RU42771U1

RU42771U1 - LIQUID PHASE MEDIA DISPERSION DEVICE

Info

Publication number: RU42771U1
Application number: RU2004105777/22U
Authority: RU
Inventors: А.В. Изотов; В.М. Кожаринов; С.Н. Деринг
Original assignee: Изотов Александр Васильевич; Кожаринов Владимир Мирович; Деринг Сергей Николаевич
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2004-12-20

Abstract

Устройство для диспергирования жидкофазных сред относится к области для диспергирования и перемешивания потоков жидкостей и может быть использовано для интенсификации различных технологических процессов в нефтеперерабатывающей, химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности, с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. Устройство для диспергирования жидкофазных сред содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. Внутри корпуса 1 расположены распределитель 4, турбулизирующий элемент 5, излучатель б и рассекатель 7. Распределитель 4 установлен с возможностью перемещения относительно корпуса 1. Поток обрабатываемой жидкости через входной патрубок 2 попадает в цилиндрическую камеру 12, затем резко, меняя направление - в межлопаточное каналы излучателя 6. Излучатель 6, являясь гидродинамической резонансной системой, обеспечивает преобразование энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний широкого спектра частот. Попадая из излучателя 6 в радиальные пазы кавитационной камеры 14, где происходит завихрение части обрабатываемого потока и его торможение, благодаря этому внутри камеры 14 возникают турбулентные вихревые течения, на осях которых образуются кавитационные каверны (пузырьки). Перемещаясь далее в кавитационной камере 14, обрабатываемый поток попадает в щелевидные окна 13 за которыми также создаются турбулентные зоны кавитации. Затем, перемещаясь в канале 18 распределителя 4, обрабатываемый поток попадает сначала на рассекатель 7, а потом в винтовой канал 16, на выходе которого также образуются зоны кавитации. Помимо этого, в зоне винтового канала 16 происходит качественное перемешивание потока, превращая его в гомогенную смесь. Таким образом, при прохождении через гидродинамический кавитационно-акустический генератор, обрабатываемый поток, помимо воздействия акустических колебаний широкого диапазона частот, неоднократно подвергается воздействию кавитационной обработке, благодаря чему, на выходе из генератора получаем качественно перемешаный поток гомогенной структуры мелкодисперсной фракции.A device for dispersing liquid-phase media relates to the field for dispersing and mixing fluid flows and can be used to intensify various technological processes in the oil refining, chemical, paint and varnish and other industries in order to improve their operational characteristics. A device for dispersing liquid-phase media contains a housing 1 with an inlet pipe 2 and an outlet pipe 3. Inside the housing 1 are a distributor 4, a turbulent element 5, a radiator b and a divider 7. The distributor 4 is mounted with the possibility of movement relative to the housing 1. The flow of the processed fluid through the inlet pipe 2 enters the cylindrical chamber 12, then abruptly, changing direction - into the interscapular channels of the emitter 6. The emitter 6, being a hydrodynamic resonant system, provides conversion the energy of the fluid flow into the energy of acoustic vibrations of a wide range of frequencies. Getting from the emitter 6 into the radial grooves of the cavitation chamber 14, where part of the processed flow is swirled and decelerated, turbulent eddy flows arise inside the chamber 14, on the axes of which cavitation cavities (bubbles) are formed. Moving further in the cavitation chamber 14, the processed stream enters into the slit-like windows 13 behind which turbulent cavitation zones are also created. Then, moving in the channel 18 of the distributor 4, the processed stream falls first on the splitter 7, and then in the screw channel 16, at the output of which cavitation zones are also formed. In addition, in the area of the screw channel 16 there is a high-quality mixing of the flow, turning it into a homogeneous mixture. Thus, when passing through a hydrodynamic cavitation-acoustic generator, the processed stream, in addition to the influence of acoustic vibrations of a wide frequency range, is repeatedly exposed to cavitation treatment, due to which, at the exit from the generator, we obtain a qualitatively mixed stream of a homogeneous structure of a finely dispersed fraction.

Description

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и перемешивания потоков жидкофазных сред и может быть использовано для гомогенизации тяжелых нефтяных видов топлива, используемых в промышленности и теплоэнергетике, а также для интенсификации технологических процессов в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for dispersing and mixing flows of liquid-phase media and can be used to homogenize heavy petroleum fuels used in industry and power engineering, as well as to intensify technological processes in the oil refining, chemical and other industries.

