RU2600998C1

RU2600998C1 - Hydraulic jet mixer

Info

Publication number: RU2600998C1
Application number: RU2015136071/05A
Authority: RU
Inventors: Виль Файзулович Галиакбаров; Эмилия Вильевна Галиакбарова; Булат Ахметович Яхин
Original assignee: Виль Файзулович Галиакбаров; Эмилия Вильевна Галиакбарова
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-10-27

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to mixing devices for mixing fluid flows and can be used in different branches of national economy, mainly in chemical, oil and oil processing industries. Hydraulic jet mixer comprises a cylindrical casing with inlet and outlet pipes in which vortex chambers of mixed component and working agent with tangential channels are arranged successively and in the direction of the flow, such vortex chambers being made in the form of solids of revolution, and a damping chamber. Vortex chamber of mixed component is equipped with a flow guide partition that is installed under the tangential channels and represents a cone with its vertex directed to the outlet of the chamber. To enhance the effect of dispersion the vortex chamber of mixed component is made in the form of a paraboloid of revolution, and the vortex chamber of the working agent is made in the form of a truncated ellipsoid of rotation, wherein the tangential channels of the vortex chambers have the identical flow swirling direction.

EFFECT: technical result consists in increasing the intensity of dispersion of interacting components/agents and uniform distribution thereof to produce a homogeneous mixture without additional power consumption.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкостей и может быть использовано в разных отраслях народного хозяйства, преимущественно в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.The invention relates to mixing devices for mixing fluid flows and can be used in various sectors of the economy, mainly in the chemical, oil and oil refining industries.

В настоящее время для смешивания жидкостей разной плотности и склонных к расслоению состава широко используются кавитационные устройства и вихревые смесители различных конструкций.Currently, cavitation devices and vortex mixers of various designs are widely used to mix liquids of different densities and prone to delamination.

Известны кавитационные устройства по патентам US 3743250, 4043539, имеющие множество отклоняющих поток приспособлений для образования вихревого потока с разделением его на части и последующим объединением. Для формирования кавитационных струй, например, в многокамерных устройствах предусмотрены средства для создания разных давлений в камерах, в результате чего пузырьки жидкости на выходе из одной камеры схлопываются в другой камере (US 5971601). В кавитационном устройстве RU 2202406, выполненном в виде трубы с внутренней трубчатой перегородкой, кавитаторы из пластин размещены в кольцевой полости и внутри центральной трубы, а вихревая камера установлена на входе.Known cavitation devices according to patents US 3743250, 4043539, having many deflecting devices for the formation of a vortex stream with its separation into parts and subsequent association. For the formation of cavitation jets, for example, in multi-chamber devices, means are provided for generating different pressures in the chambers, as a result of which the liquid bubbles at the outlet of one chamber collapse in another chamber (US 5971601). In the cavitation device RU 2202406, made in the form of a pipe with an internal tubular partition, cavitators made of plates are placed in the annular cavity and inside the central pipe, and the vortex chamber is installed at the inlet.

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).Vortex mixers are known, consisting of two coaxially arranged pipes with swirling devices with opposite swirling directions in the inner pipe and annular space (RU 2414283), or equipped with a swirling device and a perforated diaphragm (RU 2091144).

Общим недостатком указанных устройств является невысокая их эффективность и качество получаемой смеси.A common disadvantage of these devices is their low efficiency and the quality of the resulting mixture.

Известен смеситель RU 1375305, конструктивно и функционально приближенный к заявляемому объекту, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемого компонента и рабочего агента и кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, которые ориентированы в противоположную сторону относительно отверстий.Known mixer RU 1375305, structurally and functionally close to the claimed object, which has a housing with nozzle input of the mixed component and the working agent and annular collectors with tangentially directed holes and tangentially directed nozzles that are oriented in the opposite direction relative to the holes.

К недостаткам известного устройства относятся невысокая степень диспергирования рабочего агента и интенсивность перемешивания жидкостей для получения однородного состава.The disadvantages of the known devices include the low degree of dispersion of the working agent and the intensity of mixing liquids to obtain a homogeneous composition.

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 соосно установлены вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, выполненная в виде цилиндра с цилиндрическими отверстиями или в виде гиперболоида вращения. На выходе корпуса выполнена успокоительная камера в виде набора пластин (RU 2189851, МПК B01F 3/04, опубл. 27.09.2002) - прототип.Closest to the claimed device in technical essence and the achieved result is a mixer comprising a cylindrical body with inlet and outlet pipes. The vortex chamber of the component to be mixed with tangential channels and the vortex chamber of the working agent with tangential channels, made in the form of a cylinder with cylindrical openings or in the form of a rotation hyperboloid, are coaxially mounted in the housing in series with the direction of flow. At the exit of the casing there was a soothing chamber in the form of a set of plates (RU 2189851, IPC B01F 3/04, published on 09.27.2002) - a prototype.

