устройство для смешивания жидких или газообразных сред (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов, включающее помещаемую в поток камеру смешения с отверстиями, отличающееся тем, что камера смешения выполнена в виде цилиндра с каплеобразным поперечным сечением, с установленной внутри него хотя бы одной перфорированной трубкой для ввода реагента.

2. Устройство для смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов, включающее помещаемую в поток камеру смешения с отверстиями, отличающееся тем, что камера смешения выполнена в виде цилиндра с сечением в виде капли с отсеченной заостренной частью, с установленной внутри него хотя бы одной перфорированной трубкой для ввода реагента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике перемешивания жидкостей и может быть использовано во всех отраслях промышленности и коммунального хозяйства, где требуется энергосберегающая технология приготовления смесей в потоках жидкостей или газов, особенно при необходимости ввода малого количества добавок (реагентов) в большой объем движущегося потока жидкости или газа.

Известны многочисленные разновидности устройств для смешения жидкостей или газов, где используется механическое перемешивание с помощью вращающихся рабочих элементов [Ф.Стренк. «Перемешивание и аппараты с мешалками». Химия, 1975]. Их очевидный недостаток заключается в необходимости привлечения дополнительного источника энергии для работы движущихся элементов устройства. Кроме того, одним из недостатков является ограниченный ресурс работы вследствие износа узлов с подвижными элементами.

Известен также класс перемешивающих устройств, таких как статические смесители. Например, статический смеситель [пат. РФ №2237511, МПК B01F 5/00, приоритет 2002.06.18] содержит цилиндрический корпус, внутри которого закреплена перегородка конической формы с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей. В основе действия статических смесителей такого вида - высокие напряжения, создаваемые на границах слоев смешиваемых жидкостей. Однако эти же высокие напряжения и являются основным недостатком такого рода смесителей, создающих высокое сопротивление потоку.

Наиболее близким по техническому устройству к заявляемому изобретению является устройство для смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов, включающее помещенное в поток тело (камеру смешения), на поверхности которого образованы отверстия для выброса в поток смешиваемых компонентов, и выполненное в виде двух последовательно соединенных и установленных поперек потока круговых цилиндров с отверстиями, размещенными равномерно вдоль образующих по бокам цилиндров, причем один из цилиндров расположен во входном участке устройства, выполненном в виде конфузора, обращенного навстречу потоку [пат. РФ №2080166, МПК B01F 5/06, приоритет 12.04.1994]. Основным недостатком этого устройства является малый размер конфузора по сравнению с остальными элементами устройства и, как следствие, малый объем захватываемой из потока жидкости, поступающей в область основного смешения, что приводит к неравномерному и недостаточному смешиванию по всему объему жидкости. Кроме того, форма и расположение конфузора увеличивают сопротивление набегающему потоку.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности и качества процесса перемешивания.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в получении на выходе из устройства для смешивания стабильной однородной смеси двух и более компонентов.

Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство для смешивания жидких или газообразных сред содержит помещаемую в поток камеру смешения с отверстиями, как входными, так и выходными, и установленную в ней хотя бы одну трубку для ввода смешиваемого компонента (реагента), причем трубка выполнена перфорированной по всей высоте, а камера смешения имеет вид цилиндра с каплеобразным поперечным сечением. Входные и выходные отверстия предназначены для набегающего потока жидкости или газа. Диаметр и уровень перфорации трубок для ввода реагента выбран в зависимости от количества и состояния вводимого компонента. Так как подаваемый реагент может находиться как в жидком, гак и газообразном состоянии и иметь различное значение вязкости и текучести, то выбор размеров перфорированных трубок осуществляется индивидуально для каждого реагента.

Входные отверстия камеры смешения расположены на участке боковой поверхности устройства, находящемся напротив заостренной части цилиндра. Выходные отверстия располагаются также на боковой поверхности камеры смешения в зависимости от количества и величины диаметра трубок для ввода реагента и, как следствие, в зависимости от объема поступающего компонента приготавливаемой смеси. Расположение выходных отверстий индивидуально для каждого конкретного случая и зависит от скорости набегающего потока и физических характеристик вводимого реагента. В данном случае выходные отверстия расположены таким образом, что поток, поступающий в камеру смешения через входные отверстия, увлекает за собой струи реагентов, обтекая перфорированные трубки, и движется к выходным отверстиям. Все размеры и расстояния промоделированы и имеют техническое обоснование.

Как вариант, камера смешения устройства может быть выполнена в виде цилиндра с сечением в виде капли с отсеченной заостренной частью. Такое исполнение камеры смешения способствует уменьшению скоплений грязи внутри камеры смешения. Кроме того, из программ расчета движений потока жидкости получено, что в заостренной части практически отсутствует течение, следовательно, вид камеры смешения может быть видоизменен без ущерба устройству.

На фиг.1 представлен один из вариантов устройства для смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов с камерой смешения, выполненной в виде цилиндра с каплеобразным поперечным сечением и двумя трубками для ввода двух видов реагента.

На фиг.2 представлен второй варианта устройства для смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов с камерой смешения, выполненной в виде цилиндра с сечением в виде капли с отсеченной заостренной частью и двумя трубками для ввода двух видов реагента.

Первый вариант заявляемого устройства состоит из следующих основных частей: камеры смешения 1 с каплеобразным поперечным сечением, трубок для ввода реагента 2 и 3, крепежных фланцев 4 и 5. Камера смешения 1 имеет входные отверстия 6, не показанные на чертеже, и выходные 7.

Второй вариант заявляемого устройства также состоит из камеры смешения 1 с сечением в виде капли с отсеченной заостренной частью, трубок для ввода реагента 2 и 3, крепежных фланцев 4 и 5. Входные отверстия 6 расположены на боковой поверхности цилиндра, находящейся напротив плоскости отсечения заостренной части, а выходные отверстия 7 могут быть расположены в том числе и на плоскости отсечения заостренной части.

Устройство работает в погруженном в поток положении. Сквозь входные отверстия 6 камеры смешения 1 в ее полость поступает часть жидкости из набегающего потока. Оставшаяся часть жидкости или газа, меняя направление и ускоряясь, обтекает камеру 1. Необходимыми дозами через перфорированные трубки 2 и 3 подается реагент. Перфорация трубок 2 и 3 выполнена таким образом, что вводимый в них реагент подхватывается струей жидкости, поступающей в камеру 1 через входные отверстия 6, и движется в направлении выходных отверстий 7, смешиваясь с объемом жидкости, находящимся внутри камеры смешения 1. Таким образом, перемешивание происходит по всей высоте камеры смешения 1, а значит, и по всему диаметру трубопровода с потоком жидкости.

Работа устройства, выполненного во втором варианте, принципиально ничем не отличается от работы первого варианта устройства. Следует отметить, что отсутствие заостренной части у каплеобразного сечения цилиндра позволяет избежать зон разрежения, возникающих в этом месте в устройстве, выполненном по первому варианту.

Достаточно большой объем камеры смешения обеспечивает более качественное предварительное перемешивание всех вводимых компонент с частью набегающего потока жидкости или газа.

Такие конструкции устройств для смешивания хороши тем, что без создания излишней турбулентности, то есть без создания избыточного сопротивления, происходит эффективное перемешивание набегающего потока жидкости с любым количеством вводимого реагента.