SU1720700A2

SU1720700A2 - Вихревой гомогенизатор-смеситель

Info

Publication number: SU1720700A2
Application number: SU904816050A
Authority: SU
Inventors: Борис Васильевич Завгородний
Original assignee: Б.В.Завгородний
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение может найти применение дл получени высококачественных различного типа эмульсий, гомогенизированных растворов, легких суспензий. Оно обеспечивает работу устройства в системах с повы- шенным сопротивлением на выходе готового продукта, улучшение качества смеси . Вихревой гомогенизатор-смеситель содержит смесительную камеру, в стенках которой выполнены две пары тангенциальных впускных каналов. Смеситель снабжен распределительной головкой, имеющей две пары направл ющих каналов, сопр женных с тангенциальным впускными каналами, и соплами, установленными в направл ющих каналах с зазором по отношению к входу тангенциальных впускных каналов. Зазоры сообщены с помощью сверлений со штуцерами ввода диспергируемого компонента. Распределительна головка выполнена сменной с соплами разного диаметра. Сопла установлены с возможностью перемещени вдоль оси направл ющих каналов и снабжены заглушками. Наибольша производительность устройства достигаес при пониженном давлении в системе готового продукта, при этом один поток диспергируемого компонента поступает на вход тангенциальных каналов, а другой поток вступает в энергообмен и перемешиваетс с вращающимс озвученным потоком жидкости в смесительной камере. Каждый из потоков диспергируемого компонента имеет независимое количество регулировани . 1 з.п. ф-лы, 4 ил. сл с

Description

Изобретение преимущественно может примен тьс в системах топливоподготовки судовых дизелей, котлоагрегатов, газовых турбин, переведенных на работу с использованием водотопливной эмульсии, а также в процессах компаундировани топлив, масел , введени присадок, приготовлени суспензий и других процессах, требующих перемешивани жидкостей, и вл етс усовершенствованием устройства по а вт.св. № 1526798.

Приготовление высококонцентрированных , высококачественных водотоплив- ных эмульсий (ВТЭ) с целью обеспечени

наибольшей эффективности работы мощных энергетических установок, св зано с необходимостью диспергировани в смесител х больших объемов водной фазы, что вл етс сложной технической задачей. Измельчение частиц воды происходит, если силы , вызывающие перемещение частицы в топливной среде, по величине больше сил поверхностного нат жени сокращающейс по размеру частицы. С уменьшением размера частицы силы поверхностного нат жени растут и, если силы деформации, врем , путь относительного перемещени дл диспергируемого объема в топливной

SJ

ю о

XI

о о

М

среде окажутс , недостаточными, в составе эмульсии по вл ютс крупные капли и вода в слоеном виде, отрицательно воздействующие на состо ние топливной аппаратуры дизелей. Эффективность от применени ВТЗ при этом снижаетс .

Следовательно, устройства, примен емые дл диспергировани жидкостей, долж- ны иметь высокую интенсивность, достаточную длительность энергообменных процессов при взаимодействии смешиваемых жидкостей, затраты энергии на приготовление эмульсии должны быть минимальными.

Учитыва , что силы в рабочих органах смесительных устройств остаютс посто нными , превышение количества подачи воды в смесители приводит к ухудшению качества эмульсии. По услови м работы в топлив- ных системах потребителей возникает необходимость включени диспергаторов на участках систем с повышенным давлением , например на нагнетательном участке топливоподающего насоса перед фильтрами тонкой очистки дизелей. Такое включение гидродинамических смесителей-гомогенизаторов позвол ет осуществл ть диспергирование с использованием штатных топливоподающих насосов дизелей, производить гомогенизацию топливной среды непосредственно перед фильтрами, сокращает энергетические затраты на приготовление ВТЭ, позвол ет вследствие снижени трудоемкости на изготовление ускорить внедрение устройств в производстве.

Наиболее близким к изобретению вл етс вихревой гомогенизатор-смеситель, примен емый дл гомогенизации жидкостей , приготовлени эмульсий, суспензий, контактного теплообмена потоков, в основном- используемый дл приготовлени во- дотопливных эмульсий на основе средне- и высоков зких моторных топлив. Известный смеситель содержит смесительную камеру, в стенках которой выполнены две пары профилированных закручивающих впускных каналов дл топлива. Каналы выполнены тангенциальными и сопр жены с выточками , выполненными в стенках камеры. Смесительна камера выполнена с плавно сужающимс сечением. Вода подводитс через устройство, размещенное по оси камеры , снабженное средством дл изменени проходного сечени радиальных каналов дл подачи воды. Данное устройство наиболее эффективно действует от автономного электронасосного агрегата и при условии пониженного сопротивлени в трубопроводе готового продукта.