Недостатки прототипа связаны с невысокой степенью диспергирования смешиваемого компонента и эффективностью перемешивания жидкостей для получения качественной смеси. Недостаточная интенсивность процесса перемешивания обусловлена тем, что часть энергии в прототипе затрачивается на внутреннее трение в недостаточно перемешанных потоках. В зоне контакта направленных навстречу друг другу противоположно вращающихся потоков трение оказывает тормозящее влияние на всю массу потоков жидкостей разной плотности, что снижает эффективность перемешивания. Процесс перемешивания характеризуется нестабильностью и неустойчивостью равновесия противодействующих потоков, т.к. при разностях скоростей один поток отжимает другой от выхода, а продукты химической реакции смешиваемых жидкостей, например растворов смол и кислот, вступающих в реакцию полимеризации, залипают на внутренней поверхности корпуса.The disadvantages of the prototype are associated with a low degree of dispersion of the mixed component and the efficiency of mixing liquids to obtain a high-quality mixture. The insufficient intensity of the mixing process is due to the fact that part of the energy in the prototype is spent on internal friction in insufficiently mixed flows. In the contact zone of oppositely rotating oppositely rotating flows, friction exerts a braking effect on the entire mass of fluid flows of different densities, which reduces the mixing efficiency. The mixing process is characterized by instability and instability of the equilibrium of opposing flows, because at differences in speeds, one stream presses the other from the outlet, and the chemical reaction products of the mixed liquids, for example, resin and acid solutions that enter into the polymerization reaction, stick to the inner surface of the body.

Задача, положенная в основу изобретения, заключается в создании устройства, обеспечивающего повышение производительности и эффективности перемешивания.The task underlying the invention is to create a device that provides increased productivity and mixing efficiency.

Технический результат заключается в увеличении интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных энергозатрат.The technical result consists in increasing the intensity of dispersion of the interacting phases and the uniformity of their distribution with obtaining a homogeneous structure of the mixture without additional energy consumption.

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 выполненные в виде тел вращения вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, а также успокоительная камера, согласно изобретению вихревая камера смешиваемого компонента снабжена направляющей поток перегородкой, которая установлена под тангенциальными каналами и выполнена в виде конуса с вершиной, направленной к выходу камеры. Для усиления эффекта диспергирования, вихревая камера смешиваемого компонента выполнена в виде параболоида вращения, а вихревая камера рабочего агента выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения, причем тангенциальные каналы вихревых камер выполнены с одинаковым направлением закрутки потока.The technical result is achieved in that in a jet hydraulic mixer comprising a cylindrical body with inlet and outlet nozzles, in which a swirl chamber of the component to be mixed with tangential channels and swirl chamber of the working agent with tangential channels are arranged in the form of bodies of revolution in series in the direction of flow also a stilling chamber, according to the invention, the vortex chamber of the component to be mixed is provided with a flow guiding partition, which tangential channels and formed as a cone with its vertex directed toward the exit chamber. To enhance the dispersion effect, the vortex chamber of the mixed component is made in the form of a rotation paraboloid, and the working agent vortex chamber is made in the form of a truncated rotation ellipsoid, and the tangential channels of the vortex chambers are made with the same flow swirl direction.

Изобретение поясняется выполнением струйного гидравлического смесителя на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by the implementation of a jet hydraulic mixer on the example of mixing oil with water and the accompanying drawings, which show:

Фиг. 1 - общий вид струйного гидравлического смесителя;FIG. 1 is a general view of a jet hydraulic mixer;

Фиг. 2 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере смешиваемого компонента, сечение Α-A на Фиг. 1;FIG. 2 - arrangement of tangential channels in the vortex chamber of the component to be mixed, section Α-A in FIG. one;

Фиг. 3 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере рабочего агента, сечение Б-Б на Фиг. 1.FIG. 3 - the location of the tangential channels in the vortex chamber of the working agent, section bB in FIG. one.

Струйный гидравлический смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосно вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера 3 рабочего агента - воды, и успокоительная камера 4 в виде радиальных колец. Вихревая камера 2 нефти представляет собой параболоид вращения с тангенциальными каналами 5. Вихревая камера 3 воды с тангенциальными каналами 6 выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения, т.е. более вытянутой формы, чем параболоидная вихревая камера 2 нефти. Тангенциальные каналы 5 и 6 вихревых камер 2 и 3 имеют одинаковое направление закрутки потока. В вихревой камере 2 установлена конусообразная перегородка 7, вершина которой направлена к вихревой камере 3. Входной патрубок 8 нефти и выходной патрубок 9 смеси расположены на центральной оси корпуса 1 смесителя, а входной патрубок 10 воды - перпендикулярно ей.The hydraulic jet mixer consists of a cylindrical body 1, in which a coaxially swirl chamber 2 of the component to be mixed — oil, a swirl chamber 3 of the working agent — water, and a still chamber 4 in the form of radial rings are installed in series in the direction of flow. The oil vortex chamber 2 is a rotation paraboloid with tangential channels 5. The water vortex chamber 3 with tangential channels 6 is made in the form of a truncated rotation ellipsoid, i.e. more elongated than the paraboloid vortex chamber 2 of oil. The tangential channels 5 and 6 of the vortex chambers 2 and 3 have the same flow swirl direction. In the vortex chamber 2, a conical partition 7 is installed, the top of which is directed to the vortex chamber 3. The inlet pipe 8 of oil and the outlet pipe 9 of the mixture are located on the central axis of the housing 1 of the mixer, and the inlet pipe 10 of the water is perpendicular to it.

