[go: up one dir, main page]

RU2841943C1 - Flow-type pulsation apparatus - Google Patents

Flow-type pulsation apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2841943C1
RU2841943C1 RU2024134960A RU2024134960A RU2841943C1 RU 2841943 C1 RU2841943 C1 RU 2841943C1 RU 2024134960 A RU2024134960 A RU 2024134960A RU 2024134960 A RU2024134960 A RU 2024134960A RU 2841943 C1 RU2841943 C1 RU 2841943C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
cross
sections
neck
length
Prior art date
Application number
RU2024134960A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руфат Шовкет оглы Абиев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
Application granted granted Critical
Publication of RU2841943C1 publication Critical patent/RU2841943C1/en

Links

Abstract

FIELD: performing operations.
SUBSTANCE: invention is intended for the dispersion and mass transfer processes intensification in the liquid-solid particles, liquid-gas, liquid-liquid with continuous liquid phase systems, including for mixing solutions, emulsification, gas dispersion, absorption, extraction, dissolution, including with chemical reactions, and can be used in chemical, petrochemical, pharmaceutical, food industries, biotechnology, waste water treatment, construction industry and other industries. Proposed device comprises one or several parallel channels, each including several sections with cross section varying periodically in length and alternating with sections with invariable cross section. Each of sections with cross section periodically changing along the length includes several shaped elements of Venturi tube type, which are connected in series to each other. Elements of Venturi tube type include constriction zone, neck, expansion zone, zone with constant maximum cross section. Ends of sections with cross section periodically varying in length are connected to sections of constant cross section. Channels are made of deformable tubular articles clamped by means of tightening devices between shaped shoes, inner surface of which forms required surface of tubular elements. Area of neck of each channel is calculated according to formula Sn=nSw, (1), where Sn is neck cross section area, m; Sw is the cross-sectional area of the section with the largest cross-section, m2, n-coefficient, taken in range from 1/8 to 1/2.
EFFECT: invention simplifies the design of the device, reduces the cost of its manufacture, expands the possibilities for choosing corrosion-resistant materials, and increases ease of use.
1 cl, 5 dwg, 3 ex

Description

Предлагаемое устройство предназначено для интенсификации процессов диспергирования и массопереноса в системах жидкость-твердые частицы, жидкость-газ, жидкость-жидкость со сплошной жидкой фазой, в том числе для перемешивания растворов, эмульгирования, диспергирования газа, абсорбции, экстракции, растворения, в том числе с химическими реакциями, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности, в биотехнологии, очистке сточных вод, в строительной индустрии и в других отраслях.The proposed device is intended for intensification of dispersion and mass transfer processes in liquid-solid particle, liquid-gas, liquid-liquid systems with a continuous liquid phase, including for mixing solutions, emulsification, gas dispersion, absorption, extraction, dissolution, including with chemical reactions, and can be used in the chemical, petrochemical, pharmaceutical, food industries, in biotechnology, wastewater treatment, in the construction industry and in other industries.

Известны способ для интенсификации процессов диспергирования и массопереноса и устройство для его реализации (изобретение-прототип) (пат. РФ №2264847). Способ интенсификации реакционных и массообменных процессов в гетерогенных системах заключается в возбуждении колебаний в гетерогенной системе путем ее пропускания через трубу с переменным сечением, причем возбуждение колебаний в гетерогенной системе при ее движении чередуется с отсутствием колебательных воздействий, а в гетерогенную систему один или более раз вводится газ. Аппарат, предназначенный для реализации указанного способа, состоит из нагнетателя и одной или нескольких труб с переменным сечением, устройств подвода компонентов и отвода продуктов, причем труба состоит из участков с периодически изменяющимся поперечным сечением, чередующихся участками с постоянным поперечным сечением. Известное изобретение позволяет повысить эффективность, снизить гидравлические потери и упростить конструкцию аппарата по сравнению с существовавшими аналогами.A method for intensifying dispersion and mass transfer processes and a device for implementing the same (prototype invention) are known (RU Patent No. 2264847). The method for intensifying reaction and mass exchange processes in heterogeneous systems consists of exciting oscillations in a heterogeneous system by passing it through a pipe with a variable cross-section, wherein the excitation of oscillations in the heterogeneous system during its movement alternates with the absence of oscillatory effects, and gas is introduced into the heterogeneous system one or more times. The device intended for implementing the said method consists of a compressor and one or more pipes with a variable cross-section, devices for supplying components and removing products, wherein the pipe consists of sections with a periodically changing cross-section, alternating with sections with a constant cross-section. The known invention makes it possible to increase efficiency, reduce hydraulic losses and simplify the design of the device in comparison with existing analogues.

При этом в качестве материала известного устройства обычно выбирают общепринятые конструкционные материалы - наиболее часто -стальные трубы и прутки круглого сечения, которые подвергают обработке на металлорежущих станках и последующей сварке. Вместе с тем, трубы даже из специальных сталей не всегда обеспечивают высокий уровень коррозионной стойкости (например, в концентрированных кислотах и щелочах, в том числе в сильных кислотах - серной, соляной, фосфорной), а стоимость обработки высоколегированных сталей существенно возрастает по сравнению с углеродистыми сталями. Стоимость изделий из коррозионностойких сталей достаточно высока, а их применение не всегда оправдано, особенно при умеренных рабочих давлениях.In this case, generally accepted construction materials are usually chosen as the material of the known device - most often - steel pipes and rods of round cross-section, which are processed on metal-cutting machines and then welded. At the same time, pipes even from special steels do not always provide a high level of corrosion resistance (for example, in concentrated acids and alkalis, including strong acids - sulfuric, hydrochloric, phosphoric), and the cost of processing high-alloy steels increases significantly compared to carbon steels. The cost of products from corrosion-resistant steels is quite high, and their use is not always justified, especially at moderate working pressures.

Кроме того, наличие большого количества сварных швов, особенно для аппаратов с большой длиной труб, снижает общую надежность системы, поскольку риск нарушения любого из сварного швов приводит к потере герметичности аппарата и риску заражения окружающей среды средами, находящимися в аппарате.In addition, the presence of a large number of welds, especially for devices with long pipes, reduces the overall reliability of the system, since the risk of damage to any of the welds leads to a loss of tightness of the device and the risk of contamination of the environment with the media contained in the device.

Помимо этого, аппарат, выполненный из металлических труб с относительно сложной формой внутреннего объема, при появлении твердых отложений (так называемой «инкрустации») на внутренней поверхности, довольно трудно очищать от этих отложений, особенно при большой длине труб. Для этого приходится снабжать аппарат фланцами, что довольно существенно повышает металлоемкость аппарата.In addition, the device, made of metal pipes with a relatively complex shape of the internal volume, when solid deposits (the so-called "incrustation") appear on the internal surface, is quite difficult to clean from these deposits, especially with a large length of pipes. For this, it is necessary to equip the device with flanges, which significantly increases the metal consumption of the device.

Таким образом, к недостаткам известного устройства относятся (техническая проблема, решаемая созданием изобретения): 1) определенные сложности серийного изготовления элементов аппарата, имеющих множество конических поверхностей, как на металлорежущем оборудовании, так и современной трехмерной (так называемой 3D) печатью, их последующей сварки; 2) практическая невозможность использования полимерных или эластомерных материалов для изготовления аппарата, в связи с трудностями придания им сложной формы (возникает риск поломки изделий при их обработке на станках); 3) ограничения по использованию устройства с агрессивными средами, в которых традиционно используемые конструкционные материалы (в том числе стали разных типов) обладают низкой коррозионной стойкостью; 4) высокая стоимость изготовления аппарата из стали и других металлов.Thus, the disadvantages of the known device include (the technical problem solved by creating the invention): 1) certain difficulties in serial production of the elements of the device having multiple conical surfaces, both on metal-cutting equipment and modern three-dimensional (so-called 3D) printing, their subsequent welding; 2) the practical impossibility of using polymer or elastomeric materials for the manufacture of the device, due to the difficulties of giving them a complex shape (there is a risk of breakage of products during their processing on machines); 3) limitations in the use of the device with aggressive environments, in which traditionally used structural materials (including different types of steel) have low corrosion resistance; 4) the high cost of manufacturing the device from steel and other metals.