Увеличение сопротивлени в отвод щем трубопроводе за устройством вызывает повышение давлени в смесительной камере, при этом подача диспергируемого

компонента в смесительную камеру становитс затруднительной, а затем по мере возрастани давлени прекращаетс . В то же врем энерги массообмена жидкостей в тангенциальных впускных каналах смеси0 тельной камеры используетс не полностью .

Цель изобретени - повышение производительности устройства по диспергируемому количеству компонента, повышение

5 качества смеси и обеспечение работы устройства в системах с повышенным сопротивлением на выходе готового продукта, например при работе в топливной системе дизелей в процессе гомогенизации топлив0 ной среды и приготовлени водотопливной эмульсии.

Поставленна цель достигаетс тем, что в гомогенизаторе-смесителе один поток диспергируемого компонента поступает на

5 вход тангенциальных впускных каналов и перемешиваетс в интенсивных турбулентных вихр х диспергирующего потока при его движении через каналы, а другой поток диспергируемого компонента вступает в

0 энергообмен и перемешиваетс с вращающимс озвученным вихревым потоком жидкости в смесительной камере. При работе устройства диспергирующа жидкость

5 вводитс в тангенциальные впускные каналы через размещенные в распределительной головке направл ющие каналы с соплами, на выходе из которых скорость струи жидкости возрастает, сечение сжима0 етс , вследствие этого на входе тангенциальных каналов создаетс область разрежени , в которую всасываетс диспергируемый компонент, В промежутке между сжатым сечением струи и стенками

5 каналов возникает интенсивна вихрева зона, где диспергируемый компонент интенсивно перемешиваетс , вт гиваетс в турбулентный поток и в услови х высокочастотной пульсации скоростей и давлений из0 мельчаетс до мелкодисперсного состо ни . Частота пульсаций скоростей и давлений в турбулентном потоке обусловливаетс амплитудой колебани поперечной скорости, наход щейс в

5 функциональной зависимости от формы, площади поперечного сечени и длины канала . При равном значении скоростей интенсивность турбулентных .вихрей и, следовательно, обмен количеством движени между сло ми потока в каналах с пр моугольным сечением пб сравнению с

каналами круглого сечени возрастает. Поэтому с целью высокодисперсного измельчени диспергируемого компонента в сло х двухфазного потока в предлагаемом устройстве выбрана пр моугольна форма танген- циальных каналов и увеличено их количество. Примен емое ступенчатое совмещение сопл с пр моугольным сечением тангенциальных впускных каналов смесительной камеры гарантирует отрыв диспергирующего потока от стенок каналов в районе подвода диспергируемого компонента при значительном изменении параметров состо ни диспергирующего потока жидкости, что повышает надежность работы устройства. Выход щий из тангенциальных каналов поток в смесительной камере приобретает вращение, сход щие в острых задних кромок каналов вихри перемещаютс по направлению вращени потока, образу цепочку вихрей. Этот процесс приводит к пульсации давлени в потоке и вл етс первопричиной возникновени ультразвуковых колебаний и кавитационных зон, в которых частицы диспегируемого компонента , твердые частицы карбенов и карбо- идов измельчаютс . Центробежные силы во вращающемс потоке создают наибольшие напр жени в плоскости тангенциальных каналов, где диаметр смесительной камеры максимальный, в результате давление жидкости в каналах возрастает. В соответствии с формулой

Р2-Р1

р ( R% (л) - R а)) 2

где Pi - давление среды на выходе готового продукта из смесительной камеры;

2 - давление среды на уровне тангенциальных каналов;

р- плотность среды;

(а-углова скорость потока;

RI - радиус выходного отверсти смесительной камеры;

Ra - радиус смесительной камеры на уровне тангенциальных каналов.

