установка для приготовления смесей

Формула изобретения

Установка для приготовления смесей, содержащая резервуар, устройство для наполнения и опорожнения резервуара, смеситель, насос и систему трубопроводов, отличающаяся тем, что смеситель выполнен из трех последовательно расположенных щелевых конических рассеивателей с центральными углами при вершине соответственно 30, 90 и 150^o, закрепленных на концевом участке нагнетательного трубопровода, имеющего три поперечных выреза, которые соединяют внутреннее пространство трубопровода с межконусными зазорами рассеивателей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для смешивания жидкостей и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности.

Известно устройство для перемешивания в емкости с переменным уровнем заполнения (авт. св. СССР N 1607917, кл. B 01 F 5/10, 1990), которое снабжено конической вставкой, установленной на уровне перфорации внутри колонны вершиной вниз и заглушающей ее верхний торец, и соплом, направленным в днище емкости и соединенным с нагревательным трубопроводом насоса. Интенсификация процесса перемешивания достигается путем увеличения относительного количества жидкости, подаваемой с верхних слоев.

Такое устройство имеет застойные зоны между разными уровнями перфорации, поэтому в активную циркуляцию не вовлечены отдельные объемы жидкости. Сопло, размещенное эксцентрично, не обеспечивает равномерное распределение нагнетаемой жидкости по объему емкости и, следовательно, одинаково интенсивное перемешивание ее содержимого. Эти факторы приводят к увеличению времени циркуляции жидкости и снижают качество получаемой смеси.

Известно устройство для смешивания жидкостей в резервуарах (авт. св. СССР N 1722552, кл. B 01 F 5/04, 1992), которое состоит из установленных в резервуаре эжекторов-смесителей, расположенных на трубопроводе на равных расстояниях друг от друга и направленных под углом к продольной и поперечной осям резервуара, при этом вырезы на диффузорах эжекторов-смесителей выполнены по винтовой линии, что должно приводить к повышению эффективности смешения и улучшения эксплуатационных характеристик.

Однако устройство не обеспечивает одинаковое истечение подмешиваемой жидкости через все сопла за счет отбора жидкости и потерь напора по длине трубы. Отрицательно сказывается на процессе смешивания и локальное вовлечение жидкости, находящейся в резервуаре, в эжекторы-смесители с образованием застойных зон. Однократное перемешивание жидкостей без повторения циркуляционных циклов при таких характеристиках устройства не обеспечивает высокой однородности получаемой смеси.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков и расширение технологических возможностей установки, повышение эффективности и ускорение процесса смешивания, снижение энергозатрат, сокращение потерь легких фракций смешиваемых жидкостей, например, легких углеводородов.

Решение задачи достигается тем, что смеситель выполнен из трех последовательно расположенных щелевых конических рассеивателей с центральными углами при вершине соответственно 30, 90 и 150^o, закрепленных на концевом участке нагнетательного трубопровода, имеющего три поперечных выреза, которые соединяют внутреннее пространство трубопровода с межконусными зазорами рассеивателей.

На фиг. 1 схематически изображена установка для приготовления смесей, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Установка содержит резервуар 1, снабженный нагнетательным 2 и всасывающим 3 трубопроводами, циркуляционный насос 4. Концевой участок нагнетательного трубопровода оборудован смесителем 5, начальный участок всасывающего трубопровода оборудован устройством для наполнения и опорожнения резервуара 6 (патент РФ N 1613425, кл. B 67 D 5/00, 1993). Трубопровод 7 служит для подачи в резервуар исходной жидкости, трубопровод 8 - для подачи подмешиваемой жидкости и трубопровод 9 - для отбора из резервуара приготовленной смеси.

Смеситель 5 выполнен из трех последовательно расположенных щелевых конических рассеивателей 10, 11 и 12 и центральными углами при вершине соответственно 30, 90 и 150^o, закрепленных на концевом участке нагнетательного трубопровода, имеющего три поперечных выреза 13, 14 и 15, которые соединяют внутреннее пространство трубопровода с межконусными зазорами рассеивателей.

Установка для приготовления смесей работает следующим образом.

Исходную жидкость по трубопроводу 7 через устройство для наполнения и опорожнения резервуара 6 подают в резервуар 1 и заполняют его до заданного уровня. Подмешиваемую жидкость по трубопроводу 8 подают на прием насоса 4 и направляют по нагревательному трубопроводу 2 через смеситель 5 в резервуар 1. Затем включают систему циркуляции жидкости: устройство для наполнения и опорожнения резервуара 6 - всасывающий трубопровод 3 - циркуляционный насос 4 - нагнетательный трубопровод 2 - смеситель 5 - резервуар 1. Систему циркуляции жидкости в некоторых случаях включают одновременно с подачей в резервуар подмешиваемой жидкости, например, при ее низкой задаваемой концентрации в смеси.

