, when the rotating and central jets interact, mixing of the binder and foaming agent is not effective enough, and thirdly, insufficient (for the evaporation of the foaming agent and th frothing) mixing time, and fourthly, when applying the foaming agent in the binder prior to entering the foaming unit may front device that results in partial destruction of the latter formed foam bubbles.

Целью изобретения является повышение кратности получаемой пены за счет улучшения смешивания пенообразователя со связующим. The aim of the invention is to increase the multiplicity of the resulting foam by improving the mixing of the foaming agent with a binder.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вспенивания битуминозного связующего, содержащем пустотелую цилиндрическую камеру, одно основание которой имеет выходное отверстие для вспенивания связующего, и присоединенные к камере два входных патрубка, из которых один установлен тангенциально к камере, согласно изобретению, входные патрубки выполняют со сменными калибровочными вставками на входе в камеру, второй входной патрубок устанавливают тангенциально к камере с однонаправленным по отношению к первому патрубку вращением струй и оба патрубка располагают под углом от 3 до 30 градусов к основанию камеры, противоположному выходному отверстию. This goal is achieved in that in a device for foaming a tar binder containing a hollow cylindrical chamber, one base of which has an outlet for foaming the binder, and two inlet pipes attached to the chamber, of which one is installed tangentially to the chamber, according to the invention, the inlet pipes perform with replaceable calibration inserts at the inlet to the chamber, the second inlet nozzle is installed tangentially to the chamber with unidirectional relative to the first nozzle iem jet nozzle and both at an angle of 3 to 30 degrees to the base of the chamber opposite the outlet.

Наличие сменных калиброванных вставок на входе в камеру позволяет, подавая в один входной патрубок связующее, а в другой пенообразователь, поддерживать постоянные скорости связующего в камере, обеспечивающие оптимальные условия смешивания и максимальную кратность вспенивания вне зависимости от изменений расхода связующего, его вида, температуры, вязкости и расхода пенообразователя. Одновременно исключается возможность вспенивания до поступления в камеру. The presence of replaceable calibrated inserts at the inlet to the chamber allows, by supplying a binder and a foaming agent to one inlet, to maintain constant speeds of the binder in the chamber, ensuring optimal mixing conditions and the maximum expansion rate regardless of changes in binder flow rate, type, temperature, viscosity and foaming agent consumption. At the same time, the possibility of foaming before entering the chamber is excluded.

Тангенциальный вход связующего и пенообразователя в камеру и однонаправленность вращения первоначально обеспечивает взаимодействие струй при характере движения, близком к ламинарному. Продолжительность этого движения определяется углом наклона входных патрубков: при угле менее 3^о продолжительность этого этапа слишком велика, что снижает интенсивность перемешивания струй, а при более чем 30^о, струи по существу не успевают вступить во взаимодействие. Поэтому оптимальным является интервал 3-30^о.The tangential entry of the binder and foaming agent into the chamber and the unidirectionality of rotation initially ensures the interaction of the jets with a character of movement close to laminar. The duration of this movement is determined by the angle of inclination of inlets: 3 at an angle of less than ^about the duration of this phase is too high, which reduces the intensity of mixing jets, and at more than ³⁰ °, the jet is substantially no time to start reacting. Therefore, the optimal range is 3-30 ^about .

Затем, благодаря заданному наклону входных патрубков, струи, перемещаясь к задней стенке, ударяются о нее. В результате резко турбулизируется поток, происходит интенсивное смешивание, которое продолжается, когда поток, сохраняя вращательное движение, направляется к выходному отверстию. Благодаря удлиненной траектории движения смеси (к задней стенке, а затем к выходу) и вращению возрастает время контакта связующего и пенообразователя, что приводит к повышению кратности вспенивания, и из выходного отверстия пена выходит в виде сплошного факела. Then, due to a given inclination of the inlet pipes, the jets, moving to the rear wall, hit it. As a result, the flow is sharply turbulized, intensive mixing takes place, which continues when the flow, while maintaining a rotational movement, is directed to the outlet. Due to the elongated trajectory of the mixture (to the back wall, and then to the exit) and rotation, the contact time of the binder and the foaming agent increases, which leads to an increase in the rate of foaming, and the foam leaves the outlet as a continuous flare.

