RU2411074C1 - Combined static mixer-activator - Google Patents
Combined static mixer-activator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411074C1 RU2411074C1 RU2009124923/05A RU2009124923A RU2411074C1 RU 2411074 C1 RU2411074 C1 RU 2411074C1 RU 2009124923/05 A RU2009124923/05 A RU 2009124923/05A RU 2009124923 A RU2009124923 A RU 2009124923A RU 2411074 C1 RU2411074 C1 RU 2411074C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixer
- activator
- mixers
- spiral
- cylindrical
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к статическим смесительным устройствам, содержащим несколько последовательно расположенных смесителей различного способа действия и относится к области смешения жидкофазных систем, в том числе являющихся дисперсионной средой и дисперсной фазой, а также к области направленной активации свойств и рекомбинации указанных систем.The invention relates to static mixing devices containing several sequentially arranged mixers of a different mode of action and relates to the field of mixing liquid-phase systems, including those being a dispersion medium and a dispersed phase, as well as to the field of directional activation of the properties and recombination of these systems.
Цель - повышение эффективности смешения и структурирования, в результате которого молекулы и молекулярные цепи приобретают такую пространственную конфигурацию, которая обеспечивает более полное окисление кислородом.The goal is to increase the efficiency of mixing and structuring, as a result of which the molecules and molecular chains acquire such a spatial configuration that provides a more complete oxidation by oxygen.
Как правило, достижение указанной цели посредством одного какого-либо типа статического смесителя требует доводки его конструктивных и технологических параметров применительно к конкретным смешиваемым или активируемым жидкофазным системам, что часто является длительным и трудоемким процессом.As a rule, achieving this goal by means of one type of static mixer requires refinement of its design and technological parameters as applied to specific miscible or activated liquid-phase systems, which is often a long and laborious process.
Поэтому последовательное применение нескольких статических смесителей различных конструкций, расположенных в одном прямоточном корпусе, позволяет получить универсальный статический смеситель-активатор.Therefore, the consistent use of several static mixers of various designs located in one direct-flow housing allows you to get a universal static mixer-activator.
Существует несколько наиболее распространенных типов статических смесителей.There are several common types of static mixers.
К ним, прежде всего, относятся смесители с винтовыми элементами, которые изготавливаются из плоской тонкой пластины посредством скручивания в левом или правом направлениях (например: патенты США №3286992 и №3643927; патент Великобритании №1413825; авт. свид. СССР №504549 и №804464). Винтовые элементы могут располагаться на поверхности трубки, вала или стержня (например, патенты США №4049241 и №3794300).These primarily include mixers with screw elements, which are made of a flat thin plate by twisting in the left or right directions (for example: US patents No. 3286992 and No. 3443927; UK patent No. 1413825; ed. Certificate of the USSR No. 504549 and No. 804464). Screw elements may be located on the surface of a tube, shaft, or shaft (for example, US Pat. Nos. 4,049,241 and 3,797,300).
Другими широко распространенными являются статические смесители с промежуточными камерами. Перемешивание в них осуществляется за счет создания резкого расширения и сужения пространства внутри цилиндрического корпуса, вызывающих изменение скорости потока и возникновение усиленного вихреобразования, связанного с отрывом потока от стенок (например: патенты США №3404869 и №352391; авт. свид. ЧССР №214380; авт. свид. СССР №103903).Other widespread are static mixers with intermediate chambers. Mixing in them is carried out by creating a sharp expansion and narrowing of the space inside the cylindrical body, causing a change in the flow velocity and the appearance of enhanced vortex formation associated with separation of the flow from the walls (for example: US patents No. 3404869 and No. 352391; ed. Certificate. Czechoslovakia No. 214380; Auth. Certificate of the USSR No. 103903).
Простым по конструкции, но не менее эффективным является статический смеситель, в котором промежуточные камеры разделены дисками с несколькими сквозными каналами (патент США №3582048).Simple in design, but no less effective is a static mixer, in which the intermediate chambers are separated by disks with several through channels (US patent No. 3582048).