Техническая проблема состоит как в создании объекта изобретения, лишенного целого ряда недостатков прототипа (упрощение конструкции, методов изготовления и сборки), так и в расширении арсенала технических средств, имеющих назначение, совпадающее с назначением прототипа (возможности использования полимерных и эластомерных материалов, возможности изготовления горловины с сечением разнообразной формы, упрощение процесса очистки внутренней поверхности, легкая разборка аппарата и замена каналов).The technical problem consists both in creating an object of the invention that is free from a number of shortcomings of the prototype (simplification of the design, manufacturing and assembly methods), and in expanding the arsenal of technical means that have a purpose that coincides with the purpose of the prototype (the possibility of using polymer and elastomeric materials, the possibility of manufacturing a neck with a cross-section of various shapes, simplifying the process of cleaning the inner surface, easy disassembly of the device and replacement of channels).

Использование других материалов, обладающих высокой коррозионной стойкостью, в том числе неметаллических - полимерных, эластомерных и композиционных на их основе (в том числе армированных), затруднено для изготовления аппарата со сложной формой внутреннего объема. Это означает, что для использования указанных материалов необходимы особые методы, позволяющие сформировать каналы аппарата со сложной формой внутреннего объема. Один из таких методов предложен в данном изобретении.The use of other materials with high corrosion resistance, including non-metallic ones - polymers, elastomers and composites based on them (including reinforced ones), is difficult for the manufacture of a device with a complex shape of the internal volume. This means that special methods are required to use the said materials, allowing the formation of channels of the device with a complex shape of the internal volume. One of such methods is proposed in this invention.

Задача предлагаемого изобретения {технический результат, получение которого обеспечивается изобретением) - упрощение конструкции аппарата, снижение себестоимости его изготовления, расширение возможностей по выбору коррозионностойких материалов, повышение удобства в эксплуатации.The objective of the proposed invention (the technical result achieved by the invention) is to simplify the design of the apparatus, reduce the cost of its manufacture, expand the possibilities for choosing corrosion-resistant materials, and increase ease of use.

Поставленная задача достигается тем, что в пульсационном аппарате проточного типа, содержащем один или несколько параллельных каналов, каждый из которых включает в себя несколько участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, перемежающихся участками постоянного поперечного сечения, при этом каждый из участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, содержит несколько фасонных элементов типа трубы Вентури, присоединенных друг к другу последовательно, элементы типа трубы Вентури включают зону сужения, горловину, зону расширения, зону с постоянным максимальным сечением, а к концам участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, присоединены участки постоянного поперечного сечения, согласно изобретению, каналы выполнены из деформируемых трубчатых изделий, зажатых при помощи стягивающих устройств между фасонными колодками, внутренняя поверхность которых формирует необходимую поверхность трубчатых элементов, а площадь горловины каждого канала рассчитывают согласно формулеThe stated task is achieved in that in a flow-type pulsating apparatus containing one or more parallel channels, each of which includes several sections with a cross-section periodically changing along the length, alternating with sections of constant cross-section, wherein each of the sections with a cross-section periodically changing along the length contains several shaped elements of the Venturi tube type, connected to each other in series, the elements of the Venturi tube type include a narrowing zone, a neck, an expansion zone, a zone with a constant maximum cross-section, and sections of constant cross-section are connected to the ends of the sections with a cross-section periodically changing along the length, according to the invention, the channels are made of deformable tubular articles clamped by means of tightening devices between shaped shoes, the inner surface of which forms the necessary surface of the tubular elements, and the area of the neck of each channel is calculated according to the formula

где Sг - площадь поперечного сечения горловины, м2;where S g is the cross-sectional area of the neck, m 2 ;

Sш - площадь поперечного сечения участка с наибольшим поперечным сечением, м2;S ш - cross-sectional area of the section with the largest cross-section, m2 ;

n - коэффициент, принимаемый в интервале от 1/8 до 1/2. Используемые в материалах заявки термины:n is a coefficient accepted in the range from 1/8 to 1/2. Terms used in the application materials:

горловина - участок канала с наименьшей площадью поперечного сечения;neck - a section of a channel with the smallest cross-sectional area;

деформируемые трубчатые изделия - трубки (шланги) из различных материалов, преимущественно полимерных, эластомерных и композиционных на их основе (в том числе армированных), обладающих высокой коррозионной стойкостью, а также трубки из легкодеформируемых металлов - меди и медных сплавов, тонкостенные трубки из хромоникелевых сталей, покрытые изнутри полимерной защитной пленкой;deformable tubular products - tubes (hoses) made of various materials, mainly polymers, elastomers and composites based on them (including reinforced ones), with high corrosion resistance, as well as tubes made of easily deformable metals - copper and copper alloys, thin-walled tubes made of chromium-nickel steels, coated on the inside with a polymer protective film;

колодки - две парных части с фасонной формой внутренней поверхности, необходимые для формирования между ними каналов аппарата при помещении между ними деформируемых трубчатых изделий и их стягивании при помощи стягивающих устройств, при этом колодки оснащены центрующими конструктивными элементами на ответных (парных) частях (выступами и впадинами, шипами и пазами и т.п.), обеспечивающими соосность сопрягаемых элементов колодки;shoes - two paired parts with a shaped inner surface, necessary for the formation of apparatus channels between them when deformable tubular products are placed between them and pulled together using tightening devices, while the shoes are equipped with centering structural elements on the mating (paired) parts (protrusions and depressions, tenons and grooves, etc.), ensuring the coaxiality of the mating elements of the shoe;

пакет (стек) колодок - совокупность колодок с выемками фасонной формы, уложенных друг на друга в несколько слоев;a pack (stack) of pads - a set of pads with shaped recesses, laid on top of each other in several layers;

стягивающие устройства - любые устройства, позволяющие обеспечить плотное соединение парных частей колодок, сдавливание деформируемых трубчатых изделий, позволяющее придать им форму внутренней поверхности колодок, а также удерживание этой формы при увеличении давления внутри каналов, сформированных деформируемыми трубчатыми изделиями; стягивающие устройства могут быть выполнены в виде резьбовых - болтовых или шпилечных - соединений, в виде струбцин различных типов, для крупногабаритных устройств - в виде гидравлических прессов или других доступных устройств.tightening devices - any devices that allow for a tight connection of paired parts of the pads, compression of deformable tubular products, allowing them to be given the shape of the inner surface of the pads, as well as maintaining this shape when the pressure inside the channels formed by the deformable tubular products increases; tightening devices can be made in the form of threaded - bolt or stud - connections, in the form of clamps of various types, for large-sized devices - in the form of hydraulic presses or other available devices.

