RU2722993C1

RU2722993C1 - Jet-type mixing plant with annular nozzle

Info

Publication number: RU2722993C1
Application number: RU2019143536A
Authority: RU
Inventors: Ольга Владимировна Гриванова; Михаил Игоревич Моисеенко; Сергей Владимирович Петрашёв; Артур Владимирович Тюльканов
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-06-05

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to devices for mixing light dispersed material and liquid and can be used in chemical, oil and gas, petrochemical, pharmaceutical, food and other industries, where there is mixing of liquid and disperse substances, especially in cases when density of liquid exceeds multiple times the density of disperse material. In particular, proposed plant can be used in liquidation of oil spills on water surface using oil sorbents, which due to low bulk density can not be sprayed in dry form. Plant comprises receiving hopper for disperse material, mixing section connected by vertical feed branch pipe with receiving hopper, at that, lower part of the above branch pipe encloses ring chamber equipped with nozzle for working fluid supply with lower part made in the form of confusor, which forms with walls of vertical branch pipe working nozzle with ring-shaped section and ends with outlet section of mixing plant.EFFECT: improving operating efficiency of the device owing to increasing the ejection coefficient, increasing homogeneity of the obtained pulp, providing efficient gripping of the liquid flow, enlarging the technological capabilities of the mixer.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для смешивания легкого сыпучего вещества и жидкости с большой разностью плотностей и может быть использовано в химической, нефтегазодобывающей, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, в которых необходимо проводить смешивание жидкости и легкого сыпучего вещества, причем в таких случаях, когда плотность жидкости многократно превышает плотность сыпучего вещества.The invention relates to a device for mixing a light granular substance and a liquid with a large density difference and can be used in the chemical, oil and gas, petrochemical, pharmaceutical, food and other industries in which it is necessary to mix liquid and a light granular substance, and in such cases when the density of the liquid is many times higher than the density of the granular substance.

Таким образом, предлагаемая установка может найти применение в составе комплексов, предназначенных для ликвидации нефтяных разливов с поверхности воды с применением сорбентов. Для эффективной сорбции плавающей на поверхности воды нефти сорбент должен обладать плотностью ниже плотности воды. Так, например, насыпная плотность сорбента СТРГ (сорбент терморасщепленный графит), изготавливаемого по ТУ 2164-001-26461069-2003, составляет не более 12 кг/м³, что примерно в 85 раз меньше плотности водной среды. Однако распыление легкого дисперсного сорбента с такой низкой плотностью в сухом виде на практике приведет к его хаотичному уносу при малейшем движении воздуха и потере без достижения цели -нефтяного пятна. Смесительная установка обеспечивает ввод сорбента в поток жидкости для подачи в зону загрязнения в виде пульпы, образующейся при смешивании сорбента с водой.Thus, the proposed installation can be used as part of complexes designed to eliminate oil spills from the surface of the water using sorbents. For effective sorption of oil floating on the water surface, the sorbent must have a density lower than the density of water. So, for example, the bulk density of the sorbent STRG (thermally cleaved graphite sorbent) manufactured according to TU 2164-001-26461069-2003 is not more than 12 kg / m ³ , which is approximately 85 times less than the density of the aqueous medium. However, the spraying of a light dispersed sorbent with such a low density in dry form will in practice lead to its chaotic ablation at the slightest air movement and loss without achieving the goal of an oil slick. The mixing unit provides the input of the sorbent into the fluid stream for feeding into the contamination zone in the form of pulp formed when the sorbent is mixed with water.