Поток жидкости, прокачиваемой по нагревательному трубопроводу 2, в смесителе 5 распределяется через поперечные вырезы 13, 14 и 15 по трем направлениям в межконусные зазоры рассеивателей 10, 11 и 12, при этом отклонение направлений движения жидкости в рассеивателях от оси концевой части нагнетательного трубопровода составляет соответственно 15, 45 и 75^o. При перемещении в рассеивателях и на выходе из межконусного пространства рассеивателей обеспечивают турбулентный режим движения жидкости.

При выходе жидкости из рассеивателей при турбулентном режиме плоская струя, попадания в массу окружающей жидкости, постепенно расширяется в соответствии с гидравлическими законами рассеивания затопленной свободной турбулентной струи (Чугаев Р. Р. Гидравлика (техническая механика жидкости). Изд. 3 допол. и испр. Л.: Энергия, 1975, с.347-349). Начало струи совпадает с выходным сечением межконусного зазора. В связи с наличием поперечных по отношению к поверхности раздела пульсирующих скоростей происходит постоянный обмен частицами жидкости между струей и окружающей ее средой и разрыв ядра постоянных скоростей. Скорость струи падает. Для плоской струи в зависимости от коэффициента структуры, учитывающего структуру потока в выходном сечении, угол рассеивания (расширения) струи составляет 24 - 32^o. Для использования в практических целях в данном случае с достаточной степенью точности угол рассеивания может быть принят равным 30^o. Тогда при перемещении плоских струй в рассеивателях 10, 11 и 12 под углами к оси концевой части нагнетательного трубопровода соответственно 15, 45 и 75^o при рассеивании каждой струи под углом 30^o общая зона рассеивания по отношению к оси концевой части трубопровода составит 90^o, а суммарный угол зоны рассеивания всего потока в вертикальном сечении резервуара - 180^o. Внешние границы турбулентных пограничных слоев на фиг. 1 очерчены прямыми линиями.

Следовательно, рассеивание подмешиваемой и циркулирующей смеси происходит одновременно по всей зоне резервуара, нижней границей которой является горизонтальная плоскость, проходящая через кромку нижней конической поверхности рассеивателя 12. При этом скорость жидкости при приближении ее к стенкам резервуара и открытой поверхности незначительна, что исключает гидравлические удары и существенно снижает интенсивность массообменных процессов (испарение легких фракций).

Ниже границы смешения находится относительно небольшой объем жидкости, который отбирается в первую очередь через устройство для наполнения и опорожнения резервуара 6 после начала функционирования системы циркуляции и включается в общий процесс перемешивания. Устройство для наполнения и опорожнения резервуара стабилизирует поток и обеспечивает равномерный по горизонтальному сечению резервуара вывод жидкости из заданной на высоте зоны, поэтому на циркуляцию поступает в первую очередь жидкость, находящаяся в зоне резервуара ниже границы смешения. При этом объем уже перемешанной жидкости равномерно опускается на более низкий уровень и при достижении зоны действия устройства для наполнения и сопряжения резервуара включается в циркуляцию. Таким образом, через относительно небольшой промежуток времени вся жидкость резервуара вовлекается в процесс равномерного мягкого перемешивания без образования застойных зон, что обеспечивает высокую однородность получаемой смеси.

Для усиления эффективности работы смесителя ширину поперечных вырезов 13, 14 и 15 и межконусных зазоров рассеивателей 10, 11 и 12 задают в соответствии с объемом жидкости, находящейся в зоне действия каждого из рассеивателей, т. е. удельный расход рассеиваемой жидкости в каждой зоне должен быть примерно одинаковым. Этот показатель зависит от формы резервуара и уровня в нем жидкости. При расчетах используют известные гидравлические зависимости.

Как один из вариантов, в установке для приготовления смесей может быть использован сдвоенный смеситель, получаемый в результате объединения двух смесителей с ориентацией их в противоположных направлениях. Сдвоенный смеситель устанавливают в центральной точке планируемого объема жидкости, при этом зона его действия удваивается по единовременному охвату объема и составляет 360^o. Этот вариант предпочтительно может быть использован в случае, когда высота резервуара заметно превосходит его радиус, например, в 2 раза. При этом один из смесителей сориентирован в направлении верхней зоны резервуара, второй - в направлении нижней зоны.

Возможны и другие варианты размещения смесителя в резервуаре.

Предлагаемая установка для приготовления смесей позволяет интенсифицировать процесс перемешивания жидкостей, сократить время приготовления смесей, повысить качество получаемой смеси, исключить концентрированные динамические нагрузки на конструкцию резервуара, сократить объемы испарения легких фракций в случае перемешивания легколетучих жидкостей, снизить энергозатраты на осуществление процесса перемешивания.

Предварительные испытания на нефтеперерабатывающем заводе показали надежность и устойчивость работы установки для приготовления смесей и подтвердили изложенные в описании преимущества ее использования.