Преимуществами предлагаемого изобретения являются:The advantages of the proposed invention are:

1) возможность использования для изготовления аппарата неметаллических материалов - полимерных, эластомерных и композиционных на их основе (в том числе армированных), обладающих высокой коррозионной стойкостью, а также из трубок легкодеформируемых металлов - меди и медных сплавов, тонкостенных трубок из хромоникелевых сталей, покрытых изнутри полимерной защитной пленкой;1) the possibility of using non-metallic materials for the manufacture of the device - polymeric, elastomeric and composite materials based on them (including reinforced ones), which have high corrosion resistance, as well as from tubes of easily deformable metals - copper and copper alloys, thin-walled tubes made of chromium-nickel steels, coated from the inside with a polymer protective film;

2) легкая разборка аппарата и возможность очистки внутреннего объема аппарата, в том числе в зонах сужения потока при раскрытии фасонных колодок;2) easy disassembly of the device and the ability to clean the internal volume of the device, including in areas of narrowing of the flow when opening the shaped pads;

3) снижение стоимости аппарата за счет использования серийно выпускаемых готовых изделий - шлангов из полимерных, эластомерных материалов и композиционных материалов на их основе;3) reducing the cost of the device through the use of mass-produced finished products - hoses made of polymer, elastomeric materials and composite materials based on them;

4) возможность полного исключения сварных швов при использовании длинных шлангов;4) the possibility of completely eliminating welded seams when using long hoses;

5) снижение стоимости аппарата за счет использования для изготовления фасонных колодок высокопрочных полимерных материалов.5) reducing the cost of the device due to the use of high-strength polymer materials for the production of shaped pads.

Детальное описание преимуществ предлагаемого изобретения перед существующими решениями:Detailed description of the advantages of the proposed invention over existing solutions:

1) Простота изготовления из готовых изделий - шлангов, серийно выпускаемых промышленностью.1) Ease of manufacture from finished products - hoses, mass-produced by industry.

2) Возможность использования серийно выпускаемых шлангов из коррозионностойких материалов, относительно легко деформируемых -поливинилхлорида пластифицированного (ПВХ-П), силикона, полиуретана, неопреновой резины, на основе стирол-бутадиенового каучука, бутилкаучука, фторсиликоновой резины и других полимеров или эластомеров.2) The possibility of using commercially available hoses made of corrosion-resistant materials that are relatively easy to deform - plasticized polyvinyl chloride (PVC-P), silicone, polyurethane, neoprene rubber, styrene-butadiene rubber, butyl rubber, fluorosilicone rubber and other polymers or elastomers.

При необходимости использования устройства при повышенных давлениях могут быть использованы шланги из ПВХ-П, силикона, армированные высокопрочными нитями из стали, стекловолокна или синтетических нитей, в том числе кевлара (арамида), углеродных нитей или нанонитей.If it is necessary to use the device at high pressures, PVC-P, silicone hoses reinforced with high-strength steel threads, fiberglass or synthetic threads, including Kevlar (aramid), carbon threads or nanothreads can be used.

3) Фасонные колодки могут быть выполнены в виде кассет с параллельными каналами, таких каналов может быть несколько десятков или сотен. Колодки могут собираться в пакеты (стеки)3) Shaped pads can be made in the form of cassettes with parallel channels, there can be several dozen or hundreds of such channels. Pads can be collected in packages (stacks)

4) Форма колодок может быть достаточно сложной, они могут быть выполнены традиционными методами удаления материала на станках с ЧПУ, либо современными методами трехмерной печати (3D-печати).4) The shape of the pads can be quite complex, they can be made using traditional methods of material removal on CNC machines, or modern methods of three-dimensional printing (3D printing).

Поверхности открыты для обработки и могут быть легко обработаны, в том числе отшлифованы и отполированы.The surfaces are open to processing and can be easily processed, including sanding and polishing.

5) Колодки могут быть объединены в пакеты (стеки), состоящие из двух, трех или более пар колодок.5) The pads can be combined into packs (stacks) consisting of two, three or more pairs of pads.

На Фиг. 1-5 представлены графические материалы, поясняющие состав и функционирование предлагаемого устройства. Фиг. 1 включает два поперечных сечения (А-А и Б-Б, Фиг. 1а, Фиг. 16), а также изображение продольного разреза предлагаемого устройства (Фиг. 1в).Fig. 1-5 present graphic materials explaining the composition and operation of the proposed device. Fig. 1 includes two cross-sections (A-A and B-B, Fig. 1a, Fig. 16), as well as an image of a longitudinal section of the proposed device (Fig. 1c).

На Фиг. 1 изображен фрагмент предлагаемого пульсационного аппарата проточного типа, содержащего один или несколько параллельных каналов 1, включающих несколько участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, перемежающихся участками постоянного поперечного сечения. Каждый из участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, содержит несколько фасонных элементов 2 типа трубы (сопла) Вентури, присоединенных друг к другу последовательно. Элементы 2 типа трубы (сопла) Вентури включают зону сужения 3, горловину 4, зону расширения 5, зону 6 с постоянным максимальным сечением. К концам участков 7 с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, присоединены участки постоянного поперечного сечения 8, имеющие такое же сечение, как и зона 6.Fig. 1 shows a fragment of the proposed flow-type pulsating apparatus, containing one or several parallel channels 1, including several sections with a cross-section periodically changing along the length, alternating with sections of constant cross-section. Each of the sections with a cross-section periodically changing along the length contains several shaped elements 2 of the Venturi pipe (nozzle) type, connected to each other in series. Elements 2 of the Venturi pipe (nozzle) type include a narrowing zone 3, a neck 4, an expansion zone 5, a zone 6 with a constant maximum cross-section. Sections of constant cross-section 8, having the same cross-section as zone 6, are connected to the ends of sections 7 with a cross-section periodically changing along the length.

Каналы 1 выполнены из деформируемых трубчатых изделий (шлангов), материалом которых могут являться полимеры, эластомеры, в том числе армированные высокопрочными нитями из стеклопластика, полиамидными, полиэфирными, а также металлической проволокой. В качестве полимерных материалов для трубчатых изделий могут служить полиэтилен, потитетрафторэтилен, поливинилхлорид пластифицированный, силиконы (полиорганосилоксаны) и другие полимеры, обладающие химической стойкостью к обрабатываемым средам. В качестве эластомерных материалов для трубчатых изделий могут служить резины различного состава, обладающие химической стойкостью к обрабатываемым средам. При необходимости каналы 1 могут быть выполнены из тонкостенных металлических труб, материалом которых являются медь или медные сплавы, хромоникелевые аустенитные стали, способные деформироваться без риска повреждения.Channels 1 are made of deformable tubular products (hoses), the material of which can be polymers, elastomers, including those reinforced with high-strength fiberglass threads, polyamide, polyester, as well as metal wire. Polyethylene, polytetrafluoroethylene, plasticized polyvinyl chloride, silicones (polyorganosiloxanes) and other polymers with chemical resistance to the processed media can serve as polymeric materials for tubular products. Rubbers of various compositions with chemical resistance to the processed media can serve as elastomeric materials for tubular products. If necessary, channels 1 can be made of thin-walled metal pipes, the material of which is copper or copper alloys, chromium-nickel austenitic steels, capable of deforming without the risk of damage.

Участки 7 с периодически изменяющимся по длине поперечным сечением зажаты между фасонными колодками 9а и 9б, внутренняя поверхность которых формирует необходимую поверхность трубчатых элементов, при помощи стягивающих устройств 10 (болтов с гайками и шайбами, струбцин или иных). Внутренняя поверхность фасонных колодок 9а и 9б формирует необходимую поверхность участков 7 с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине.Sections 7 with a cross-section periodically changing in length are clamped between shaped blocks 9a and 9b, the inner surface of which forms the necessary surface of the tubular elements, using tightening devices 10 (bolts with nuts and washers, clamps or others). The inner surface of shaped blocks 9a and 9b forms the necessary surface of sections 7 with a cross-section periodically changing in length.

При этом площадь горловины каждого канала рассчитывают согласно формулеIn this case, the area of the neck of each channel is calculated according to the formula

где Sг - площадь поперечного сечения горловины, м2;where S g is the cross-sectional area of the neck, m 2 ;

Sш - площадь поперечного сечения участка с наибольшим поперечным сечением, м2;S ш - cross-sectional area of the section with the largest cross-section, m2 ;

n - коэффициент, принимаемый в интервале от 1/8 до 1/2.n is a coefficient taken in the range from 1/8 to 1/2.