Сопоставительный анализ с прототипом выявил наличие отличительных признаков и, следовательно, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype revealed the presence of distinctive features and, therefore, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для вспенивания битуминозных связующих; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a general view of a device for foaming bituminous binders; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1.

Устройство представляет пустотелую цилиндрическую камеру 1, в которой основание 2 имеет выходное отверстие 3 с патрубком для выхода пены, в противоположное связующее основание 4 является глухой торцовой стенкой. Камера 1 имеет два входных патрубка для подачи связующего 5 и пенообразователя 6. Оба патрубка подведены тангенциально, обеспечивают однонаправленное вращение струй (см. фиг. 2) и расположены под углом от 3 до 30^о к основанию 4. В обоих патрубках на входе в камеру установлены сменные калиброванные вставки 7, которые крепятся внутри патрубков или наружных фланцах 8.The device is a hollow cylindrical chamber 1, in which the base 2 has an outlet 3 with a nozzle for the exit of foam, in the opposite connecting base 4 is a blind end wall. The camera 1 has two inlet nozzle for supplying the binder 5 and 6. Both foamer nozzle summed tangentially jets provide unidirectional rotation (see. Fig. 2) and are angled from 3 to 30 ^of the base 4. In both nozzles at the chamber inlet replaceable calibrated inserts 7 are installed, which are mounted inside the pipes or outer flanges 8.

Устройство работает следующим образом. В цилиндрическую камеру 1 через входной патрубок 5 под давлением подается связующее. Если для данной камеры оптимальная скорость связующего на входе, обеспечивающая максимальную кратность вспенивания, составляет 5 м/с, то при производительности по связующему 3,5 т/ч устанавливают сменную калиброванную вставку 7 с диаметром проходного сечения 16 мм. При увеличении (уменьшении) производительности заменяют вставку (например, при 5 т/ч - диаметр 19 мм), устанавливая повышенное (пониженное) проходное сечение соответственно. В результате вне зависимости от расхода и характеристик связующего постоянно поддерживают оптимальные условия (скорость, время смешения, и др. ) смешивания связующего и пенообразователя. Одновременно появляется возможность работать при разной производительности без значительных изменений давления связующего, поскольку при увеличении (уменьшении) расхода соответственно возрастает (снижается) проходное сечение калиброванной вставки, а следовательно, уменьшается (повышается) ее гидравлическое сопротивление. The device operates as follows. In the cylindrical chamber 1 through the inlet pipe 5, a binder is supplied under pressure. If for this chamber the optimal speed of the binder at the entrance, providing the maximum expansion rate, is 5 m / s, then with a binder productivity of 3.5 t / h, a replaceable calibrated insert 7 with a passage diameter of 16 mm is installed. With an increase (decrease) in productivity, the insert is replaced (for example, at 5 t / h - a diameter of 19 mm), setting a higher (lower) flow area, respectively. As a result, regardless of the flow rate and characteristics of the binder, optimal conditions (speed, mixing time, etc.) of mixing the binder and foaming agent are constantly maintained. At the same time, it becomes possible to work at different capacities without significant changes in the pressure of the binder, since with an increase (decrease) in flow rate, the cross-section of the calibrated insert increases (decreases) and, therefore, its hydraulic resistance decreases (increases).

Одновременно со связующим в камеру 1 через тангенциально расположенный входной патрубок 6 вводится пенообразователь. Скорость его истечения в камеру поддерживается постоянной за счет регулирования сменными калиброванными вставками. Таким образом, вне зависимости от расхода пенообразователя также поддерживаются оптимальные условия смешивания. Simultaneously with the binder, a foaming agent is introduced into the chamber 1 through a tangentially located inlet pipe 6. The rate of its outflow into the chamber is maintained constant due to the regulation of replaceable calibrated inserts. Thus, regardless of the flow rate of the blowing agent, optimal mixing conditions are also maintained.

