RU83944U1

RU83944U1 - DEVICE FOR TREATMENT OF LIQUID MEDIUM IN VORTEX FLOW

Info

Publication number: RU83944U1
Application number: RU2009110440/22U
Authority: RU
Inventors: Иван Васильевич Коноплёв; Галина Васильевна Коноплёва; Василий Иванович Коноплёв; Анна Александровна Гердова
Original assignee: Иван Васильевич Коноплёв; Галина Васильевна Коноплёва
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2009-06-27

Abstract

Аппарат для обработки жидких сред в вихревом потоке, содержащий цилиндрический корпус с каналами подачи и удаления обрабатываемой среды, с трубчатой реакционной камерой из немагнитного материала, заполненной рабочими ферромагнитными телами и охваченной электромагнитным индуктором, отличающийся тем, что каналы подачи и удаления обрабатываемой среды выполнены конусными, сужающимися со стороны реакционной камеры, причем диаметр входного отверстия в реакционную камеру больше диаметра выходного отверстия из камеры, перед входным отверстием в реакционную камеру с каналом подачи обрабатываемой среды сообщен канал подачи сжатого воздуха с распылителем, а перед выходным отверстием реакционной камеры установлен вогнутый по отношению к ней сетчатый отражатель.An apparatus for processing liquid media in a vortex flow, comprising a cylindrical body with channels for supplying and removing the medium to be treated, with a tubular reaction chamber of non-magnetic material filled with working ferromagnetic bodies and covered by an electromagnetic inductor, characterized in that the channels for feeding and removing the medium to be processed are conical, tapering from the side of the reaction chamber, and the diameter of the inlet into the reaction chamber is larger than the diameter of the outlet from the chamber, in front of the inlet a compressed air supply channel with a spray gun is connected to the reaction chamber with the feed channel of the medium to be treated, and a mesh reflector concave in relation to it is installed in front of the outlet of the reaction chamber.

Description

Решение относится к области энергетики и защиты окружающей среды. Оно позволяет проводить обработку жидкой среды в потоке и может быть использовано для интенсификации технологических процессов получения мелкодисперсных эмульсий, газонасыщенных жидкостей, а также для очистки и обеззараживания различных вод (природных, сточных и др.) Наиболее успешно решение может быть использовано при подготовке тяжелых низкосортных видов топлива. Из-за наличия в них различных примесей сгорание топлива происходит не полностью, это обусловливает низкую эффективность такого топлива, а также значительные выбросы вредных соединений в атмосферу. Поэтому тяжелое низкосортное топливо часто подвергают предварительной обработке для 'эффективного его использования.The solution relates to the field of energy and environmental protection. It allows the processing of a liquid medium in a stream and can be used to intensify the technological processes for obtaining finely dispersed emulsions, gas-saturated liquids, as well as for cleaning and disinfecting various waters (natural, waste, etc.). The most successful solution can be used in the preparation of heavy low-grade species. fuel. Due to the presence of various impurities in them, the combustion of fuel does not occur completely, this leads to the low efficiency of such fuel, as well as significant emissions of harmful compounds into the atmosphere. Therefore, heavy low-grade fuel is often pretreated for 'efficient use.

Известен ряд установок для активации процессов и разделения фаз автора Вершинина Н.П. и др. (патенты РФ №№2049562, 2072256, 2072257, 2167102, 2170707, 2198140) а так же книга Вершинин Н.П. Установки активации процессов, г.Сальск, 2002 г., 332 с. Все упомянутые патенты, по сути, касаются усовершенствования установки, довольно сложной по конструкции.A number of installations are known for activation of processes and phase separation of the author N. Vershinin et al. (RF patents Nos. 2049562, 2072256, 2072257, 2167102, 2170707, 2198140) as well as the book by N. Vershinin Process activation settings, Salsk, 2002, 332 p. All mentioned patents, in fact, relate to improvements to the installation, which is quite complex in design.