В разрезе А-А на Фиг. 1 представлена зона наиболее узкой части аппарата - горловины 4, а в разрезе Б-Б на Фиг. 1 - зона 6 с постоянным максимальным сечением.In section A-A in Fig. 1 the zone of the narrowest part of the apparatus is shown - neck 4, and in section B-B in Fig. 1 - zone 6 with a constant maximum cross-section.

На Фиг. 2 показано продольное сечение фасонных колодок 9а и 9б с плоскостью разъема 11 и их внутренняя поверхность 12.Fig. 2 shows a longitudinal section of shaped blocks 9a and 9b with a parting plane 11 and their inner surface 12.

Поперечное сечение горловины каналов может быть круглым, прямоугольным со скругленными краями, эллиптическим, в форме пересекающихся эллипсов со скруглениями между ними, с главными осями эллипсов, расположенными в плоскости разъема фасонных колодок либо под углом 45° к ней.The cross-section of the channel neck can be round, rectangular with rounded edges, elliptical, in the form of intersecting ellipses with roundings between them, with the main axes of the ellipses located in the plane of the connector of the shaped blocks or at an angle of 45° to it.

На Фиг. 3 представлены варианты исполнения внутренней поверхности фасонных колодок 9а и 9б в зоне горловины 4, обеспечивающих форму поперечного сечения горловины 4 каналов 1 (варианты разреза А-А на Фиг. 1): в виде эллипсов (Фиг. 3а); в виде двух пересекающихся эллипсов (Фиг. 3б); в виде трех пересекающихся эллипсов (Фиг. 3б); в виде четырех пересекающихся окружностей (Фиг. 3г).Fig. 3 shows embodiments of the inner surface of the shaped blocks 9a and 9b in the area of the neck 4, providing the shape of the cross-section of the neck 4 of the channels 1 (section options A-A in Fig. 1): in the form of ellipses (Fig. 3a); in the form of two intersecting ellipses (Fig. 3b); in the form of three intersecting ellipses (Fig. 3b); in the form of four intersecting circles (Fig. 3d).

Возможны и другие варианты исполнения поперечного сечения фасонных колодок 9а и 9б в зоне горловины 4, например, в форме прямоугольников или квадратов со скругленными краями.Other variants of the cross-section of the shaped blocks 9a and 9b in the neck area 4 are also possible, for example, in the form of rectangles or squares with rounded edges.

Выбор конкретной формы определяется упругими и пластическими свойствами материала, из которого выполнены каналы 1, и может определяться экспериментальным путем, либо математически моделированием с использованием компьютерных программ.The choice of a specific shape is determined by the elastic and plastic properties of the material from which channels 1 are made, and can be determined experimentally or by mathematical modeling using computer programs.

На Фиг. 4 представлен вариант расположения колодок 9а и 9б в виде стеков (разрез Б-Б к рисунку на Фиг. 1), т.е. когда несколько пар колодок установлены друг над другом. Благодаря такому расположению колодок аппарат может содержать большое количество параллельных каналов 1.Fig. 4 shows a variant of the arrangement of the pads 9a and 9b in the form of stacks (section B-B to the drawing in Fig. 1), i.e. when several pairs of pads are installed one above the other. Due to such an arrangement of the pads, the device can contain a large number of parallel channels 1.

Количество N параллельных каналов 1 определяется общей производительностью аппарата Q и площадью поперечного сечения горловины 4 единичного канала по расчетной формулеThe number N of parallel channels 1 is determined by the total capacity of the apparatus Q and the cross-sectional area of the throat 4 of a single channel according to the calculation formula

где wг - средняя скорость в горловине 4 каналов 1, которую рекомендуется принимать в интервале от 2 до 12 м/с.where w g is the average speed in the throat of 4 channels 1, which is recommended to be taken in the range from 2 to 12 m/s.

Более высокие значения wг (от 6 до 12 м/с) необходимо задавать в массообменных аппаратах, в которых следует осуществлять тонкое диспергирование дисперсной фазы - жидкости или газа. Низкие значения wг (от 2 до 6 м/с) необходимо задавать в аппаратах, где происходит смешение растворов малой вязкости с одинаковым растворителем (например, водных растворов), или где происходит растворение частиц твердой фазы.Higher values of w g (from 6 to 12 m/s) must be specified in mass-exchange apparatuses in which fine dispersion of the dispersed phase - liquid or gas - must be carried out. Low values of w g (from 2 to 6 m/s) must be specified in apparatuses where low-viscosity solutions are mixed with the same solvent (for example, aqueous solutions), or where solid phase particles are dissolved.

Выполнение каналов из деформируемых трубчатых изделий обеспечивает упрощение конструкции аппарата и снижение себестоимости его изготовления, расширяет возможности по выбору коррозионностойких материалов среди полимерных и эластомерных материалов.The production of channels from deformable tubular products simplifies the design of the device and reduces the cost of its manufacture, and expands the possibilities for choosing corrosion-resistant materials among polymer and elastomeric materials.

Использование фасонных колодок, внутренняя поверхность которых формирует необходимую поверхность трубчатых элементов, со стягивающими устройствами также способствует упрощению конструкции аппарата, а возможность быстрой разборки колодок со стягивающими устройствами обеспечивает удобство в эксплуатации, поскольку появляется возможность быстрой сборки аппарата, очистки внутренней поверхности каналов по всей их длине, возможность замены пришедших в негодность деформируемых трубчатых изделий (из которых сформированы каналы).The use of shaped blocks, the inner surface of which forms the required surface of tubular elements, with tightening devices also helps to simplify the design of the device, and the ability to quickly disassemble the blocks with tightening devices ensures ease of use, since it becomes possible to quickly assemble the device, clean the inner surface of the channels along their entire length, and replace deformable tubular products (from which the channels are formed) that have become unusable.

Выполнение площади горловины каждого канала согласно расчетной формуле (1) позволяет добиться необходимого полезного эффекта в предлагаемом устройстве.The execution of the neck area of each channel according to the calculation formula (1) allows achieving the necessary useful effect in the proposed device.

Меньшие значения коэффициента п (от 1/8 до 1/4) обеспечивают более существенное изменение площади поперечного сечения горловины Sг по сравнению с площадью поперечного сечения Sш участка с наибольшим поперечным сечением, т.е. при этом происходит увеличение скорости в горловине wг от 4 до 8 раз. Такое значительное увеличение скорости способствует созданию благоприятной гидродинамической обстановки для диспергирования капель и пузырей, растворения частиц твердой фазы, обусловленной возникновением неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, мощных турбулентных касательных напряжений в ядре потока и ламинарных касательных напряжений в пограничном слое. То же относится к обработке смесей с повышенной вязкостью (существенно выше вязкости воды, т.е. более 50-60 мПа⋅с). Например, при скорости в широкой части 1,5 м/с скорость в горловине может составлять от 6 до 12 м/с; такие значения, как известно из литературы (Abiev R.S., Galushko A.S. Bubbles size and mass transfer in a pulsating flow type apparatus with gas-liquid mixture// Journal of Flow Chemistry (2021) 11, p. 369-391. https://doi.org/10.1007/s41981-021-00177-y; Vasilev M.P., Abiev R.Sh. Intensity and efficiency of droplet dispersion:Pulsating flow type apparatus vs. static mixers// Chem. Eng. Res. & Des., 2018, Vol. 137, P. 329-349. DOI: 10.1016/j.cherd.2018.07.029), обеспечивают указанный выше эффект диспергирования газа и жидкости.Smaller values of the coefficient n (from 1/8 to 1/4) provide a more significant change in the cross-sectional area of the throat S g compared to the cross-sectional area S w of the section with the largest cross-section, i.e. in this case the velocity in the throat w g increases from 4 to 8 times. Such a significant increase in velocity helps to create a favorable hydrodynamic environment for the dispersion of droplets and bubbles, dissolution of solid phase particles caused by the occurrence of Kelvin-Helmholtz instability, powerful turbulent tangential stresses in the flow core and laminar tangential stresses in the boundary layer. The same applies to the processing of mixtures with increased viscosity (significantly higher than the viscosity of water, i.e. more than 50-60 mPa⋅s). For example, at a velocity in the wide part of 1.5 m/s, the velocity in the throat can be from 6 to 12 m/s; such values, as is known from the literature (Abiev RS, Galushko AS Bubbles size and mass transfer in a pulsating flow type apparatus with gas-liquid mixture// Journal of Flow Chemistry (2021) 11, p. 369-391. https://doi.org/10.1007/s41981-021-00177-y; Vasilev MP, Abiev R.Sh. Intensity and efficiency of droplet dispersion: Pulsating flow type apparatus vs. static mixers// Chem. Eng. Res. & Des., 2018, Vol. 137, P. 329-349. DOI: 10.1016/j.cherd.2018.07.029), provide the above effect of gas and liquid dispersion.