Также широкое распространение получили статические смесители, в которых элементы из взаимно перпендикулярных пластин, ориентированных вдоль цилиндрического корпуса и составляющих пространственную решетку, обеспечивают разделение жидкостей на отдельные струи и их движение по сложным каналам, где они многократно дробятся (например: патент США №3620106).Static mixers are also widely used, in which elements from mutually perpendicular plates oriented along a cylindrical body and constituting a spatial lattice ensure the separation of liquids into separate jets and their movement through complex channels where they are repeatedly crushed (for example: US patent No. 3620106).
Помимо прямого назначения, некоторые типы смесителей могут применяться для активации жидкостей и растворов. Как правило, в конструкцию такого смесителя-активатора встраивается магнит или электромагнит, создающие магнитное поле (например, патенты РФ: №2085277; №2275956; №2224586; №2325223). Существуют активаторы с магнитными элементами, осуществляющие одновременно магнитно-механическую обработку отдельно взятой жидкой среды.In addition to direct use, some types of mixers can be used to activate liquids and solutions. As a rule, a magnet or an electromagnet that creates a magnetic field is built into the design of such an activator mixer (for example, RF patents: No. 2085277; No. 2275956; No. 2224586; No. 2225223). There are activators with magnetic elements that simultaneously carry out magneto-mechanical processing of a single liquid medium.
Кроме указанных смесителей, распространение получили смесители с гофрированными элементами, трубчатые смесители, вихревые смесители с каплевидными элементами, с турбулизирующими вставками (инжекционные и эжекционные).In addition to these mixers, mixers with corrugated elements, tubular mixers, vortex mixers with teardrop-shaped elements, with turbulent inserts (injection and ejection) were widely used.
К малораспространенным принципам действия смесителей относятся:The rare principles of the mixers include:
- акустический резонанс (например, патент СССР №909430 и №775514);- acoustic resonance (for example, USSR patent No. 909430 and No. 775514);
- лазерный луч (например, патент РФ №173210);- a laser beam (for example, RF patent No. 173210);
- кавитация (например, патент РФ №2202406);- cavitation (for example, RF patent No. 2202406);
- пропускание электрического тока (например, патент СССР №1780822, РФ №2205681, РФ №2094106);- transmission of electric current (for example, USSR patent No. 1780822, RF No. 2205681, RF No. 2094106);
- смешение с помощью трубки Вентури (например, патент РФ №2093257);- mixing using a venturi (for example, RF patent No. 2093257);
- смешение с помощью пористой вставки (например, патент РФ №2132724).- mixing using a porous insert (for example, RF patent No. 2132724).
Стремление увеличить эффективность малообъемных смесителей за счет усложнения их конструкций привело к появлению многих разновидностей смесительных элементов. Но такое решение указанной проблемы требует высокоточной и сложной технологии изготовления этих элементов и особенно минимизации имеющихся зазоров. Примерами служат патенты РФ №2323771, №2261755, №2080164, №2325221.The desire to increase the efficiency of small-sized mixers due to the complexity of their designs led to the appearance of many varieties of mixing elements. But such a solution to this problem requires a high-precision and complex manufacturing technology of these elements and especially minimize the existing gaps. Examples are Russian patents No. 2323377, No. 2261755, No. 2080164, No. 2322521.
Поставленная в изобретении техническая задача - используя механическое воздействие на жидкофазные системы, получить высокую степень гомогенности при смешении дисперсионной среды и дисперсной фазы, а для отдельно обрабатываемой жидкой среды активацию и рекомбинацию, приводящие к разрыву, как межмолекулярных связей, обусловленных Ван-дер-Ваальсовыми силами, так и П-связей.The technical task of the invention is to use a mechanical effect on liquid-phase systems to obtain a high degree of homogeneity when mixing a dispersion medium and a dispersed phase, and for a separately processed liquid medium, activation and recombination, leading to the breaking of intermolecular bonds due to van der Waals forces , and P-bonds.
Для решения указанной технической задачи следует осуществить механическое воздействие с высокой удельной энергоемкостью и создать высокоразвитую межфазную поверхность.To solve this technical problem, it is necessary to carry out a mechanical action with a high specific energy intensity and create a highly developed interfacial surface.
Применительно к статическим смесителям решение можно получить пропусканием потоков смешиваемых жидкофазных систем или отдельно взятой жидкой среды через смесители с различными способами воздействия, воспроизводящими сложное движение элементарных объемов, сопровождающееся распределением сталкивающихся молекул по относительным энергиям.In the case of static mixers, a solution can be obtained by passing flows of mixed liquid-phase systems or a single liquid medium through mixers with various exposure methods that reproduce the complex movement of elementary volumes, accompanied by the distribution of colliding molecules in relative energies.