Известна смесительная установка струйного типа (RU 2680079, опубл. 2019.02.14), содержащая приемную камеру с приемным патрубком для подачи дисперсного материала, рабочее сопло, расположенное перпендикулярно приемному патрубку, соединенному с герметичной емкостью с дисперсным материалом и подведенному к приемной камере снизу. Круглое сечение сопла известной установки приводит формированию компактной струи жидкости круглого сечения, которая проходя через легкий сыпучий материал, пробивает в нем канал соответствующего сечения, при этом слабо захватывает материал, поскольку площадь контакта струи и сорбента является недостаточной для эффективного захвата большого количества материала. Таким образом, при работе с легкими дисперсными материалами известная установка обнаруживает низкий коэффициент эжекции, что является ее существенным недостатком.Known mixing installation of the jet type (RU 2680079, publ. 2019.02.14), comprising a receiving chamber with a receiving pipe for supplying dispersed material, a working nozzle located perpendicular to the receiving pipe connected to a sealed container with dispersed material and led to the bottom of the receiving chamber. The round cross section of the nozzle of the known installation leads to the formation of a compact jet of liquid of circular cross section, which, passing through a light bulk material, punches a channel of the corresponding cross section in it, while slightly capturing the material, since the contact area between the jet and the sorbent is insufficient to effectively capture a large amount of material. Thus, when working with light dispersed materials, the known installation detects a low ejection coefficient, which is its significant drawback.

Известен гидроэжекторный смеситель для смешения порошкообразного материала и затворяющей жидкости (RU 2442686, опубл. 2012.02.20), содержащий приемную камеру, связанную конфузором с камерой смешения, снабженной сливным патрубком, рабочую насадку в виде цилиндрического сопла и всасывающий патрубок, размещенный сверху приемной камеры. При работе с дисперсным материалом, плотность которого меньше плотности жидкости (активной среды), происходит недостаточный захват упомянутого материала, поскольку сопло, выполненное с круглым выходным сечением, образует компактную струю соответствующего круглого сечения, которая, проходя через легкий сыпучий материал, слабо его захватывает, а просто пробивает в нем канал соответствующего сечения. Еще одной причиной недостаточно эффективного захвата большого количества материала струей жидкости является размещение приемного патрубка и сопла под значительным углом друг к другу и недостаточная площадь контакта струи и дисперсного сорбента. В итоге коэффициент эжекции известного смесителя при работе с дисперсными материалами, плотность которых ниже плотности жидкости, является недостаточно высоким.Known hydro-jet mixer for mixing powdered material and closing fluid (RU 2442686, publ. 2012.02.20), containing a receiving chamber connected by a confuser to a mixing chamber equipped with a drain pipe, a working nozzle in the form of a cylindrical nozzle and a suction pipe placed on top of the receiving chamber. When working with dispersed material, the density of which is less than the density of the liquid (active medium), there is insufficient capture of the mentioned material, since a nozzle made with a circular output section forms a compact jet of the corresponding circular section, which, passing through a light bulk material, weakly captures it, but simply punches a channel of the corresponding section in it. Another reason for the insufficiently effective capture of a large amount of material by a liquid jet is the placement of the receiving nozzle and nozzle at a significant angle to each other and the insufficient contact area between the jet and the dispersed sorbent. As a result, the ejection coefficient of the known mixer when working with dispersed materials whose density is lower than the density of the liquid is not high enough.

Конструктивно наиболее близким к предлагаемому является выпускаемый компанией ООО "Укрнефтезапчасть" смеситель гидравлический СГ-150, обеспечивающий смешение порошкообразных материалов (барита, глинопорошка, цемента, химических реагентов и др.) с жидкостью в высокотурбулентном потоке, который предназначен для приготовления, обработки, утяжеления и предварительного диспергирования буровых растворов на водной основе и углеводородных эмульсий (обнаружено в Интернете 2019.11.17 по ссылке http://ukmz.com.ua/page.php?id=14). Известный смеситель, показанный на фиг. 1, содержит приемную камеру в виде воронки для подаваемого сверху сыпучего материала, размещенное под прямым углом к ней рабочее сопло с подведенным трубопроводом подачи рабочей жидкости, камеру смешения, снабженную сверху вертикальным патрубком, связанным через поворотную заслонку с приемной воронкой, а также диффузор - выходной участок смесителя.Structurally, the closest to the proposed one is the hydraulic mixer SG-150 manufactured by Ukrneftezapchast LLC, which mixes powdered materials (barite, clay powder, cement, chemicals, etc.) with a liquid in a highly turbulent stream, which is intended for preparation, processing, weighting, and preliminary dispersion of water-based drilling fluids and hydrocarbon emulsions (found on the Internet on November 11, 17.17 at http://ukmz.com.ua/page.php?id=14). The known mixer shown in FIG. 1, contains a receiving chamber in the form of a funnel for the bulk material fed from above, a working nozzle placed at a right angle to it with a working fluid supply pipe, a mixing chamber equipped with a vertical pipe connected through a rotary valve with a receiving funnel, and a diffuser - output plot mixer.