Одна из них (пат. РФ №2198140, C02F 1/48, опуб. 2003.02.10) рассмотрена в качестве аналога. Установка для активации процессов и разделения фаз содержит трубчатые реакционные камеры с ферромагнитными частицами, выходные концы которых соединены с собирающей емкостью, каждая реакционная камера снабжена индуктором вращающегося электромагнитного поля, камеры сблокированы в отдельные модули, соосные между собой, каждый из которых имеет корпус для реакционных камер в виде наружного и внутреннего цилиндров, при этом внутренний цилиндр является собирающей емкостью, причем, соосно соединенные модули образуют общую собирающую емкость, и каждый модуль снабжен кольцевым раздаточным коллектором, соединенным с входными концами реакционных камер, каждый модуль сдвинут на 20-30 относительно модуля, расположенного выше, а кольцевой раздающий коллектор, соединенный с входными концами реакционных камер, представляет собой тороид, разрезанный у патрубка, соединяющего коллектор подводящей магистралью, причем, концы коллектора герметично закрыты.One of them (US Pat. RF No. 2198140, C02F 1/48, publ. 2003.02.10) is considered as an analogue. The apparatus for activating processes and phase separation contains tubular reaction chambers with ferromagnetic particles, the output ends of which are connected to a collecting tank, each reaction chamber is equipped with a rotating electromagnetic field inductor, the chambers are interlocked in separate modules, coaxial with each other, each of which has a housing for reaction chambers in the form of the outer and inner cylinders, while the inner cylinder is a collecting tank, and, coaxially connected modules form a common collecting tank b, and each module is equipped with an annular distribution manifold connected to the input ends of the reaction chambers, each module is shifted 20-30 relative to the module located above, and the annular distributing collector connected to the input ends of the reaction chambers is a toroid cut at the nozzle, connecting the collector with a supply line, the ends of the collector being hermetically closed.

Установка сложна по конструкции, хотя и достаточно эффективна в работе В качестве прототипа принят аппарат вихревого слоя (пат. РФ №2342987, B01F 13/08; опуб. 2009.01.10). Аппарат вихревого слоя содержит крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, имеющей сменную вставку с ферромагнитными частицами, индуктор также имеет обечайку из немагнитного материала и кожух, соединенный с крышками, при этом кожух и обечайка индуктора выполнены цилиндрическими, ферромагнитные частицы сменной вставки выполнены в виде стержней разных размеров, выбор которых производится по следующему соотношению:The installation is complex in design, although it is quite effective in operation. The vortex layer apparatus is adopted as a prototype (US Pat. No. 2342987, B01F 13/08; publ. 2009.01.10). The device of the vortex layer contains covers with nozzles for supplying and discharging a cooling medium, a collector in communication with a nozzle for supplying a cooling medium, an inductor of a rotating electromagnetic field located between the covers, having an axial channel, in which a reaction chamber is installed with a gap to the channel walls in the form of a pipe having a replaceable insert with ferromagnetic particles, the inductor also has a shell of non-magnetic material and a casing connected to the covers, while the casing and the shell of the inductor are cylindrical, ferromagnet the thread particles of the removable insert are made in the form of rods of different sizes, the choice of which is made according to the following ratio:

N_общ=N₁+N₂+N₃+...+N_n,N _total = N ₁ + N ₂ + N ₃ + ... + N _n ,

где N_общ - общее число ферромагнитных частиц сменной вставки;where N _total - the total number of ferromagnetic particles of the removable insert;

N₁ - число частиц длиной l₁ и диаметром d₁;N ₁ is the number of particles of length l ₁ and diameter d ₁ ;

N₂ - число частиц длиной l₂ и диаметром d₂;N ₂ is the number of particles of length l ₂ and diameter d ₂ ;

N₃ - число частиц длиной l₃ и диаметром d₃;N ₃ is the number of particles of length l ₃ and diameter d ₃ ;

N_n - число частиц длиной l_n и диаметром d_n,N _n is the number of particles of length l _n and diameter d _n ,

причем N₁<N₂<N₃<N_n, l₁/d₁>l₂/d₂>l₃/d₃>l_n/d_n.moreover, N ₁ <N ₂ <N ₃ <N _n , l ₁ / d ₁ > l ₂ / d ₂ > l ₃ / d ₃ > l _n / d _n .