Более высокие значения коэффициента п (от 1/4 до 1/2) обеспечивают менее существенное изменение площади поперечного сечения горловины Sг по сравнению с площадью поперечного сечения Sш участка с наибольшим поперечным сечением, при этом происходит увеличение скорости в горловине wг от 2 до 4 раз. Такого уровня увеличения скорости в горловине вполне достаточно для перемешивания растворов на основе общего растворителя (например, воды), гомогенизации смесей с относительно низкой вязкостью (примерно соответствующей вязкости воды). Например, при скорости в широкой части 1,5 м/с скорость в горловине может составлять от 3 до 6 м/с; такие значения не приводят к чрезмерно высокому уровню удельной скорости диссипации энергии, но позволяют эффективно осуществлять процессы в маловязких средах.Higher values of the coefficient n (from 1/4 to 1/2) provide a less significant change in the cross-sectional area of the neck S g compared to the cross-sectional area S w of the section with the largest cross-section, while the velocity in the neck w g increases by 2 to 4 times. This level of increase in the velocity in the neck is quite sufficient for mixing solutions based on a common solvent (for example, water), homogenization of mixtures with a relatively low viscosity (approximately corresponding to the viscosity of water). For example, at a velocity in the wide part of 1.5 m/s, the velocity in the neck can be from 3 to 6 m/s; such values do not lead to an excessively high level of specific energy dissipation velocity, but allow for efficient implementation of processes in low-viscosity media.

Колодки могут быть выполнены из конструкционных металлов или сплавов (из различных марок сталей, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов), из твердых полимеров (полипропилена, поливинилхлорида), в то числе армированных, а также (при использовании в системах с низким и умеренным давлением) - из твердых сортов древесины (дуба, бука, ясеня, березы).The pads can be made of structural metals or alloys (various grades of steel, brass, bronze, aluminum alloys), of hard polymers (polypropylene, polyvinyl chloride), including reinforced ones, and also (when used in systems with low and moderate pressure) - of hard wood (oak, beech, ash, birch).

Предпочтительными являются следующие линейные и угловые размеры внутренней поверхности канала 1, формируемого колодками 9а и 9б; аналогичные рекомендации распространяются и на форму колодок. Отношение площадей поперечного сечения горловины 4 и участка 6 с наибольшим поперечным сечением определяется расчетной формулой (1). Угол при вершине конуса в зоне сужения 3 рекомендуется выполнять в интервале от 30° до 65° (более высокие значения приведут к увеличению гидравлического сопротивления, более низкие - к нерациональному увеличению длины канала и колодок). Угол при вершине конуса в зоне расширения 5 рекомендуется выполнять в интервале от 4° до 14° (более высокие значения приведут к отрыву потока от стенок канала, возникновению возвратных течений и увеличению гидравлического сопротивления, более низкие - к нерациональному увеличению длины канала и колодок). Отношение длины горловины к ее диаметру рекомендуется выполнять в интервале от 1,5 до 4,0. Отношение длины зоны 6 (с постоянным максимальным сечением) к ее диаметру рекомендуется выполнять в интервале от 1,0 до 4,0. В случае выполнения поперечного сечения канала 1 некруглой формы данные рекомендации могут быть применены по отношению к эквивалентному диаметру dе канала в текущем сечении, который рассчитывают по известной формулеThe following linear and angular dimensions of the inner surface of channel 1 formed by shoes 9a and 9b are preferable; similar recommendations apply to the shape of the shoes. The ratio of the cross-sectional areas of neck 4 and section 6 with the largest cross-section is determined by calculation formula (1). The angle at the cone apex in narrowing zone 3 is recommended to be in the range from 30° to 65° (higher values will lead to an increase in hydraulic resistance, lower values - to an irrational increase in the length of the channel and shoes). The angle at the cone apex in expansion zone 5 is recommended to be in the range from 4° to 14° (higher values will lead to flow separation from the channel walls, the occurrence of return flows and an increase in hydraulic resistance, lower values - to an irrational increase in the length of the channel and shoes). The ratio of the neck length to its diameter is recommended to be in the range from 1.5 to 4.0. The ratio of the length of zone 6 (with a constant maximum cross-section) to its diameter is recommended to be performed in the range from 1.0 to 4.0. In the case of performing a non-circular cross-section of channel 1, these recommendations can be applied in relation to the equivalent diameter d e of the channel in the current cross-section, which is calculated using the well-known formula

где S - площадь поперечного сечения рассматриваемого произвольного сечения канала 1, м2; П - периметр указанного сечения, м.where S is the cross-sectional area of the considered arbitrary section of the channel 1, m2 ; П is the perimeter of the specified section, m.

На Фиг. 5 показан один из вариантов исполнения зоны сужения 3: на Фиг. 5а - поперечное сечение широкой части (участка 6 с наибольшим поперечным сечением) диаметром D, на Фиг. 5г - поперечное сечение горловины 4 эллиптической формы с полуосями 2а и 2b. На Фиг. 5б показаны образующие линии зоны сужения 3, соединяющие участок 6с горловиной 4в продольном сечении канала 1, проходящего через меньшую полуось эллипса 2b, а на Фиг. 5в представлены аналогичные образующие линии, соединяющие участок 6 с горловиной 4 в продольной плоскости, проходящей через большую полуось эллипса 2а.Fig. 5 shows one of the embodiments of the constriction zone 3: Fig. 5a is a cross-section of the wide part (section 6 with the largest cross-section) with a diameter D, Fig. 5g is a cross-section of the neck 4 of an elliptical shape with semi-axes 2a and 2b. Fig. 5b shows the generating lines of the constriction zone 3, connecting section 6 with the neck 4 in the longitudinal section of the channel 1, passing through the minor semi-axis of the ellipse 2b, and Fig. 5c shows similar generating lines connecting section 6 with the neck 4 in the longitudinal plane passing through the major semi-axis of the ellipse 2a.

Приведенные выше рекомендации по угловым размерам относятся к наименьшему из двух углов, показанных на Фиг. 5б и Фиг. 5в (т.е. к углу 2а) в сечении участков сужения. Аналогичные рекомендации применимы и к участкам расширения.The above recommendations for angular dimensions apply to the smaller of the two angles shown in Fig. 5b and Fig. 5c (i.e., angle 2a) in the section of the narrowing sections. Similar recommendations apply to the widening sections.

При форме поперечного сечения горловины, отличающейся от эллиптической (Фиг. 3б, Фиг. 3в, Фиг. 3г), все приведенные выше рекомендации по угловым размерам относятся к наименьшему размеру в поперечном сечении горловины 4.For a neck cross-section shape other than elliptical (Fig. 3b, Fig. 3c, Fig. 3d), all of the above recommendations for angular dimensions apply to the smallest dimension in the neck cross-section 4.