Существенным недостатком известного смесителя является низкий коэффициент эжекции дисперсного материала с плотностью ниже плотности активной среды, недостаточно высокая однородность получаемой при этом пульпы, что обусловлено тем, что площадь контакта струи и дисперсного материала оказывается недостаточной для эффективного захвата его необходимого количества. Круглое выходное сечение сопла обеспечивает формирование компактной струи, которая проходя через легкий сыпучий материал, пробивает в нем канал соответствующего сечения, при этом мало его захватывает. Другой причиной малой площади контакта струи и дисперсного является горизонтальное размещение рабочего сопла и перпендикулярное по отношению к нему подающего патрубка.A significant disadvantage of the known mixer is the low coefficient of ejection of the dispersed material with a density lower than the density of the active medium, the homogeneity of the pulp obtained is not high enough, due to the fact that the contact area of the jet and the dispersed material is insufficient to effectively capture its required amount. The round exit section of the nozzle provides the formation of a compact jet, which, passing through a light bulk material, punches a channel of the corresponding section in it, while it does not capture much. Another reason for the small contact area between the jet and the dispersed one is the horizontal placement of the working nozzle and the supply pipe perpendicular to it.

Задачей изобретения является создание смесительной установки с высоким коэффициентом эжекции, обеспечивающей эффективное смешение дисперсного вещества и жидкости с большой разницей плотности.The objective of the invention is to provide a mixing plant with a high coefficient of ejection, which provides effective mixing of a dispersed substance and a liquid with a large density difference.

Технический результат предлагаемого смесителя заключается в увеличении его коэффициента эжекции и повышении однородности получаемой пульпы за счет увеличения площади контакта струи рабочей жидкости и дисперсного материала и обеспечения его эффективного захвата потоком жидкости, а также в расширении его технологических возможностей.The technical result of the proposed mixer is to increase its ejection coefficient and increase the uniformity of the resulting pulp by increasing the contact area of the jet of working fluid and dispersed material and ensuring its effective capture by the fluid flow, as well as expanding its technological capabilities.

Указанный технический результат достигается смесительной установкой струйного типа, содержащей приемную камеру для дисперсного материала, камеру смешения, связанную вертикальным подающим патрубком с приемной камерой, трубопровод для подачи рабочей жидкости, рабочее сопло и выходной участок, в которой, в отличие от известной, вертикальный подающий патрубок размещен на одной линии с соплом, при этом нижнюю часть этого патрубка охватывает снабженная штуцером для подачи рабочей жидкости кольцевая камера, которая выполнена в форме конфузора и образует со стенками упомянутого вертикального патрубка сопло с кольцеобразным сечением.The specified technical result is achieved by a jet-type mixing unit containing a receiving chamber for dispersed material, a mixing chamber connected by a vertical supply pipe to a receiving chamber, a pipeline for supplying a working fluid, a working nozzle and an outlet section, in which, in contrast to the known vertical supply pipe placed in line with the nozzle, while the lower part of this nozzle covers an annular chamber equipped with a nozzle for supplying the working fluid, which is made in the form of a confuser and forms a nozzle with an annular cross-section with the walls of the said vertical nozzle.