Наличие сменной вставки с ферромагнитными частицами, безусловно, сохраняет стенки реакционной камеры, но выбор размера ферромагнитных частиц по предлагаемой зависимости трудоемок и едва ли практически осуществим.The presence of a removable insert with ferromagnetic particles, of course, preserves the walls of the reaction chamber, but the choice of the size of the ferromagnetic particles according to the proposed dependence is time-consuming and hardly practicable.

В предлагаемом решении задача повышения качества работы аппарата решается иным путем.In the proposed solution, the task of improving the quality of the apparatus is solved in a different way.

Технический результат - повышение эффективности работы аппарата за счет интенсификации процесса кавитации, перемешивания потока обрабатываемой среды и выравнивания распределения рабочих ферромагнитных тел в реакционной камере.The technical result is an increase in the efficiency of the apparatus due to the intensification of the cavitation process, mixing the flow of the treated medium and equalizing the distribution of the working ferromagnetic bodies in the reaction chamber.

Этот технический результат достигается тем, что в аппарате для обработки жидких сред в вихревом потоке, содержащем цилиндрический корпус с каналами подачи и удаления обрабатываемой среды, с трубчатой реакционной камерой из немагнитного материала, заполненной рабочими ферромагнитными телами и охваченной электромагнитным This technical result is achieved by the fact that in the apparatus for processing liquid media in a vortex stream containing a cylindrical body with channels for supplying and removing the medium to be treated, with a tubular reaction chamber of non-magnetic material filled with working ferromagnetic bodies and covered by electromagnetic

индуктором, каналы подачи и удаления обрабатываемой среды выполнены конусными, сужающимися со стороны реакционной камеры, причем, диаметр входного отверстия в реакционную камеру больше выходного отверстия из камеры, при этом перед входным отверстием в реакционную камеру с каналом подачи обрабатываемой среды сообщен канал подачи сжатого воздуха с распылителем, а перед выходным отверстием из реакционной камеры установлен вогнутый по отношению к ней сетчатый отражатель (выгнутый в сторону выходного отверстия).an inductor, the supply and removal channels of the medium to be treated are conical, tapering from the side of the reaction chamber, moreover, the diameter of the inlet to the reaction chamber is larger than the outlet from the chamber, and a compressed air supply channel is connected to the inlet of the reaction chamber with the feed channel of the medium atomizer, and in front of the outlet from the reaction chamber, a mesh reflector concave relative to it is installed (curved towards the outlet).

Предлагаемое выполнение каналов подачи и удаления обрабатываемой среды обеспечивает перепады давления, а значит, интенсификацию процесса кавитации. В сужающейся части канала скорость потока возрастает, а среднее давление падает и достигает наименьшего значения в самой узкой части и при этом возникают кавитационные полости. При прохождении потоком расширяющейся части канала скорость его замедляется, давление возрастает. В результате кавитационные полости «охлопываются», и происходит гомогенизация и эмульгирование жидкой среды.The proposed implementation of the channels for supplying and removing the medium to be processed provides pressure drops, and therefore, the intensification of the cavitation process. In the tapering part of the channel, the flow velocity increases, and the average pressure drops and reaches its lowest value in the narrowest part and cavitation cavities arise. When the flow passes through the expanding part of the channel, its speed slows down and the pressure increases. As a result, cavitation cavities “collapse”, and homogenization and emulsification of the liquid medium occurs.

Подача сжатого воздуха через канал, сообщенный с каналом подачи обрабатываемой среды, обеспечивает создание турбулентности и дополнительных центров кавитации в виде мельчайших пузырьков воздуха, которые создает распылитель, при этом обработка жидкой среды начинается уже до попадания в рабочую зону аппарата, что повышает эффективность обработки.The supply of compressed air through the channel in communication with the channel for supplying the medium to be processed ensures the creation of turbulence and additional centers of cavitation in the form of tiny air bubbles created by the atomizer, while the processing of the liquid medium begins before it enters the working area of the apparatus, which increases the processing efficiency.

Сетчатый отражатель не только снижает вероятность вылета рабочих тел из реакционной камеры, как это имеет место в известных решениях, но, благодаря своей вогнутой форме, создает обратное течение среды, способствующее перемешиванию потока, увеличению времени обработки и выравниванию распределения рабочих тел в объеме реакционной камеры, что в итоге повышает качество обработанного продукта.The mesh reflector not only reduces the likelihood of working fluid escaping from the reaction chamber, as is the case with known solutions, but, due to its concave shape, creates a reverse flow of the medium, which helps to mix the flow, increase processing time and even out the distribution of working fluids in the volume of the reaction chamber, which ultimately improves the quality of the processed product.