Кинетическа энерги вращающегос в смесительной камере потока трансформируетс в потенциальную энергию, при этом давление в тангенциальных впускных каналах повышаетс , обмен количеством движени между сло ми жидкости интенсифицируетс , в результате диспергируемое вещество перемешиваетс в основном потоке, степень измельчени его частиц увеличиваетс . Слои жидкости под воздействием центробежных сил в смесительной камере сжимаютс , в ее центре образуетс объем, не зан тый жидкостью, в форме вращающегос параболоида, со стороны внутренних стенок которого из подво- д щего устройствавводитс

5 диспергируемый компонент. Значительное повышение сопротивлени в трубопроводе готового продукта приводит к повышению давлени в смесительной камере, свободный от жидкости объем заполн етс , ввод 10 диспергируемого компонента из подвод щего устройства, размещенного в центре объема смесительной камеры, становитс затруднительным и при определенном значении давлени прекращаетс . Благодар 5 вращающемус потоку в смесительной камере повышение давлени на выходе готового продукта не вызывает снижени величины перепада давлени на входе и выходе жидкости из тангенциальных каналов, 0 что обеспечивает неизменность выполнени в них работы по измельчению диспер- тируемого компонента. Направл ющие каналы с соплами в распределительной головке с целью регулировани процесса пе- 5 рекрываютс заглушками, при этом часть тангенциальных каналов выводитс из действи . В оставшихс в действии тангенциальных каналах процесс диспергировани интенсифицируетс . Регулирование коли- 0 чества одновременно наход щихс в действии каналов выполн етс в зависимости от изменени параметров состо ни жидкости , что позвол ет оптимизировать рабочие процессы в устройстве.

5 Подвод щие каналы с соплами могут выполн тьс сменными. Такое конструктивное решение позвол ет измен ть сечение сопл и регулировать положение их выходной кромки в направлении продольной оси 0 тангенциальных каналов, что также в случае изменени физических характеристик жидкостей увеличивает возможность оптимизации работы устройства.

На фиг.1 изображен вихревой гомогени5 затор-смеситель, продольный разрез; на

фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - узел на

фиг.2.

Гомогенизатор-смеситель содержит 0 фланцы 1 и 2, которыми он подсоедин етс к системе трубопроводов, толстостенную крышку 3, образующую верхнюю часть корпуса . В нижней части корпуса 4 размещена смесительна камера 5, выполненнэ в 5 форме тела вращени с плавно сужающимс сечением, переход щим в диффузор 6-. По оси смесительной камеры установлено устройство 7 дл ввода диспергируемого компонента , подводимого к устройству через штуцеры 8, уплотн емые прокладками 9. Усройство 7 выполнено с радиальными канаами 10, имеющими форму отверстий или ольцевой щели, снабжено средством дл зменени их проходного сечени и расстони выходной кромки от оси камеры. Средтво выполнено, например, в виде сменной аспределительной шайбы 11с отверсти ми , промежуточной регулировочной шайбы 12 и стенки шайбы 13. Шайбы креп тс на штифте 14 с помощью колпачковойгайки 15 прокладки 16. В стенках смесительной камеры выполнены две пары впускных профилированных каналов 17 и 18, направленных тангенциально стенкам смесительной камеры. В стенках смесительной камеры имеютс выточки 19, сопр женные с тангенциальными впускными каналами 17 и 18.

Диспергируема среда подводитс к тангенциальным каналам 17 и 18 через выполненные в распределительной головке 20 направл ющие каналы 21 и 22 с соплами. С целью регулировани производительности и качества смесеобразовани направл ющие каналы 21 перекрываютс вход щими в состав устройства заглушками. Диспергируемый компонент вводитс в тангенциальные каналы из кольцевого канала 23 через зазор между соплами направл ющих каналов 21 и 22 и входной кромкой тангенциаль- мых каналов 17 и 18, Подвод диспергируемого компонента к кольцевому каналу 23 производитс по сверлени м от штуцеров 8. Разьем между распределительной головкой и внешней стенкой смесительной камеры уплотн етс кольцом 24 и прокладкой 25.

Гомогенизатор-смеситель работает следующим образом.

Устройство фланцем 1 подсоедин етс к трубопроводу дл подвода диспергирующего компонента, а фланцем 2 - к трубопроводу готового продукта. Поступа в обьем корпуса, образуемого крышкой 3, диспергирующий компонент через направл ющие каналы 21 и 22 с соплами и тангенциальные впускные каналы 17 и 18 вводитс в смесительную камеру 5. Так как рабочие каналы относительно образующей смесительной камеры расположены тангенциально, поток получает вращение, под действием центробежной силы растекаетс в радиальном направлении, при этом в центре камеры образуетс обьем с пониженным давлением , не зан тый жидкостью.