Известен ультразвуковой смеситель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, цилиндрическую камеру с излучателями, выполненными в виде последовательно установленных по спирали Архимеда лопаток, образующих каналы (авторское свидетельство №316482, В 06 В 1/20, 1971 г.).A known ultrasonic mixer containing a housing with inlet and outlet pipes, a cylindrical chamber with emitters made in the form of vanes forming channels in series with the Archimedes spiral (copyright certificate No. 316482, 06 V 1/20, 1971).

Известный ультразвуковой смеситель не обеспечивает требуемого качества перемешивания диспергирования и гомогенизации обрабатываемой среды, т.к. обрабатываемый поток подвергается одноразовому кавитационному воздействию.The known ultrasonic mixer does not provide the required quality of mixing the dispersion and homogenization of the treated medium, because the processed stream is exposed to a one-time cavitation effect.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков присущих изобретению, является гидродинамический излучатель вихревого типа, состоящий из корпуса и средств, обеспечивающих создание вращающихся потоков жидкости, выполненных в виде коаксиально расположенных элементов с винтовыми пазами и расположенных с возможностью образования кольцевых каналов (авторское свидетельство №410823, В 06 В 1/20, 1972 г.).The closest technical solution for the totality of the essential features inherent in the invention is a vortex type hydrodynamic emitter, consisting of a housing and means for creating rotating fluid flows made in the form of coaxially arranged elements with screw grooves and arranged with the formation of annular channels (copyright certificate No. 410823 , B 06 B 1/20, 1972).

Известное устройство также не обеспечивает требуемого качества диспергирования и перемешивания, так как обрабатываемый поток подвергается одноразовому кавитационному воздействию, вследствие чего происходит неравномерное распределение частиц потоков и получение частиц крупных фракций, помимо этого нет возможности обеспечения регулировки производительности.The known device also does not provide the required quality of dispersion and mixing, since the treated stream is subjected to a one-time cavitation effect, as a result of which there is an uneven distribution of particles of the flows and the production of particles of large fractions; in addition, it is not possible to provide performance control.

В основу заявленного изобретения положена задача обеспечить многостадийное ультразвуковое воздействие на обрабатываемый поток с многократным изменением направления и одновременным обеспечением возможности регулировки объемов обрабатываемого потока, что в свою очередь позволит увеличить степень диспергирования и гомогенизации обрабатываемого потока и регулировать производительность процесса обработки.The basis of the claimed invention is to provide a multi-stage ultrasonic effect on the processed stream with multiple changes in direction and at the same time providing the ability to adjust the volumes of the processed stream, which in turn will increase the degree of dispersion and homogenization of the processed stream and regulate the performance of the processing process.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для диспергирования потоков жидкофазных сред, содержащее корпус с рабочей камерой и входным и выходным патрубками, и излучатель, который выполнен в виде цилиндрического распределителя, установленного внутри рабочей камеры корпуса, и турбулизирующего элемента, установленного внутри распределителя с возможностью образования винтовых каналов, снабжено дополнительным составным излучателем с серповидными лопатками, имеющими форму части Архимедовой спирали, расположенными оппозитно друг другу, с возможностью образования плунжерной пары с каналами в зоне входного патрубка и обеспечения бесступенчатого изменения площади поперечного сечения последних, и рассекателем, который установлен внутри распределителя между турбулизирующим элементом и дополнительным излучателем, при этом распределитель установлен с возможностью образования с рабочей поверхностью корпуса в зоне дополнительного излучателя кавитационной камеры и выполнен с тангенциальными отверстиями, расположенными по его окружности, с возможностью обеспечения направления обрабатываемого потока на рассекатель.The stated technical problem is solved in that a device for dispersing flows of liquid-phase media containing a housing with a working chamber and inlet and outlet nozzles, and an emitter, which is made in the form of a cylindrical distributor installed inside the working chamber of the housing, and a turbulent element installed inside the distributor with the possibility the formation of helical channels, is equipped with an additional composite emitter with crescent-shaped blades, having the form of a part of the Archimedean spiral, located op It is connected to each other, with the possibility of forming a plunger pair with channels in the zone of the inlet pipe and providing stepless changes in the cross-sectional area of the latter, and a divider, which is installed inside the distributor between the turbulizing element and the additional emitter, while the distributor is installed with the possibility of formation with the working surface of the housing in the zone of the additional emitter of the cavitation chamber and is made with tangential holes located around its circumference, with the possibility y ensure the direction of the processed flow to the divider.

Оптимально распределитель выполнить с возможностью перемещения относительно корпуса, а дополнительный излучатель установить на торце распределителя с возможностью поворота относительно продольной оси последнего.Optionally, the distributor can be moved relative to the housing, and an additional emitter installed on the end of the distributor with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the latter.