Предлагаемый аппарат схематично показан на чертеже. Он содержит цилиндрический корпус 1, в котором выполнены каналы 2, 3 подачи и удаления обрабатываемой среды, с трубчатой реакционной камерой 4 из немагнитного материала, заполненной ферромагнитными телами 5 в виде иголок. Камера охвачена электромагнитным индуктором 6. Каналы 2, 3 подачи и удаления обрабатываемой среды выполнены конусными, сужающимися со стороны реакционной камеры 4. Диаметр входного отверстия 7 в реакционную камеру 4 больше диаметра выходного отверстия 8 из камеры 4. Эти диаметры могут быть подобраны экспериментально. Перед входным отверстием 7 в камеру 4 с каналом 2 сообщен канал 9 подачи сжатого воздуха, на выходе которого установлен распылитель 10. Сжатый воздух, который поступает через канал 9, создает The proposed apparatus is schematically shown in the drawing. It contains a cylindrical body 1, in which channels 2, 3 for supplying and removing the medium to be treated are made, with a tubular reaction chamber 4 of non-magnetic material filled with ferromagnetic bodies 5 in the form of needles. The chamber is covered by an electromagnetic inductor 6. The channels 2, 3 for supplying and removing the medium to be treated are conical, tapering from the side of the reaction chamber 4. The diameter of the inlet 7 into the reaction chamber 4 is larger than the diameter of the outlet 8 from the chamber 4. These diameters can be selected experimentally. In front of the inlet 7 to the chamber 4, a channel 9 is connected to the compressed air supply channel 9, at the outlet of which a spray gun 10 is installed. The compressed air that enters through the channel 9 creates

дополнительную турбулентность потока. Перед выходным отверстием 8 реакционной камеры 4 установлен вогнутый по отношению к ней (выгнутый в сторону выходного отверстия 8) сетчатый отражатель 11. Аппарат работает следующим образом.additional flow turbulence. In front of the outlet 8 of the reaction chamber 4, a mesh reflector 11 is concave relative to it (curved towards the outlet 8). The apparatus operates as follows.

