статический смеситель

Формула изобретения

Статический смеситель, содержащий цилиндрический корпус и смонтированную внутри него перегородку в форме конуса с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей и с отверстиями в стенке конуса, отличающийся тем, что отверстия выполнены осесимметрично по окружностям, находящимся на разных расстояниях от вершины конуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике перемешивания жидкостей особенно высокой вязкости и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Статические смесители (1) по сравнению со смесителями с механическим приводом более просты в конструктивном исполнении. Энергия на перемешивание подводится в форме гидравлической энергии самих смешиваемых потоков, которая вносится в жидкость насосом, установленным в удобном производственном пространстве, а сам смеситель встраивается непосредственно в технологический трубопровод. В основе действия статических смесителей - высокие напряжения сдвига, создаваемые на границах слоев смешиваемых жидкостей. Средства достижения этого при многообразии конструктивного исполнения достаточно постоянны: создание закрученного потока, разделение потока на струи и последующее их слияние, удар о стенки-отбойники, изменения формы потока при обтекании твердых поверхностей. При этом сдвиговые деформации, способствующие перемещению элементов жидкости из слоя в слой, как правило, возникают за счет турбулизации потока.

Однако для высоковязких жидкостей, когда турбулентное течение практически недостижимо без дополнительного включения устройств-турбулизаторов, эффективность перемешивания уменьшается. При сохранении ламинарного режима требуемая степень однородности поля концентраций будет достигнута, очевидно, быстрее лишь при разделении потока на фрагменты - струи, когда искусственно создаются дополнительные поверхности раздела смешиваемых компонентов.

Именно этот эффект предусмотрен в конструкции установки для смешивания и диспергирования жидкостей различной плотности (2), который является наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому изобретению.

Всасывающий трубопровод установки для смешения и диспергирования жидкостей различной плотности в месте его соединения с насосом выполнен в виде V-образной трубы, в каждой ветви которой размещен перфорированный распределитель, а сообщающее устройство выполнено в виде замкнутого трубопровода, при этом перфорированный распределитель снабжен спиральными направляющими, размещенными по его оси. Кроме того, в замкнутом трубопроводе насоса установлен дополнительно турбулизатор в форме конуса, имеющий направляющие, у основания которых в конусе выполнены криволинейные пазы, параллельные направляющим. В систему функционирования установки для смешения и диспергирования жидкостей, кроме насоса, дополнительно включен также эжектор.

Недостатками данного типа смесителя являются сложное аппаратурное оформление процесса перемешивания и, как следствие этого, значительные энергетические затраты, необходимые для обеспечения работы включенного в систему оборудования.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса перемешивания при сокращении энергетических затрат на перемешивание особенно высоковязких жидкостей путем использования максимально простых конструктивных решений.

Поставленная цель достигается в статическом смесителе, содержащем в своей конструкции перегородки, при этом в качестве перегородки используют конструкцию, представляющую собой конус с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей, при этом в стенке конуса осесимметрично по окружностям одного или нескольких радиусов выполнены отверстия так, что вытекающие струи жидкости взаимно сталкиваются.

На фиг.1а изображен статический смеситель в продольном разрезе, на фиг.1б - поперечное сечение смесителя в плоскости окружности, по которой расположены отверстия. Направление движения смешиваемых жидкостей через смеситель изображено стрелками.

Статический смеситель содержит корпус 1 цилиндрической формы, внутри которого закреплена перегородка конической формы 2 с отверстиями, выполненными по окружностям, одной или нескольким, при этом вершина конуса направлена навстречу потоку перемешиваемых жидкостей.

В качестве примера на фиг.1а показано размещение отверстий по двум окружностям разного радиуса (удаленным на разные расстояния от вершины конуса).

Статический смеситель работает следующим образом. Смешиваемый поток жидкостей поступает в кольцевую полость смесителя между корпусом 1 и перегородкой 2 со стороны вершины конической перегородки и проходит в отверстия в стенке перегородки. Сформированные в отверстиях струи жидкости направлены к оси смесителя. В центральной части конической полости происходит столкновение струй. При этом струи деформируются и распадаются, создавая поверхности взаимодействия жидкостных фрагментов слоев, движущихся с относительно разными скоростями. Возникает напряжение сдвига, интенсифицирующее процесс смешения.

Особо следует отметить, что кинетическая энергия, создающая сдвиговые деформации, при встречном столкновении струй значительно возрастает, достигая двукратной величины при прямом столкновении и несколько меньшей - в зависимости от угла сходимости струй.

Именно в этом технологическом эффекте проявляется положительное конструктивное отличие предлагаемого смесителя от прототипа. Особенно заметное повышение эффективности перемешивания наблюдается при перемешивании высоковязких жидкостей, когда турбулизация потока (без применения в потоке дополнительных устройств) практически недостижима из-за необходимости создания высоких скоростей струй и связанных с этим больших затрат энергии. Предлагаемое техническое решение позволяет значительно экономить энергию для достижения той же эффективности перемешивания, что и конструкция смесителя-прототипа.

Предлагаемый статический смеситель конструктивно прост настолько, что доступен в изготовлении средствами ремонтно-механической службы любого предприятия.

Источники информации

1. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. Л.: Химия, 1984 г., 336 с.

2. А.С. №1011215, МПК В 01 F 5/04. “Установка для смешивания и диспергирования жидкостей различной плотности”.