RU180014U1

RU180014U1 - Jet mixer

Info

Publication number: RU180014U1
Application number: RU2018106628U
Authority: RU
Inventors: Георгий Маркелович Сидоров; Рамиль Назифович Бахтизин; Булат Ахметович Яхин; Роберт Загитович Нургалиев
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2018-05-30

Abstract

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкости и может быть использована в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.Технический результат заключается в увеличении интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных энергозатрат.Технический результат достигается тем, что в струйном смесителе, включающем цилиндрический корпус, в котором входной патрубок воды установлен перпендикулярно входному патрубку нефти и выходному патрубку смеси, расположенных на центральной оси корпуса, последовательно по направлению движения потока установленные соосно вихревая камера смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера рабочего агента - воды, выполненные с тангенциальными каналами, и успокоительная камера в виде радиальных колец, согласно предлагаемому техническому решению вихревая камера нефти представляет собой параболоид вращения, вихревая камера воды выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения более вытянутой формы, чем параболоидная вихревая камера нефти, тангенциальные каналы выполнены спиралевидными и имеют одинаковое направление закрутки потока, вихревая камера нефти снабжена конусообразной перегородкой, вершина которой направлена навстречу потоку нефти, и направляющий поток перегородками спиралевидной формы. Кроме того, вихревая камера смешиваемого реагента - нефти имеет четыре канала спиралевидной формы.The invention relates to mixing devices for mixing fluid flows and can be used in the chemical, oil and oil refining industries. The technical result consists in increasing the intensity of dispersion of the interacting phases and the uniformity of their distribution to obtain a homogeneous structure of the mixture without additional energy consumption. The technical result is achieved by the fact that in a jet mixer including a cylindrical body in which a water inlet pipe is installed perpendicular in line with the oil inlet pipe and the mixture outlet pipe located on the central axis of the body, the coaxial swirl chamber of the component to be mixed — oil, the swirl chamber of the working agent — water, made with tangential channels, and the soothing chamber in the form of radial rings the proposed technical solution, the vortex chamber of oil is a paraboloid of revolution, the vortex chamber of water is made in the form of a truncated ellipsoid of revolution of a more elongated shape than the paraboloid vortex chamber of oil, the tangential channels are made spiral and have the same direction of swirling the flow, the vortex chamber of oil is equipped with a conical septum, the apex of which is directed towards the flow of oil, and the guiding flow is partitioned by a spiral. In addition, the vortex chamber of the mixed reagent - oil has four spiral-shaped channels.

Description

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкости и может быть использована в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.The utility model relates to mixing devices for mixing fluid flows and can be used in the chemical, oil and oil refining industries.

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

Известны кавитационные устройства (патенты US 3743250, 4043539), имеющие множество отклоняющих поток приспособлений для образования вихревого потока с разделением его на части и последующим объединением. Для формирования кавитационных струй, например, в многокамерных устройствах предусмотрены средства для создания разных давлений в камерах, в результате чего пузырьки жидкости на выходе из одной камеры схлопываются в другой камере (US 5971601). В кавитационном устройстве RU 2202406, выполненном в виде трубы с внутренней трубчатой перегородкой, кавитаторы из пластин размещены в кольцевой полости и внутри центральной трубы, а вихревая камера установлена на входе.Cavitation devices are known (US Pat. Nos. 3,743,250, 4,043,539), having a plurality of flow-deflecting devices for the formation of a vortex flow with its separation into parts and subsequent association. For the formation of cavitation jets, for example, in multi-chamber devices, means are provided for generating different pressures in the chambers, as a result of which the liquid bubbles at the outlet of one chamber collapse in another chamber (US 5971601). In the cavitation device RU 2202406, made in the form of a pipe with an internal tubular partition, cavitators made of plates are placed in the annular cavity and inside the central pipe, and the vortex chamber is installed at the inlet.

Известны вихревые смесители, состоящие из двух коаксиально расположенных труб с закручивающими устройствами с противоположными направлениями закрутки во внутренней трубе и межтрубном пространстве (RU 2414283), либо снабженные закручивающим устройством и перфорированной диафрагмой (RU 2091144).Vortex mixers are known, consisting of two coaxially arranged pipes with swirling devices with opposite swirling directions in the inner pipe and annular space (RU 2414283), or equipped with a swirling device and a perforated diaphragm (RU 2091144).