Предлагаемая смесительная установка струйного типа, схематично представленная на фиг. 2, содержит трубопровод 1 для подвода рабочей жидкости, кольцевую камеру 2, рабочее сопло 3, участок смешения 4, приемную камеру (бункер) 5 для дисперсного материала, вертикальный патрубок 6, связывающий приемный бункер 5 с участком смешения 4, выходной участок 7, конфузор 8.The proposed jet-type mixing plant, schematically shown in FIG. 2, contains a pipe 1 for supplying a working fluid, an annular chamber 2, a working nozzle 3, a mixing section 4, a receiving chamber (hopper) 5 for dispersed material, a vertical pipe 6 connecting the receiving hopper 5 to the mixing section 4, the outlet section 7, the confuser 8.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Рабочая жидкость (активная среда) с рабочим давлением от 0,1 до 1,5 МПа по подводящему трубопроводу 1 подается в кольцевую камеру 2, откуда поступает к соплу 3 с кольцеобразным сечением. Вода через сопло 3 в виде кольцевой струи с высокой скоростью (от 5 до 30 м/с) попадает в участок смешения 4. Благодаря тому, что корпус кольцевой камеры 2 в своей нижней части выполнен в виде конфузора, выходящая водяная струя имеет форму конуса, сходящегося к оси потока сыплющегося из бункера 5 по вертикальному патрубку 6 дисперсного материала.A working fluid (active medium) with a working pressure of 0.1 to 1.5 MPa is supplied through an inlet pipe 1 to an annular chamber 2, from where it flows to a nozzle 3 with an annular cross-section. Water through the nozzle 3 in the form of an annular jet with high speed (from 5 to 30 m / s) enters the mixing section 4. Due to the fact that the housing of the annular chamber 2 in its lower part is made in the form of a confuser, the outgoing water jet has the shape of a cone, converging to the axis of the flow streaming from the hopper 5 along the vertical pipe 6 of the dispersed material.

В месте сопряжения кольцевой камеры 2 и вертикального патрубка 6, связывающего бункер 5 для дисперсного материала с участком смешения 4, поступивший из бункера 5 дисперсный материал захватывается струей воды из кольцеобразного сопла 3 и уносится в участок смешения 4, где происходит его активное перемешивание с высокотурбулентным потоком жидкости. Поток жидкости из сопла 3 движется сходящимся конусом в одном направлении с поступающим сверху дисперсным материалом, который перемещается под действием гравитации и разрежения, возникающего в участке смешения 4. Полученная однородная смесь рабочей жидкости и дисперсного материала в виде пульпы с содержанием дисперсного материала от 10 до 40% по объему поступает в конфузор 8 и далее в выходной участок 7 смесительной установки. Подача жидкости из сопла 3 сходящимся конусом в одном направлении с поступающим дисперсным материалом улучшает степень перемешивания материала с жидкостью, делая получаемую пульпу более однородной.At the junction of the annular chamber 2 and the vertical pipe 6 connecting the hopper 5 for the dispersed material with the mixing section 4, the dispersed material coming from the hopper 5 is captured by a stream of water from the annular nozzle 3 and carried away to the mixing section 4, where it is actively mixed with a highly turbulent flow liquids. The fluid flow from the nozzle 3 moves in a converging cone in the same direction as the dispersed material coming from above, which moves under the action of gravity and rarefaction that occurs in the mixing section 4. The resulting homogeneous mixture of the working fluid and dispersed material in the form of a pulp with a dispersed material content of from 10 to 40 % by volume enters the confuser 8 and then to the output section 7 of the mixing plant. The flow of fluid from the nozzle 3 by a converging cone in the same direction as the incoming particulate material improves the degree of mixing of the material with the fluid, making the resulting pulp more uniform.

Таким образом, благодаря форме струи с кольцеобразным сечением увеличивается площадь контакта рабочей жидкости (преимущественно воды) и дисперсного материала, что существенно улучшает не только коэффициент эжекции, но и степень перемешивания материала с водой, делая получаемую пульпу более однородной.Thus, due to the shape of the jet with an annular cross-section, the contact area of the working fluid (mainly water) and dispersed material increases, which significantly improves not only the ejection coefficient, but also the degree of mixing of the material with water, making the resulting pulp more uniform.

Claims

A jet-type mixing plant comprising a receiving chamber for dispersed material, a mixing chamber connected by a vertical supply pipe to a receiving chamber, a pipe for supplying a working fluid, a working nozzle and an output section, characterized in that the vertical supply pipe is in line with the nozzle, the lower part of this nozzle is surrounded by an annular chamber equipped with a nozzle for supplying the working fluid, which is made in the form of a confuser and forms a working nozzle with an annular cross-section with the walls of the said vertical nozzle.