Подобный подход содержится в патенте РФ 2266776, относящемуся к производству водоустойчивых взрывчатых веществ и принятому в качестве прототипа.A similar approach is contained in the patent of the Russian Federation 2266776, relating to the production of waterproof explosives and adopted as a prototype.
Смешение осуществляют в аппарате с последовательно расположенными зонами смешения, названными статической, кинематической и динамической. Последнюю осуществляют в роторно-пульсационном аппарате, который не относится к статическим смесителям. В соответствии с этим смеситель имеет три секции. В первой секции поток встречает статическое препятствие, например, в виде наклонных под другим углом перегородок. Во второй секции усиливается вращательная составляющая движения потока посредством лопастей, установленных на валу роторно-пульсационного аппарата и подающих поток смеси в зазор вращающегося ротора относительно статора.Mixing is carried out in an apparatus with successively located mixing zones, called static, kinematic and dynamic. The latter is carried out in a rotary pulsation apparatus, which does not apply to static mixers. Accordingly, the mixer has three sections. In the first section, the flow meets a static obstacle, for example, in the form of partitions inclined at a different angle. In the second section, the rotational component of the flow is amplified by means of blades mounted on the shaft of the rotor-pulsation apparatus and supplying the mixture flow to the gap of the rotating rotor relative to the stator.
Основными недостатками такого решения являются:The main disadvantages of this solution are:
- наличие внешнего источника энергии в качестве привода роторно-пульсационного аппарата;- the presence of an external energy source as a drive of a rotary pulsation apparatus;
- сложность конструкции;- design complexity;
- увеличение габаритов по сравнению с малообъемными статическими смесителями.- increase in size in comparison with low-volume static mixers.
Эти недостатки исключены в предлагаемом комбинированном статическом смесителе-активаторе.These disadvantages are eliminated in the proposed combined static mixer-activator.
Принципы смешения и активации, заложенные в предлагаемом смесителе-активаторе, заключаются в следующем. В первой секции происходит сложное движение потока, реализующее нормальную, тангенциальную, относительную и кориолисову составляющие ускорения, а вместе с тем соответствующие силы инерции (кинематическая зона). Во второй секции происходит вихреобразование и кавитация. В третьей секции осуществляется окончательное дробление потока на мини-струи и капли, диаметр которых составляет 5 микрон и менее, чем достигается высокая степень гомогенизации.The principles of mixing and activation, incorporated in the proposed mixer-activator, are as follows. In the first section, a complex flow movement occurs, realizing the normal, tangential, relative and Coriolis acceleration components, and at the same time, the corresponding inertia forces (kinematic zone). In the second section, vortex formation and cavitation occur. In the third section, the final crushing of the stream into mini-jets and droplets, the diameter of which is 5 microns or less, is achieved, which ensures a high degree of homogenization.
Схема комбинированного статического смесителя-активатора представлена на фиг.1.The scheme of the combined static mixer-activator is presented in figure 1.
В цилиндрическом корпусе 1, имеющем ступенчатую внутреннюю поверхность, расположены секции I, II, III.In a cylindrical housing 1 having a stepped inner surface, sections I, II, III are located.