В режиме работы гомогенизатора-сме- сител с пониженным давлением (примерно 0,2 МПа) на выходе готового продукта подвод диспергируемого компонента одновременно производитс из кольцевого канала

23, на вход впускных тангенциальных каналов 17 и 18 и через подвод щее устройство 7 во вращающийс в смесительной камере 5 вихревой поток.

Вступа в тангенциальных впускных каналах в энергообмен с высокоскоростным диспергирующим потоком, диспергируемое вещество измельчаетс .

Второй поток диспергируемого компо0 нента через радиальные каналы 10 подвод щего устройства 7 вводитс в высокоскоростной вращающийс озвученный поток вихревой смесительной камеры, где в результате обмена количеством дви5 жени ультразвуковых колебаний происходит его измельчение и перемешивание с диспергирующей средой. После перемешивани в тангенциальных каналах и в смесительной камере поток жидкостей через выпускное

0 отверстие поступает в диффузор 6, где в услови х турбулентного движени при пульсации скоростей и давлений продолжаетс их интенсивное перемешивание с постепенным увеличением объема потока. На режиме рабо5 ты гомогенизатора-смесител с двум парами тангенциальных каналов с подводом диспергируемого компонента к тангенциальным каналам и в смесительную камеру производительность устройства достигает

0 максимального значени . С повышением сопротивлени в трубопроводе готового продукта давление жидкости в смесительной камере, в направл ющих каналах с соплами возрастает, и при определенном

5 значении давлени в смесительной камере ввод диспергируемого компонента в нее прекращаетс .

Возрастание давлени диспегирующей среды перед соплами направл ющих кана0 лов приводит к дополнительному сжатию потока на входе тангенциальных каналов, что увеличивает разрежение, количество диспергируемого компонента, поступающего в тангенциальные каналы, также возра5 стает. Сохран ющийс высокий перепад давлени между входом и выходом потока из тангенциальных каналов позвол ете высокой эффективностью осуществл ть в них процесс гомогенизации топливной среды и

0 измельчение диспергируемого компонента. Гомогенизаци топливной среды в тангенциальных каналах реализуетс в высокоскоростном потоке за счет сдвига слоев жидкости , что приводит к интенсивному

5 массообмену, в результате которого происходит измельчение частиц воды, разрушение твердых частиц карбенов и карбоидов, сгустков смол. Выход ща из тангенциальных каналов топливна среда обрабатываетс в смесительной камере ультразвуком,

вызывающим кавитационные влени . Така обработка с концентрацией высокой плотности энергии позвол ет обеспечить высокую гомогенность топлива. Регулирование режимов работы гомогенизатора- смесител выполн етс путем изменени количества одновременно наход щихс в действии впускных тангенциальных каналов , перекрываемых заглушками 26, вход щими в комплект устройства. С изменением количества наход щихс в действии каналов массообменные процессы интенсифицируютс .

Claims

Замена смесительной камеры, осуществл ема в зависимости от физических свойств обрабатываемых жидкостей, позвол ет воздействовать на интенсивность процессов смесеобразовани . С увеличением выходного отверсти камеры растет сечение внутренних стенок вращающегос параболоида , что способствует повышению качества, позвол ет диспергировать в устройстве больший объем жидкости. Формула изобретени 1. Вихревой гомогенизатор-смеситель по авт. св. № 1526798, отличающийс

тем, что, с целью обеспечени работы устройства в системах с повышенным сопротивлением на выходе готового продукта, улучшени качества смеси и увеличени количества диспергируемого компонента за счет включени дополнительных областей массообмена потоков, он снабжен распределительной головкой, имеющей по крайней мере две пары направл ющих каналов,

сопр женных с тангенциальными впускными каналами и соплами, установленными в направл ющих каналах с зазором по отношению к входу тангенциальных впускных каналов, при этом зазоры сообщены с помощью сверлений с штуцерами ввода диспергируемого компонента.
2. Гомогенизатор-смеситель, о т л и ч а- ю щ и и с .тем, что, с целью регулировани

эффективности процесса, распределительна головка выполнена сменной с соплами разного диаметра, при этом сопла установлены с возможностью перемещени вдоль оси направл ющих каналов и снабжены заглушками .

1

Y///S/S//J / /SSSZ/jfS//SS77/S7s

о о r- o

CM

f

sss//rs/ws/sssss/ss/s/s//jrss

П

i

т т шШЯШ Фиг.З

II

26

X

19

ФигЛ