Работа струйного гидравлического смесителя осуществляется следующим образом.The operation of the jet hydraulic mixer is as follows.

Смешиваемый компонент - поток нефти, подается в корпус 1 смесителя через патрубок 8 и, проходя по тангенциальным каналам 5, закручивается и по направляющим конусной перегородки 7 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, закручивается в том же направлении, что и поток нефти. В параболоидной вихревой камере 2 нефти происходит интенсивная турбулентная диффузия потока с получением умеренно закрученных лентообразных струй. В эллипсоидной вихревой камере 3 воды, имеющей меньший диаметр и более вытянутую форму, чем вихревая камера 2 нефти, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. Активизированные потоки из вихревых камер 2 и 3 устремляются навстречу друг другу. При соударении закрученных в одну сторону и направленных друг к другу струй происходит дополнительная усиленная скрутка двух потоков, обеспечивающая интенсификацию процесса с равномерным распределением воды в нефти и гомогенным смесеобразованием. Затем жидкость устремляется к выходу из смесителя, где, ударяясь о радиальные кольца успокоителя 4, домешивается при стабилизации потока и выдается через выходной патрубок 8.The mixed component - the oil flow, is fed into the mixer housing 1 through the nozzle 8 and, passing through the tangential channels 5, is twisted and through the guides of the conical partition 7 enters the vortex chamber 2. The working agent is the water flow supplied to the mixer housing 1 through the nozzle 10, passing through the tangential channels 6 into the vortex chamber 3, it is twisted in the same direction as the oil flow. Intensive turbulent diffusion of the flow occurs in the paraboloid vortex chamber 2 of the oil to obtain moderately swirling ribbon-like jets. In an ellipsoidal vortex chamber 3 of water having a smaller diameter and a more elongated shape than the vortex chamber 2 of oil, the water flow swirls more, contributing to the creation of an acoustic wave field. The activated flows from the vortex chambers 2 and 3 rush towards each other. During the collision of jets swirled in one direction and directed towards each other, an additional reinforced twisting of the two flows occurs, which ensures the intensification of the process with a uniform distribution of water in oil and homogeneous mixture formation. Then the liquid rushes to the outlet of the mixer, where, hitting the radial rings of the damper 4, it is kneaded while stabilizing the flow and is issued through the outlet pipe 8.

Положительный эффект предлагаемого к защите смесителя достигается при различном выполнении в виде тел вращения вихревых камер и направлений их тангенциальных каналов, т.е. в объеме первого независимого пункта формулы, однако оптимальный результат достигается совокупностью всех указанных признаков в патентной формуле. Увеличение количества тангенциальных каналов вихревых камер (в камере 2 нефти - от 2 до 8, в камере 3 воды - от 2 до 4) также способствует повышению равномерности распределения потоков в смесителе.The positive effect of the mixer proposed for protection is achieved when the rotation bodies of the vortex chambers and the directions of their tangential channels are varied, i.e. in the volume of the first independent claim, however, the optimal result is achieved by the combination of all these features in the patent claims. An increase in the number of tangential channels of the vortex chambers (in the oil chamber 2 from 2 to 8, in the water chamber 3 from 2 to 4) also helps to increase the uniformity of the flow distribution in the mixer.

Таким образом, достигается интенсивность диспергирования взаимодействующих потоков и равномерность их распределения с получением гомогенной структуры смеси за счет части потенциальной энергии потоков в трубопроводах без дополнительных затрат.Thus, the intensity of dispersion of the interacting flows and the uniformity of their distribution with obtaining a homogeneous structure of the mixture due to part of the potential energy of the flows in the pipelines without additional costs are achieved.

Claims

1. A jet hydraulic mixer comprising a cylindrical body with inlet and outlet nozzles, in which a swirl chamber of the component to be mixed with tangential channels and a swirl chamber of the working agent with tangential channels, and also a still chamber characterized by the fact that the vortex chamber of the mixed component is equipped with a flow-guiding partition, which is installed under the tangential channels and is made in ie with the cone apex pointing toward the exit chamber.

2. The jet hydraulic mixer according to claim 1, characterized in that the vortex chamber of the component to be mixed is made in the form of a rotation paraboloid, and the working agent vortex chamber is made in the form of a truncated rotation ellipsoid.

3. The jet hydraulic mixer according to claim 1, characterized in that the tangential channels of the vortex chambers are made with the same direction of flow swirl.