Допустимо на внутренней поверхности рабочей камеры корпуса в зоне кавитационной камеры выполнить средства торможения потока в виде пазов.It is permissible on the inner surface of the working chamber of the housing in the area of the cavitation chamber to carry out flow braking means in the form of grooves.

Целесообразно устройство снабдить средством фиксации распределителя относительно корпуса.It is advisable to provide the device with means for fixing the distributor relative to the housing.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для диспергирования;Figure 1 shows a longitudinal section of a device for dispersion;

На фиг.2 разрез А-А на фиг.1.In Fig.2 a section aa in Fig.1.

На фиг.3 изображена зона подвода обрабатываемого потока.Figure 3 shows the feed zone of the processed stream.

Устройство для диспергирования жидкофазных сред содержит корпус 1 (выполнен из трех составных частей) с входным патрубком 2 для подвода обрабатываемого потока и выходным патрубком 3. Внутри корпуса 1 расположены: излучатель, выполненный в виде цилиндрического распределителя 4 и установленного внутри него турбулизирующего элемента 5, дополнительный излучатель б и рассекатель 7.A device for dispersing liquid-phase media contains a housing 1 (made of three components) with an inlet pipe 2 for supplying a process stream and an outlet pipe 3. Inside the housing 1 there are: a radiator made in the form of a cylindrical distributor 4 and a turbulent element 5 installed inside it, an additional emitter b and divider 7.

Распределитель 4 установлен, с возможностью перемещения относительно корпуса 1. Дополнительный излучатель 6 выполнен из элементов 8 и 9 с серповидными лопатками 10, имеющими форму части Архимедовой спирали и оппозитно друг другу, образуя плунжерную пару с межлопаточными каналами 11 (фиг.3). Элемент 8 излучателя 6, в данном конкретном исполнении, может быть расположен на торце распределителя 4 с The distributor 4 is installed, with the possibility of movement relative to the housing 1. The additional emitter 6 is made of elements 8 and 9 with crescent-shaped blades 10, having the form of a part of the Archimedean spiral and opposite to each other, forming a plunger pair with interscapular channels 11 (Fig. 3). The element 8 of the emitter 6, in this particular embodiment, can be located at the end of the distributor 4 s

возможностью вращения относительно его продольной оси, а другой элемент 9 - на торце корпуса 1 в зоне входного патрубка 2, образуя камеру 12. Отверстия 13 выполнены под углом к поперечной оси распределителя 5 (тангенциальными), таким образом, что их суммарная площадь не превышает площади поперечного сечения кавитационной камеры 14, образованной распределителем 4 и рабочей поверхностью корпуса 1 в зоне дополнительного излучателя б и отверстий 13.the possibility of rotation relative to its longitudinal axis, and another element 9 on the end of the housing 1 in the area of the inlet pipe 2, forming a chamber 12. The holes 13 are made at an angle to the transverse axis of the distributor 5 (tangential), so that their total area does not exceed the area the cross section of the cavitation chamber 14 formed by the distributor 4 and the working surface of the housing 1 in the area of the additional emitter b and holes 13.

Внутри распределителя 4 расположен турбулизирующий элемент 5 и рассекатель 7. Турбулизирующий элемент 5 и рассекатель 7 могут быть выполнены как один конструктивный элемент. Турбулизирующий элемент 5 выполнен в виде Архимедова винта, образуя с внутренней поверхностью распределителя винтовой канал 16, площадь которого не превышает площади поперечного сечения распределителя 4.Inside the distributor 4 there is a turbulizing element 5 and a divider 7. The turbulizing element 5 and a divider 7 can be made as one structural element. The turbulent element 5 is made in the form of an Archimedean screw, forming with the inner surface of the distributor a helical channel 16, the area of which does not exceed the cross-sectional area of the distributor 4.

Устройство также снабжено средством фиксации распределителя 4 относительно корпуса 1, выполненным в виде стопорного винта 17.The device is also provided with means for fixing the distributor 4 relative to the housing 1, made in the form of a locking screw 17.

Устройство для диспергирования жидкофазных сред работает следующим образом.A device for dispersing liquid-phase media works as follows.