Продольная форма образующих внутренней поверхности колодок предпочтительно линейная, но может быть и иной плавной формы.The longitudinal shape of the inner surface of the pads is preferably linear, but can also be of another smooth shape.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Сборка пульсационного аппарата проточного типа осуществляется путем размещения на горизонтальной поверхности вдоль прямой линии нижних колодок 9б с заданным между ними расстоянием, укладкой в них шланга с расчетным внутренним диаметром мм из полимерного или эластомерного материала, в том числе армированного, размещения сверху колодок 9б ответных частей - колодок 9а, установкой в отверстиях, изготовленных в колодках 9а и 96 шпилек, накручивание на них гаек с шайбами и стягиванием гаек до момента полного соприкосновения колодок 9а и 9б.The assembly of the flow-type pulsating apparatus is carried out by placing the lower pads 9b on a horizontal surface along a straight line with a specified distance between them, laying a hose with a calculated internal diameter of mm made of a polymer or elastomer material, including reinforced, in them, placing the mating parts - pads 9a - on top of the pads 9b, installing studs in the holes made in the pads 9a and 96, screwing nuts with washers onto them and tightening the nuts until the pads 9a and 9b are in complete contact.

В результате стягивания резьбовых элементов (шпилек с гайками и шайбами) происходит деформация шланга, уложенного в колодки таким образом, что шланг принимает форму внутренней поверхности колодок 9а и 9б, как показано на Фиг. 1а - Фиг. 1в.As a result of tightening the threaded elements (studs with nuts and washers), the hose placed in the blocks is deformed in such a way that the hose takes the shape of the inner surface of the blocks 9a and 9b, as shown in Fig. 1a - Fig. 1c.

В общем случае форма внутренней поверхности в зоне горловины 4 может быть иной; например, такой, как показано на Фиг. 3а - Фиг. 3 г.In general, the shape of the inner surface in the neck area 4 may be different; for example, as shown in Fig. 3a - Fig. 3d.

После сборки в каналы 1 подают обрабатываемые среды с заданным расходом. В результате изменения скорости в зонах сужения, горловин и расширения потока происходит интенсивное диспергирование дисперсной фазы (газа или жидкости), интенсивное перемешивание растворов, что способствует интенсификации массопереноса в аппарате.After assembly, the processed media are fed into channels 1 at a given flow rate. As a result of the change in speed in the zones of narrowing, throats and expansion of the flow, intensive dispersion of the dispersed phase (gas or liquid) and intensive mixing of solutions occur, which contributes to the intensification of mass transfer in the device.

При необходимости очистки внутренней поверхности каналов 1 из полимерных, эластомерных и композиционных материалов на их основе стягивающие устройства могут быть ослаблены, и шланг принимает форму, близкую к исходной, что позволяет очищать внутреннюю поверхность каналов, используя механические методы, а также внешнее воздействие на стенки каналов 1 - смятие, изгиб, ультразвуковое воздействие, что способствует отделению отложений от стенок.If it is necessary to clean the inner surface of channels 1 made of polymer, elastomer and composite materials based on them, the tightening devices can be loosened, and the hose takes a shape close to the original, which allows cleaning the inner surface of the channels using mechanical methods, as well as external impact on the walls of the channels 1 - crushing, bending, ultrasonic impact, which helps to separate deposits from the walls.

Процедура сборки и работа предлагаемого устройства изложены также в нижеследующих примерах конкретного выполнения.The assembly procedure and operation of the proposed device are also described in the following examples of specific implementation.

Пример конкретного выполнения 1. Пульсационный аппарат проточного типа содержит один канал 1, который включает в себя три участка 7 с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, перемежающихся четырьмя участками 8 постоянного поперечного сечения диаметром 20 мм, как показано на Фиг. 1. Канал 1 выполнен из шланга с внутренним диаметром 20 мм и толщиной стенок 2,5 мм, материалом которого является пластифицированный поливинлхлорид, армированный диагональной сеткой из нейлоновых нитей, что позволяет использовать его для большинства растворов сильных кислот при умеренных температурах (не более 80-100°С). Рабочее давление такого шланга может достигать 10 бар.Example of specific implementation 1. The flow-type pulsating apparatus contains one channel 1, which includes three sections 7 with a cross-section periodically changing in length, alternating with four sections 8 of a constant cross-section with a diameter of 20 mm, as shown in Fig. 1. Channel 1 is made of a hose with an internal diameter of 20 mm and a wall thickness of 2.5 mm, the material of which is plasticized polyvinyl chloride, reinforced with a diagonal mesh of nylon threads, which allows it to be used for most solutions of strong acids at moderate temperatures (no more than 80-100 ° C). The working pressure of such a hose can reach 10 bar.

Каждый из участков 7 с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, содержит три фасонных элемента 2 типа трубы (сопла) Вентури, присоединенных друг к другу последовательно. Элементы 2 типа трубы (сопла) Вентури включают зону сужения 3, горловину 4, зону расширения 5, зону 6 с постоянным максимальным сечением. Три фасонных элемента 2 типа трубы (сопла) Вентури сформированы парой колодок 9а и 9б длиной 400 мм каждая (общая длина 1200 мм), выполненными из стали 40, с фасонной внутренней поверхностью, выполненной в соответствии со схемой, представленной на Фиг. 1. Стягивающими элементами служат шпильки М8 с гайками и шайбами, все выполнены из стали 20X13, по 2 шпильки на каждые 80 мм длины колодок 9а и 9б. Горловина 4 канала 1 после обжатия в колодках 9а и 9б имеет диаметр 10 мм. Таким образом, площади широкой части (участка с наибольшим поперечным сечением) и горловины связаны расчетной формулой (1) с коэффициентом n=1/4. Аппарат с таким значением коэффициента п является универсальным и пригоден, как показывают результаты исследований, как для процессов с растворением частиц твердой фазы, диспергированием жидкости или газа, так и для процессов смешения растворов.Each of the sections 7 with a cross-section periodically changing in length contains three shaped elements of type 2 of the Venturi pipe (nozzle), connected to each other in series. Elements of type 2 of the Venturi pipe (nozzle) include a narrowing zone 3, a neck 4, an expansion zone 5, a zone 6 with a constant maximum cross-section. Three shaped elements of type 2 of the Venturi pipe (nozzle) are formed by a pair of shoes 9a and 9b, each 400 mm long (total length 1200 mm), made of steel 40, with a shaped inner surface made in accordance with the diagram shown in Fig. 1. The tightening elements are M8 studs with nuts and washers, all made of steel 20X13, 2 studs for every 80 mm of the length of shoes 9a and 9b. The neck 4 of channel 1 after compression in blocks 9a and 9b has a diameter of 10 mm. Thus, the areas of the wide part (the section with the largest cross-section) and the neck are related by the calculation formula (1) with the coefficient n=1/4. The device with such a value of the coefficient n is universal and suitable, as the results of studies show, both for processes with the dissolution of solid phase particles, dispersion of liquid or gas, and for the processes of mixing solutions.

Внутренняя поверхность колодок обеспечивает плавное уменьшение внутреннего диаметра каналов с 20 мм до 10 мм в зоне сужения 3 конической формы (угол сужения при вершине конуса составляет 35°), и последующее плавное увеличение поперечного сечения в зоне расширения 5 конической формы (угол расширения при вершине конуса составляет 12°). Длина каждого из участков 8 постоянного (максимального) поперечного сечения составляет 600 мм (общая длина 2400 мм). Таким образом, общая длина канала 1 составляет 1200+2400=3600 мм.The inner surface of the pads provides a smooth decrease in the internal diameter of the channels from 20 mm to 10 mm in the conical constriction zone 3 (the constriction angle at the cone apex is 35°), and a subsequent smooth increase in the cross-section in the conical expansion zone 5 (the expansion angle at the cone apex is 12°). The length of each of the sections 8 of the constant (maximum) cross-section is 600 mm (the total length is 2400 mm). Thus, the total length of channel 1 is 1200+2400=3600 mm.