Подключают электромагнитный индуктор 6, и ферромагнитные тела 5 в рабочей зоне камеры 4 приходят в вихревое движение. Через канал 9 в канал 2 подают сжатый воздух. Жидкую среду для обработки подают в рабочую зону камеры 4 через канал 2. Через канал 3 отводят обработанную жидкую среду. Основная обработка проходит в реакционной камере 4, это гладкая труба, внутри которой индуктором 6 наводится вращающееся переменное электромагнитное поле с высокой удельной мощностью. В качестве рабочих тел используются ферромагнитные частицы, которые принято называть иголками. В процессе обработки жидкости возникают вихревые потоки. Ферромагнитные тела в вихревом потоке под действием магнитострикции испытывают ультразвуковые колебания и передают их обрабатываемой среде, т.е. являются источником акустических волн. В результате действия акустических волн на поверхности твердой фазы имеет место кавитация, с которой связано появление в обрабатываемой среде ударных волн, вызванных схлопыванием кавитационных полостей в фазе сжатия акустической волны. Вблизи охлопывающегося пузырька в жидкости может возникать давление в несколько тысяч мегапаскалей. Исследованиями установлено, что образующиеся при кавитации газовые пузырьки под действием акустических волн подвергаются пульсации с определенной частотой. Для каждого диаметра газового пузырька существует резонансная частота. В условиях вихревого слоя спектр частот акустической волны непрерывный. Таким образом, создаются все условия для резонансных колебаний пузырьков любого диаметра, также и в том случае, если пузырек образован не в процессе кавитации, а введен в жидкую среду извне. Для ускорения начала процесса кавитации и его интенсификации через канал 9 вводят диспергированный сжатый воздух. Струя воздуха является для движущейся жидкой среды препятствием, в результате чего в ней появляются возмущения в форме турбулентности, приводящие к возникновению акустических волн и мелких пузырьков, которые становятся дополнительными центрами кавитации. При прохождении жидкой средой сужающегося канала 2 скорость потока возрастает, а среднее давление падает и достигает наименьшего значения в самой узкой части, при этом возникают кавитационные полости, которые охлопываются при прохождении расширяющейся части канала 3, происходит гомогенизация и эмульгирование жидкой среды. Действие, An electromagnetic inductor 6 is connected, and the ferromagnetic bodies 5 in the working area of the chamber 4 come in a swirling motion. Through channel 9, compressed air is supplied to channel 2. The processing liquid is fed into the working area of the chamber 4 through channel 2. Through the channel 3, the treated liquid medium is withdrawn. The main processing takes place in the reaction chamber 4, it is a smooth pipe, inside of which a rotating alternating electromagnetic field with a high specific power is induced by the inductor 6. As working fluids, ferromagnetic particles are used, which are commonly called needles. During the processing of the fluid, vortex flows occur. Ferromagnetic bodies in a vortex flow under the influence of magnetostriction experience ultrasonic vibrations and transmit them to the medium being processed, i.e. are a source of acoustic waves. As a result of the action of acoustic waves on the surface of the solid phase, cavitation takes place, which is associated with the appearance of shock waves in the processed medium caused by the collapse of cavitation cavities in the compression phase of the acoustic wave. Near a collapsing bubble in a liquid, a pressure of several thousand megapascals can occur. Studies have established that gas bubbles formed during cavitation under the action of acoustic waves undergo pulsations with a certain frequency. There is a resonant frequency for each diameter of the gas bubble. Under the conditions of a vortex layer, the frequency spectrum of an acoustic wave is continuous. Thus, all conditions are created for resonant vibrations of bubbles of any diameter, also in the event that the bubble is not formed during cavitation, but is introduced into the liquid medium from the outside. To accelerate the beginning of the cavitation process and its intensification, dispersed compressed air is introduced through channel 9. The air stream is an obstacle for a moving liquid medium, as a result of which disturbances in the form of turbulence appear in it, leading to the appearance of acoustic waves and small bubbles, which become additional centers of cavitation. When a narrowing channel 2 passes through a liquid medium, the flow velocity increases, and the average pressure drops and reaches its lowest value in the narrowest part, while cavitation cavities arise that pass through when the expanding part of the channel 3 passes, homogenization and emulsification of the liquid medium occurs. Act,

движение и энергия рабочих тел 5 оказывают решающее влияние на процесс обработки. Чем равномернее распределены рабочие тела5 по объему рабочей зоны камеры 4, тем эффективнее работа. Струя жидкой среды, пройдя рабочую зону камеры 4, ударяется вместе с рабочими телами 5 в вогнутый сетчатый отражатель 11 и веером расходится обратно в рабочую зону, что способствует перемешиванию потока и выравниванию рабочих тел 5 в объеме рабочей зоны камеры 4. Это также увеличивает время обработки жидкой среды, что повышает качество полученного продукта.the movement and energy of the working bodies 5 have a decisive influence on the processing process. The more uniformly distributed the working fluid 5 throughout the volume of the working area of the chamber 4, the more efficient the work. A jet of liquid medium, having passed the working area of the chamber 4, strikes together with the working bodies 5 in a concave mesh reflector 11 and fan diverges back into the working area, which helps to mix the flow and align the working bodies 5 in the volume of the working area of the chamber 4. This also increases the processing time liquid medium, which improves the quality of the resulting product.

Claims

An apparatus for processing liquid media in a vortex flow, comprising a cylindrical body with channels for supplying and removing the medium to be treated, with a tubular reaction chamber made of non-magnetic material filled with working ferromagnetic bodies and covered by an electromagnetic inductor, characterized in that the channels for feeding and removing the medium to be treated are conical, tapering from the side of the reaction chamber, and the diameter of the inlet into the reaction chamber is larger than the diameter of the outlet from the chamber, in front of the inlet a compressed air supply channel with a spray gun is connected to the reaction chamber with the feed channel of the medium to be treated, and a mesh reflector concave in relation to it is installed in front of the outlet of the reaction chamber.