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

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

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

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

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

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

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

Технический результат достигается тем, что в струйном смесителе, включающем цилиндрический корпус, в котором входной патрубок воды установлен перпендикулярно входному патрубку нефти и выходному патрубку смеси, расположенных на центральной оси корпуса, последовательно по направлению движения потока установленные соосно вихревая камера смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера рабочего агента - воды, выполненные с тангенциальными каналами, и успокоительная камера в виде радиальных колец, согласно предлагаемому техническому решению вихревая камера нефти представляет собой параболоид вращения, вихревая камера воды выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения более вытянутой формы, чем параболоидная вихревая камера нефти, тангенциальные каналы выполнены спиралевидными и имеют одинаковое направление закрутки потока, вихревая камера нефти снабжена конусообразной перегородкой, вершина которой направлена навстречу потоку нефти, и направляющими поток перегородками спиралевидной формы. Кроме того, вихревая камера смешиваемого реагента - нефти имеет четыре канала спиралевидной формы.The technical result is achieved in that in a jet mixer including a cylindrical body, in which the water inlet pipe is installed perpendicular to the oil inlet pipe and the mixture outlet pipe located on the central axis of the body, the vortex chamber of the component to be mixed is placed coaxially, the oil is swirling chamber of the working agent - water, made with tangential channels, and a soothing chamber in the form of radial rings, according to the proposed technical solution In this case, the vortex chamber of oil is a rotation paraboloid, the vortex chamber of water is made in the form of a truncated ellipsoid of revolution of a more elongated shape than the paraboloid vortex chamber of oil, the tangential channels are helical and have the same flow swirl direction, the vortex chamber of oil is provided with a conical septum, the top of which is directed towards oil flow, and spiral guiding the flow guides. In addition, the vortex chamber of the mixed reagent - oil has four spiral-shaped channels.

Полезная модель струйного смесителя поясняется на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены фиг. 1 - общий вид струйного смесителя; фиг. 2 - расположение тангенциальных спиралевидных каналов в вихревой камере смешиваемого компонента, сечение А-А на фиг. 1; фиг. 3 - расположение тангенциальных каналов в вихревой камере рабочего агента, сечение Б-Б на фиг. 1.A useful model of a jet mixer is illustrated by the example of mixing oil with water and the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a general view of a jet mixer; FIG. 2 - the location of the tangential spiral channels in the vortex chamber of the mixed component, section AA in FIG. one; FIG. 3 - the location of the tangential channels in the vortex chamber of the working agent, section BB in FIG. one.

Струйный смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосно вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера 3 рабочего агента - воды, и успокоительная камера 4 в виде радиальных колец. Вихревая камера 2 нефти представляет собой параболоид вращения, снабженный тангенциальными спиралевидными каналами 5. Вихревая камера 3 воды с тангенциальными каналами 6 выполнена в виде усеченного эллипсоида вращения, т.е. более вытянутой формы, чем параболоидная вихревая камера 2 нефти. Тангенциальные каналы 5 и 6 вихревых камер 2 и 3 имеют одинаковое направление закрутки потока. Вихревая камера 2 нефти снабжена конусообразной перегородкой 7, вершина которой направлена навстречу потоку нефти. Входной патрубок 8 нефти и выходной патрубок 9 смеси расположены на центральной оси корпуса 1 смесителя, а входной патрубок 10 воды - перпендикулярно ей. Внутри вихревая камера 2 нефти снабжена направляющими поток перегородками 11, имеющими спиралевидную форму. Работа струйного смесителя осуществляется следующим образом. Смешиваемый компонент - поток нефти подается в корпус 1 смесителя через патрубок 8, и за счет конусообразной перегородки 7, вершина которой направлена навстречу потоку, направляется к периферии корпуса 1. Нефть, проходя по периферийному сечению корпуса 1 смесителя за счет направляющих поток перегородок 11, получает направленное вращательное движение, затем, проходя по тангенциальным спиралевидным каналам 5, дополнительно закручивается, образуя периферийные и центральный вихри в вихревой камере 2. Направляющие поток перегородки 11 также имеют спиралевидную форму. Благодаря этому поток нефти плавно закручивается перед входом в тангенциальные спиралевидные каналы и создает минимальное сопротивление.The jet mixer consists of a cylindrical body 1, in which a coaxially swirl chamber 2 of the component to be mixed — oil, a swirl chamber 3 of the working agent — water, and a still chamber 4 in the form of radial rings are installed sequentially in the direction of flow. The oil vortex chamber 2 is a rotation paraboloid provided with tangential spiral channels 5. The water vortex chamber 3 with tangential channels 6 is made in the form of a truncated rotation ellipsoid, i.e. more elongated than the paraboloid vortex chamber 2 of oil. The tangential channels 5 and 6 of the vortex chambers 2 and 3 have the same flow swirl direction. The vortex chamber 2 of the oil is equipped with a conical septum 7, the top of which is directed towards the flow of oil. The oil inlet pipe 8 and the mixture outlet pipe 9 are located on the central axis of the mixer body 1, and the water inlet pipe 10 is perpendicular to it. Inside the vortex chamber 2 of the oil is equipped with flow guiding baffles 11 having a spiral shape. The operation of the jet mixer is as follows. The mixed component - the oil flow is fed into the mixer housing 1 through the nozzle 8, and due to the conical septum 7, the top of which is directed towards the flow, is directed to the periphery of the housing 1. Oil passing through the peripheral section of the mixer housing 1 due to the flow guiding partitions 11 receives directional rotational movement, then, passing through the tangential spiral channels 5, further twists, forming peripheral and central vortices in the vortex chamber 2. The flow guides 11 also have a spiral shape. Due to this, the oil flow smoothly swirls before entering the tangential spiral channels and creates minimal resistance.