Секция I расположена на входе в смеситель-активатор. В ней находится смеситель, состоящий из двух винтовых элементов 2 и 3. Винтовой элемент 2 прилегает к цилиндрической поверхности корпуса 1 и имеет навивку правостороннюю или левостороннюю. Внутри винтового элемента 2 находится винтовой элемент 3, имеющий соответственно левостороннюю или правостороннюю навивку. Между витками винтовых элементов 2 и 3 имеется по возможности малый зазор. Внутри винтового элемента 3 также с малым зазором проходит цилиндрический стержень 4, выполненный заодно с цилиндрической вставкой 5, имеющей со стороны, противоположной стержню 4, конус 6.Section I is located at the inlet to the activator mixer. There is a mixer in it, consisting of two
В цилиндрической вставке 5 выполнены каналы 7, центры входных отверстий которых располагаются в зазоре между витками винтовых элементов 2 и 3. Каналы 7 могут располагаться вдоль оси корпуса 1 или под углом к этой оси.In the
Цилиндрическая вставка 5 относится к секции II, включающей также промежуточную камеру 8.The
После промежуточной камеры 8 следует секция III, внутри которой установлен смесительный элемент 9, составленный из перекрещивающихся решеток 10, образующих пространственную систему каналов, осуществляющую разделение и воссоединение потоков, в результате чего происходит эффективное смешение дисперсионной среды и дисперсной фазы с многоточечным массообменном на молекулярном уровне. Пример перекрещивающейся решетки 10 показан на схеме 2а, б. Характерной особенностью решетки 10 является наличие зубьев, отогнутых в разные стороны так, чтобы между зубьями были щели и ширина щелей между зубьями, отогнутыми в одну сторону, была бы равна ширине зубьев, отогнутых в другую сторону, и наоборот.After the
Существенным является также, чтобы все зазоры между узлами смесителей и корпусом 1 были настолько малыми, чтобы осуществлялись сдвиги между молекулярными слоями.It is also essential that all the gaps between the nodes of the mixers and the housing 1 are so small that there are shifts between the molecular layers.
Смеситель-активатор действует следующим образом.The mixer activator operates as follows.
Насосом, который на фиг.1 не показан, смешиваемые жидкофазные системы подаются на вход секции I и далее произвольно распределяются по внешнему и внутреннему винтовым элементам соответственно 2 и 3. Дальнейшее движение распределенных указанным образом жидкофазных систем осуществляется в противофазе, что приводит к множественным локальным квазиударным процессам, приводящим к дроблению и смешению указанных систем. В конце секции I перед цилиндрической вставкой 5 образуется вихревая зона, формирующая псевдокипящий слой.The pump, which is not shown in FIG. 1, mixes the liquid-phase systems to the input of section I and then randomly distributes them to the external and internal screw elements, respectively, 2 and 3. Further movement of the liquid-phase systems distributed in this way is carried out in antiphase, which leads to multiple local quasi-shock processes leading to crushing and mixing of these systems. At the end of section I, a vortex zone is formed in front of the
Далее смешиваемые жидкофазные системы поступают в каналы 7, в которых повышается внутреннее давление, сжимающее образующиеся капли. При попадании капель в промежуточную камеру 8 секции II возникает кавитация вследствие резкого перепада давления и дробление крупных капель на капли меньшего диаметра. Конус 6 предназначен для направленного движения образующихся потоков и ликвидирует застойную зону. В секции III вновь происходит разделение каплесодержащих потоков на мелкие струи, которые движутся по ломанным щелевидным каналам, образующим пространственную решетку.Next, the mixed liquid-phase systems enter the
В итоге создаются условия для дробления длинных молекулярных цепей на более короткие, а тяжелые молекулярные цепи разделяются на более легкие. В итоге, кроме смешивания, происходит активация жидкофазных систем, выражающаяся, в том числе, в равномерном распределении тяжелых и легких молекулярных цепей на выходе из секции III.As a result, conditions are created for the fragmentation of long molecular chains into shorter ones, and heavy molecular chains are divided into lighter ones. As a result, in addition to mixing, liquid-phase systems are activated, which is expressed, inter alia, in the uniform distribution of heavy and light molecular chains at the outlet of section III.
Прохождение смешиваемых жидкофазных систем через смесители, установленные в секциях I и III, воспроизводит динамический режим, при котором происходит превращение отдельных молекул или комплексов сталкивающихся молекул из начального i-го квантового состояния во все конечные f состояния. Они могут быть как незначительными, так и существенными, приводящими к заметным изменениям качества продукта. Существенным является так же то, что при прохождении потоков через указанные смесители может возникнуть неустойчивое стационарное состояние, приводящее к автоколебаниям. Этому также способствует пульсирующая работа подающих насосов.The passage of the mixed liquid-phase systems through the mixers installed in sections I and III reproduces the dynamic regime in which individual molecules or complexes of colliding molecules are transformed from the initial ith quantum state to all final f states. They can be both insignificant and significant, leading to noticeable changes in the quality of the product. It is also significant that when the flows pass through these mixers, an unstable stationary state can arise, leading to self-oscillations. The pulsating operation of the feed pumps also contributes to this.