Сборка пульсационного аппарата проточного типа указанной геометрии осуществляется путем размещения на горизонтальной поверхности вдоль прямой линии нижних колодок 9б с заданным между ними расстоянием (600 мм в данном примере), укладкой в них шланга с внутренним диаметром 20 мм из пластифицированного поливинлхлорида, армированного сеткой, размещения сверху колодок 9б ответных частей - колодок 9а, установкой в отверстиях, изготовленных в колодках 9а и 9б шпилек, накручивание на них гаек с шайбами и стягиванием гаек до момента полного соприкосновения колодок 9а и 9б.The assembly of the flow-type pulsating apparatus of the specified geometry is carried out by placing the lower pads 9b on a horizontal surface along a straight line with a specified distance between them (600 mm in this example), laying a hose with an internal diameter of 20 mm made of plasticized polyvinyl chloride, reinforced with a mesh, in them, placing the mating parts - pads 9a - on top of the pads 9b, installing studs in the holes made in the pads 9a and 9b, screwing nuts with washers onto them and tightening the nuts until the pads 9a and 9b are in complete contact.

Вся процедура сборки аппарата одним слесарем-монтажником занимает не более 40-50 минут, а процедура разборки (при необходимости очистки или замены вышедших из строя в результате старения материалов каналов 1) занимает не более 20 минут. Это значительно сокращает эксплуатационные затраты, повышается удобство в эксплуатации. Суммарная стоимость исходных материалов для изготовления аппарата по предлагаемому изобретению - шланга, колодок и стягивающих элементов составляет ориентировочно 45000 рублей в ценах 2024 года и существенно ниже, чем стоимость материалов для изготовления аппарата такой же геометрии из труб и круглого проката (прутка) из хромоникелевой стали, с последующей их шлифовкой, полировкой и сваркой (ориентировочно 250000 рублей в ценах 2024 года), выполненного по изобретению-прототипу.The entire assembly procedure of the device by one fitter takes no more than 40-50 minutes, and the disassembly procedure (if necessary to clean or replace the materials of channels 1 that have failed due to aging) takes no more than 20 minutes. This significantly reduces operating costs and increases ease of use. The total cost of the source materials for the manufacture of the device according to the proposed invention - a hose, pads and tightening elements - is approximately 45,000 rubles in 2024 prices and is significantly lower than the cost of materials for the manufacture of a device of the same geometry from pipes and round rolled products (rod) made of chromium-nickel steel, with their subsequent grinding, polishing and welding (approximately 250,000 rubles in 2024 prices), made according to the prototype invention.

Таким образом, и капитальные, и эксплуатационные расходы при использовании предлагаемого изобретения существенно ниже, чем для известного решения. Происходит упрощение конструкции аппарата, снижение себестоимости его изготовления, расширение возможностей по выбору коррозионностойких материалов, повышение удобства в эксплуатации.Thus, both capital and operating costs when using the proposed invention are significantly lower than for the known solution. The design of the device is simplified, the cost of its manufacture is reduced, the possibilities for choosing corrosion-resistant materials are expanded, and ease of use is increased.

Пример конкретного выполнения 2. Аппарат по предлагаемому изобретению содержит четыре параллельных канала 1, сформированных колодками 9а и 9б с четырьмя параллельными внутренними поверхностями, как показано на Фиг. 1а и Фиг. 1б, а также на Фиг. 3. Канал 1 выполнен из шланга, материалом которого является силикон, заключенный в проволочную сетку (оплетку) из хромоникелевой стали.Example of specific implementation 2. The apparatus according to the proposed invention contains four parallel channels 1 formed by blocks 9a and 9b with four parallel internal surfaces, as shown in Fig. 1a and Fig. 1b, as well as in Fig. 3. Channel 1 is made of a hose, the material of which is silicone, enclosed in a wire mesh (braid) made of chromium-nickel steel.

Диаметр зоны с постоянным максимальным сечением составляет 60,0 мм. Горловина 4 имеет форму эллипса (Фиг. 3а) с длиной полуосей а=15 мм, b=7,5 мм (как показано на Фиг. 5), эквивалентный диаметр горловины 4 (в пересчете на площадь круглого сечения) составляет 21,213 мм. Площади поперечного сечения горловины 4 и зоны 6 с постоянным максимальным сечением соотносятся согласно расчетной формуле (1) с коэффициентом n=1/8. Это позволяет, как показывают результаты исследований, осуществлять процессы, требующие высоких скоростей движения потока, а значит, и более высоких значений удельной скорости диссипации энергии, например, диспергирование газа в жидкости или эмульгирование. По этой причине аппарат указанной конфигурации может быть использован, например, для проведения биохимических процессов (выращивание аэробной биомассы, требующей насыщения культуральной жидкости кислородом).The diameter of the zone with a constant maximum cross-section is 60.0 mm. The neck 4 has the shape of an ellipse (Fig. 3a) with the length of the semi-axes a = 15 mm, b = 7.5 mm (as shown in Fig. 5), the equivalent diameter of the neck 4 (in terms of the area of the circular cross-section) is 21.213 mm. The cross-sectional areas of the neck 4 and the zone 6 with a constant maximum cross-section are related according to the calculation formula (1) with a coefficient n = 1/8. This allows, as shown by the research results, to carry out processes that require high flow rates, and therefore higher values of the specific rate of energy dissipation, for example, gas dispersion in liquid or emulsification. For this reason, the apparatus of the specified configuration can be used, for example, for carrying out biochemical processes (growing aerobic biomass, requiring saturation of the culture liquid with oxygen).

Длина колодок составляет 1200 мм, их ширина 360 мм. В каждом канале колодок формируется три последовательных элемента типа труба Вентури, по пять колодок 9а и 96. Таким образом, общая длина шланга в колодках составит 6000 мм, а суммарная длина шести участков 6 с максимальным диаметром (1500 мм каждый) составит 9000 мм. Суммарная длина каждого из четырех параллельных каналов составляет 15 м, что позволяет обеспечить необходимое время пребывания. При необходимости каналы 1 могут быть включены в рецикл, для достижения еще более высоких значений времени пребывания.The length of the pads is 1200 mm, their width is 360 mm. In each channel of the pads, three consecutive elements of the Venturi tube type are formed, five pads 9a and 96. Thus, the total length of the hose in the pads will be 6000 mm, and the total length of six sections 6 with a maximum diameter (1500 mm each) will be 9000 mm. The total length of each of the four parallel channels is 15 m, which ensures the required residence time. If necessary, channels 1 can be included in the recycle to achieve even higher residence times.