Рабочий агент - поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 10, проходя по тангенциальным каналам 6 в вихревую камеру 3, закручивается в том же направлении, что и поток нефти. В эллипсоидной вихревой камере 3 воды, имеющей меньший диаметр и вытянутую форму, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. Активизированные потоки из вихревых камер 2 и 3 устремляются навстречу друг другу. При соударении закрученных в одну сторону и направленных друг к другу струй происходит дополнительная усиленная раскрутка двух потоков, обеспечивающая интенсификацию процесса с равномерным распределением воды в нефти и гомогенным смесеобразованием. Затем жидкость устремляется к выходу из смесителя, где, ударяясь о радиальные кольца успокоителя 4, домешивается при стабилизации потока и выводится через выходной патрубок 9.The working agent is the water flow supplied to the mixer housing 1 through the nozzle 10, passing through the tangential channels 6 into the vortex chamber 3, swirls in the same direction as the oil flow. In the ellipsoidal vortex chamber 3 of water having a smaller diameter and elongated shape, the water flow swirls more, contributing to the creation of an acoustic wave field. The activated flows from the vortex chambers 2 and 3 rush towards each other. During the collision of jets swirled in one direction and directed towards each other, an additional enhanced spin-up of two flows occurs, which ensures the intensification of the process with a uniform distribution of water in oil and homogeneous mixture formation. Then the liquid rushes to the outlet of the mixer, where, hitting the radial rings of the damper 4, it is kneaded while stabilizing the flow and is discharged through the outlet pipe 9.

Положительный эффект предлагаемой полезной модели струйного смесителя достигается при различном выполнении в виде тел вращения вихревых камер и направлений их тангенциальных каналов, выполнения тангенциальных каналов вихревой камеры нефти спиралевидной формы, наличия направляющий поток перегородок спиралевидной формы, т.е. в объеме первого независимого пункта формулы полезной модели, однако оптимальный результат достигается совокупностью всех указанных признаков в формуле. Увеличение количества тангенциальных каналов вихревых камер (в камере 2 для нефти - от 4 до 8, в камере 3 для воды - от 2 до 4) также способствует повышению равномерности распределения потоков в смесителе, увеличению интенсивности диспергирования взаимодействующих фаз.A positive effect of the proposed utility model of a jet mixer is achieved when the rotational bodies of the vortex chambers and the directions of their tangential channels are made differently, the tangential channels of the oil vortex chamber are spiral-shaped, the flow of spiral-shaped partitions is present, i.e. in the volume of the first independent claim of the utility model formula, however, the optimal result is achieved by the combination of all these features in the formula. An increase in the number of tangential channels of the vortex chambers (in the chamber 2 for oil - from 4 to 8, in the chamber 3 for water - from 2 to 4) also helps to increase the uniformity of the distribution of flows in the mixer and increase the intensity of dispersion of the interacting phases.

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

Claims

1. A jet mixer comprising a cylindrical body in which the water inlet pipe is installed perpendicular to the oil inlet pipe and the mixture outlet pipe located on the central axis of the body, the coaxial swirl chamber of the component to be mixed is oil, the swirl chamber of the working agent is water made with tangential channels, and a stilling chamber in the form of radial rings, characterized in that the vortex chamber of oil is a paraboloid of rotation, the vortex chamber of water is made in the form of a truncated ellipsoid of revolution of a more elongated shape than the paraboloid vortex chamber of oil, the tangential channels are made spiral and have the same direction of flow swirl, the vortex chamber of oil is equipped with a conical septum, the apex of which is directed towards the flow of oil, and the guiding flow is made by spiral-shaped partitions .

2. The jet mixer according to claim 1, characterized in that the vortex chamber of the component to be mixed — oil, has four spiral-shaped channels.