Винтовые элементы 2 и 3 могут быть выполнены в виде пружин с левой и правой навивкой. В зависимости от плотности и вязкости смешиваемых сред целесообразно менять шаг навивки. В рассматриваемом смесителе-активаторе регулирование осуществляется с помощью торцевой крышки 11, расположенной на входе в смеситель-активатор, которая имеет резьбу, и посредством соответствующей резьбы в корпусе 1 может перемещаться в осевом направлении. Вторая торцевая крышка 12, расположенная на выходе обработанной среды из смесителя-активатора может быть глухой или также установленной на резьбе. Кроме того, указанная крышка 12 имеет нейтральную конусообразную выемку для формирования потока на выходе.
Узел смесителя, установленного в секции III, может быть сборным из элементов, изображенным на фиг.2а, б или исполненным по известным патентам.The assembly of the mixer installed in section III may be a prefabricated of the elements depicted in figa, b or executed according to known patents.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009124923/05A RU2411074C1 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Combined static mixer-activator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009124923/05A RU2411074C1 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Combined static mixer-activator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2411074C1 true RU2411074C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009124923/05A RU2411074C1 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Combined static mixer-activator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411074C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550203C2 (en) * | 2012-12-10 | 2015-05-10 | Юрий Валентинович Воробьев | Combined universal static mixer-activator |
RU2592801C1 (en) * | 2015-06-23 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) | Combined static mixer-activator |
RU2667916C1 (en) * | 2017-10-23 | 2018-09-25 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Method for improving low-temperature properties of petroleum products, including diesel fuel and hydraulic fluids |
RU2724749C1 (en) * | 2019-09-20 | 2020-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device for upgrading quality of diesel fuel |
RU2775588C1 (en) * | 2021-09-21 | 2022-07-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) | Modular static mixer-activator |
-
2009
- 2009-07-01 RU RU2009124923/05A patent/RU2411074C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550203C2 (en) * | 2012-12-10 | 2015-05-10 | Юрий Валентинович Воробьев | Combined universal static mixer-activator |
RU2592801C1 (en) * | 2015-06-23 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) | Combined static mixer-activator |
RU2667916C1 (en) * | 2017-10-23 | 2018-09-25 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Method for improving low-temperature properties of petroleum products, including diesel fuel and hydraulic fluids |
RU2724749C1 (en) * | 2019-09-20 | 2020-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device for upgrading quality of diesel fuel |
RU2775588C1 (en) * | 2021-09-21 | 2022-07-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) | Modular static mixer-activator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7207712B2 (en) | Device and method for creating hydrodynamic cavitation in fluids | |
JP4042683B2 (en) | Microchannel structure and microparticle manufacturing method using the same | |
RU2411074C1 (en) | Combined static mixer-activator | |
US11097233B2 (en) | Variable flow-through cavitation device | |
US10507442B2 (en) | Variable flow-through cavitation device | |
US10315172B2 (en) | Rotor and stator device having bore holes for cavitational mixing | |
JP4932655B2 (en) | Microdevice and fluid mixing method | |
JP2009279507A (en) | Emulsification device | |
US20200055009A1 (en) | Multifunctional hydrodynamic vortex reactor and method for intensifying cavitation | |
EP2033706B1 (en) | An emulsification apparatus | |
JP3939556B2 (en) | Micro mixer | |
WO2012096589A1 (en) | Combined direct-flow mixer and activator | |
RU2592801C1 (en) | Combined static mixer-activator | |
RU2550203C2 (en) | Combined universal static mixer-activator | |
JP5146562B2 (en) | Microchannel structure and solvent extraction method using microchannel structure | |
US20120236678A1 (en) | Compact flow-through nanocavitation mixer apparatus with chamber-in-chamber design for advanced heat exchange | |
RU2726488C2 (en) | Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor | |
RU2336123C1 (en) | Plate multi-channel cavitation reactor | |
JPH10192671A (en) | Multipoint collision type atomizing apparatus | |
KR20140113044A (en) | Static mixer homogenizer | |
RU2775588C1 (en) | Modular static mixer-activator | |
RU2344874C1 (en) | Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids | |
RU2016250C1 (en) | Rotary channel pump-dispergator | |
JP4459246B2 (en) | Micro mixer | |
DE202005005628U1 (en) | Passive micro-mixer for single- or multi-phase fluids has two inlets and an outlet plus numerous mixer elements located in different three-dimensional planes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120702 |