Тангенциальные вводы связующего и пенообразователя и однонаправленность вращения потоков обеспечивает их совместное движение и перемешивание в стабильных условиях, а наклон входных патрубков от 3 до 30^о направляет совместный вращающийся вдоль стенок камеры поток в сторону основания, противоположного выходному отверстию. Это удлиняет путь, проходимый потоком в устройстве, и время смешивания связующего с пенообразователем, что, как известно, повышает кратность вспенивания связующего.The tangential entries of the binder and foaming agent and the unidirectional rotation of the flows ensure their joint movement and mixing under stable conditions, and the inclination of the inlet pipes from 3 to 30 ^° directs the joint flow rotating along the walls of the chamber toward the base opposite the outlet. This lengthens the path traveled by the flow in the device and the mixing time of the binder with a foaming agent, which, as you know, increases the rate of foaming of the binder.

После удара потока об основание 4 камеры, противоположной выходному отверстию, поток резко турбулизируется, изменяется его направлению движения (к выходному отверстию 3), что способствует интенсивному перемешиванию и испарению пенообразователя, что также повышает кратность вспенивания. After the flow hits the base 4 of the chamber, opposite the outlet, the flow sharply turbulizes, changes its direction of movement (to the outlet 3), which contributes to intensive mixing and evaporation of the foaming agent, which also increases the rate of foaming.

Использование описанного устройства для вспенивания битуминозных связующих позволяет получить вспененное связующее с кратностью и стабильностью на 25-40% выше, чем в устройстве известной конструкции по прототипу. Это позволяет на 10-15% сократить время смешивания вспененного связующего с наполнителем и на 3-5% уменьшить расход связующего при сохранении качества получаемой смеси (большие цифры относятся к высоковязким связующим). (56) 1. Патент США N 3286992, кл. 259-4, 1963. The use of the described device for foaming bituminous binders allows to obtain a foamed binder with a multiplicity and stability of 25-40% higher than in the device of known construction according to the prototype. This allows you to reduce the mixing time of the foamed binder with the filler by 10-15% and reduce the binder consumption by 3-5% while maintaining the quality of the resulting mixture (large numbers refer to highly viscous binder). (56) 1. U.S. Patent No. 3,286,992, cl. 259-4, 1963.

2. Патент США N 3643927, кл. В 01 F 15/02, 1972. 2. US patent N 3643927, CL B 01 F 15/02, 1972.

3. Патент ФРГ N 2058071, кл. В 01 F 5/00, 1974. 3. The patent of Germany N 2058071, cl. B 01 F 5/00, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР N 504549, кл. В 01 F 5/06, 1976. 4. Copyright certificate of the USSR N 504549, cl. B 01 F 5/06, 1976.

5. Заявка Франции N 2311577, кл. В 01 F 5/00, 1977. 5. Application of France N 2311577, cl. B 01 F 5/00, 1977.

6. Патент США N 4049241, кл. В 01 F 15/02, 1977. 6. US patent N 4049241, CL. B 01 F 15/02, 1977.

7. Першин М. Н. , Баринов Е. Н. Кореновский Г. В. Вспененные битумы в дорожном строительстве. М. : Транспорт, 1989. с. 80. 7. Pershin M. N., Barinov E. N. Korenovsky G. V. Foamed bitumen in road construction. M.: Transport, 1989. 80.

Claims

DEVICE FOR FOAMING A BITUMINOUS BINDER containing a hollow cylindrical chamber, one of the bases of which has an outlet opening for a foamed binder, and two inlet pipes connected to the chamber, there is one inlet fitting for a binder and foam bore, interchangeable calibrated inserts at the entrance to the camera, the second input pipe is installed tangentially to the camera with unidirectional rotation of the jets with respect to the first pipe and both pa Deforestation paspolozheny an angle of 3 - 30 ^o to the base kamepy, ppotivopolozhnomu output otvepstiyu.