Пример конкретного выполнения 3. Аппарат по предлагаемому изобретению содержит шестнадцать параллельных каналов 1, сформированных пакетом (стеком) из четырех колодок 9а и 96, как показано на Фиг. 4. Как и в примере 2 конкретного выполнения, диаметр зоны с постоянным максимальным сечением составляет 60,0 мм, но горловина 4 имеет форму эллипса (Фиг. 3а) с длиной полуосей а=30 мм, b=15 мм (как показано на Фиг. 5). При этом уменьшение площади поперечного сечения менее существенное, т.е. коэффициент в формуле (1) имеет значение n=1/2. Такое значение, как показывают результаты исследований, позволяет обеспечить условия, достаточные для перемешивания однородных растворов, например, двух и более водных растворов. Остальные геометрические параметры канала и колодок такие же, как в примере 2, но шланг выполнен из силикона с толщиной стенок 5 мм без дополнительного армирования. Отсутствие необходимости в армировании обусловлена пониженным давлением в аппарате, что, в свою очередь, связано со сниженным гидравлическим сопротивлением аппарата.Specific embodiment example 3. The apparatus according to the proposed invention contains sixteen parallel channels 1 formed by a stack of four blocks 9a and 96, as shown in Fig. 4. As in specific embodiment example 2, the diameter of the zone with a constant maximum cross-section is 60.0 mm, but the neck 4 has the shape of an ellipse (Fig. 3a) with the length of the semi-axes a=30 mm, b=15 mm (as shown in Fig. 5). In this case, the decrease in the cross-sectional area is less significant, i.e. the coefficient in formula (1) has the value n=1/2. Such a value, as shown by the research results, makes it possible to provide conditions sufficient for mixing homogeneous solutions, for example, two or more aqueous solutions. The remaining geometric parameters of the channel and blocks are the same as in example 2, but the hose is made of silicone with a wall thickness of 5 mm without additional reinforcement. The lack of need for reinforcement is due to the reduced pressure in the apparatus, which, in turn, is associated with the reduced hydraulic resistance of the apparatus.

Таким образом, представленные примеры демонстрируют упрощение конструкции аппарата, снижение себестоимости его изготовления, расширение возможностей по выбору коррозионностойких материалов, повышение удобства в эксплуатации.Thus, the presented examples demonstrate the simplification of the device design, reduction of its manufacturing cost, expansion of the possibilities for choosing corrosion-resistant materials, and increased ease of use.

n - коэффициент, принимаемый в интервале от 1/8 до 1/2.n is a coefficient taken in the range from 1/8 to 1/2.

Предлагаемое устройство позволяет упростить конструкцию аппарата, снизить себестоимость его изготовления, расширить возможности по выбору коррозионностойких материалов, повысить удобство в эксплуатации.The proposed device allows to simplify the design of the device, reduce the cost of its production, expand the possibilities for choosing corrosion-resistant materials, and increase ease of use.

Claims (5)

Пульсационный аппарат проточного типа, содержащий один или несколько параллельных каналов, каждый из которых включает в себя несколько участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, перемежающихся участками постоянного поперечного сечения, при этом каждый из участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, содержит несколько фасонных элементов типа трубы Вентури, присоединенных друг к другу последовательно, элементы типа трубы Вентури включают зону сужения, горловину, зону расширения, зону с постоянным максимальным сечением, а к концам участков с поперечным сечением, периодически изменяющимся по длине, присоединены участки постоянного поперечного сечения, отличающийся тем, что каналы выполнены из деформируемых трубчатых изделий, зажатых при помощи стягивающих устройств между фасонными колодками, внутренняя поверхность которых формирует необходимую поверхность трубчатых элементов, а площадь горловины каждого канала рассчитывают согласно формулеA flow-type pulsating apparatus comprising one or more parallel channels, each of which includes several sections with a cross-section periodically changing in length, alternating with sections of constant cross-section, wherein each of the sections with a cross-section periodically changing in length contains several shaped elements of the Venturi tube type, connected to each other in series, the elements of the Venturi tube type include a narrowing zone, a neck, an expansion zone, a zone with a constant maximum cross-section, and sections of constant cross-section are connected to the ends of the sections with a cross-section periodically changing in length, characterized in that the channels are made of deformable tubular products clamped by means of tightening devices between shaped shoes, the inner surface of which forms the required surface of the tubular elements, and the area of the neck of each channel is calculated according to the formula где Sг - площадь поперечного сечения горловины, м2;where S g is the cross-sectional area of the neck, m 2 ; Sш - площадь поперечного сечения участка с наибольшим поперечным сечением, м2;S ш - cross-sectional area of the section with the largest cross-section, m2 ; n - коэффициент, принимаемый в интервале от 1/8 до 1/2.n is a coefficient taken in the range from 1/8 to 1/2.
RU2024134960A 2024-11-20 Flow-type pulsation apparatus RU2841943C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2841943C1 true RU2841943C1 (en) 2025-06-18

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184595C1 (en) * 2000-11-30 2002-07-10 Руфат Шовкет оглы Абиев Pulsation apparatus for treatment of solid particles with liquid and method of its operation
RU2186614C2 (en) * 2000-09-07 2002-08-10 Руфат Шовкет оглы Абиев Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems
US20020119082A1 (en) * 2000-12-27 2002-08-29 Didier Letourneur Flow control in a three-phase monolithic catalyst reactor
RU2264847C2 (en) * 2004-02-03 2005-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization
RU2342990C1 (en) * 2007-05-04 2009-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of mass-exchange and reaction processes in liquid-liquid, liquid-gas systems and associated plant (versions)
RU2379098C1 (en) * 2008-10-29 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsed-centrifugal agitator
RU2664917C1 (en) * 2017-06-13 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsation apparatus with the two-stepped pulse tube and with the additional nozzle section
RU2747526C1 (en) * 2020-09-18 2021-05-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsating apparatus for conducting mass-exchange and reaction processes in single-phase and multi-phase media

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2186614C2 (en) * 2000-09-07 2002-08-10 Руфат Шовкет оглы Абиев Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems
RU2184595C1 (en) * 2000-11-30 2002-07-10 Руфат Шовкет оглы Абиев Pulsation apparatus for treatment of solid particles with liquid and method of its operation
US20020119082A1 (en) * 2000-12-27 2002-08-29 Didier Letourneur Flow control in a three-phase monolithic catalyst reactor
RU2264847C2 (en) * 2004-02-03 2005-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization
RU2342990C1 (en) * 2007-05-04 2009-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of mass-exchange and reaction processes in liquid-liquid, liquid-gas systems and associated plant (versions)
RU2379098C1 (en) * 2008-10-29 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsed-centrifugal agitator
RU2664917C1 (en) * 2017-06-13 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsation apparatus with the two-stepped pulse tube and with the additional nozzle section
RU2747526C1 (en) * 2020-09-18 2021-05-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsating apparatus for conducting mass-exchange and reaction processes in single-phase and multi-phase media

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11661552B2 (en) Hydrothermal liquefaction system
JP2006289250A (en) Micromixer and fluid mixing method using the same
CN107875949A (en) Improved Tubular Reactor and Process
RU2841943C1 (en) Flow-type pulsation apparatus
RU2186614C2 (en) Apparatus and method of interaction of phases in gas- to-liquid and liquid-to-liquid systems
JP2010082533A (en) Mixer
CN108698002A (en) Rotary Tube Mixer and Method of Mixing
CN205570123U (en) Static mixing arrangement of fluid with wave pipeline
US7549437B2 (en) Valve and fluid system having that valve
US3430770A (en) Reverse osmosis apparatus
JP6411399B2 (en) Microbubble generator
KR101022542B1 (en) Liquid, liquid, liquid, and gas micromixers
US20050019232A1 (en) Production and processing plant with a rigid pipe portion curving in three dimensions
CN218755351U (en) Ultrasonic and hydraulic integrated cavitation demulsification device
CN111825087B (en) Ultrasonic runner reaction device for graphene preparation process
CN105384238B (en) Differential pressure type air-diffuser
CN108686593B (en) Multiscale Microstructure Reactor
US20240299994A1 (en) Method for cleaning equipment with a hollow sealed circuit and rinsing solution for its embodiment
CN223393252U (en) Micro-jet homogenizing cavity
JP2011056353A (en) Piping washing method
CN112138622B (en) A packing component and a pipeline reactor containing the same
US20250249415A1 (en) Housing with mixer apparatus for fluid mixing
CN205925587U (en) Pipeline agitator
JPH1128307A (en) Degassing device and degassing method
RU2483791C1 (en) Hydrostatic mixer (versions)