Поток обрабатываемой жидкости через входной патрубок 2 попадает в цилиндрическую камеру 12, затем резко, меняя направление - в межлопаточное каналы 11, где под острым углом направляется на стенки серповидных лопаток 10. Резкое изменение направления потока жидкости приводит к гидравлическому сопротивлению, что приводит к резонансному колебанию дополнительного излучателя б. Дополнительный излучатель 6, являясь гидродинамической резонансной системой, обеспечивает преобразование энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний широкого спектра частот. Акустические колебания вызывают ряд эффектов, среди которых - диспергирование и гомогенизация жидкости и возникновение акустической кавитации.The flow of the processed fluid through the inlet pipe 2 enters the cylindrical chamber 12, then abruptly, changing direction - into the interscapular channels 11, where it is directed at an acute angle to the walls of the sickle-shaped blades 10. A sharp change in the direction of the fluid flow leads to hydraulic resistance, which leads to resonance oscillation additional emitter b. Additional emitter 6, being a hydrodynamic resonance system, provides the conversion of the energy of the fluid flow into the energy of acoustic vibrations of a wide range of frequencies. Acoustic vibrations cause a number of effects, among which are dispersion and homogenization of a liquid and the occurrence of acoustic cavitation.

На выходе из излучателя 6, за счет разности давления происходит срыв потока, вследствие чего - взрыв микрочастиц, который переходит в ультразвуковую волну. Помимо этого, попадая из межлопаточных каналов 11 в пазы 15 кавитационной камеры 14 происходит завихрение части обрабатываемого потока и его торможение, благодаря этому внутри кавитационной камеры 14 возникают турбулентные вихревые течения, на осях которых образуются кавитационные каверны (пузырьки). Схлопывание кавитационных пузырьков сопровождается гидравлическими ударными давлениями, звуковыми импульсами и микропотоками большой скорости. Перемещаясь далее в кавитационной камере 14, обрабатываемый поток попадает в щелевидные окна 13 распределителя 4, суммарная площадь которых не превышает площади поперечного сечения камеры 14. За счет сужения проходного сечения скорость обрабатываемого потока увеличивается, давление падает. Данное конструктивное выполнение элементов At the outlet of the emitter 6, due to the pressure difference, the flow is interrupted, resulting in an explosion of microparticles, which passes into an ultrasonic wave. In addition, getting from the interscapular channels 11 into the grooves 15 of the cavitation chamber 14, a part of the processed flow is swirled and braked, as a result of this, turbulent eddy flows arise inside the cavitation chamber 14, on the axes of which cavitation cavities (bubbles) are formed. The collapse of cavitation bubbles is accompanied by hydraulic shock pressures, sound impulses, and high-velocity microflows. Moving further in the cavitation chamber 14, the processed stream enters the slit-like windows 13 of the distributor 4, the total area of which does not exceed the cross-sectional area of the chamber 14. Due to the narrowing of the passage section, the speed of the processed stream increases, the pressure drops. This constructive implementation of the elements

генератора позволяет создать за окнами 13 турбулентные зоны кавитации, что в свою очередь позволяет повторно подвергнуть обрабатываемый поток ультразвуковой обработке.generator allows you to create outside the windows 13 turbulent cavitation zone, which in turn allows you to re-expose the treated stream to ultrasonic treatment.

Затем, перемещаясь в канале 18 распределителя 4, обрабатываемый поток попадает сначала на рассекатель 7, а потом в винтовой канал 16. За счет того, что площадь винтового канала 16 меньше площади поперечного сечения распределителя 4 (происходит завихрение ускоренного потока), и на выходе канала 16 образуются зоны кавитации. Помимо этого, в зоне винтового канала 16 происходит качественное перемешивание потока, превращая его в гомогенную смесь.Then, moving in the channel 18 of the distributor 4, the processed stream first goes to the divider 7, and then to the screw channel 16. Due to the fact that the area of the screw channel 16 is less than the cross-sectional area of the distributor 4 (accelerated flow swirls), and at the channel output 16 cavitation zones are formed. In addition, in the area of the screw channel 16 there is a high-quality mixing of the flow, turning it into a homogeneous mixture.

Таким образом, при прохождении через гидродинамический кавитационно-акустический генератор, обрабатываемый поток, помимо воздействия акустических колебаний широкого диапазона частот, неоднократно подвергается воздействию кавитационной обработке, благодаря чему, на выходе из генератора получаем качественно перемешанный поток гомогенной структуры мелкодисперсной фракции.Thus, when passing through a hydrodynamic cavitation-acoustic generator, the processed stream, in addition to the influence of acoustic vibrations of a wide range of frequencies, is repeatedly exposed to cavitation treatment, due to which, at the exit from the generator, we obtain a qualitatively mixed stream of a homogeneous structure of a finely dispersed fraction.

Установка распределителя 4 с возможностью перемещения относительно продольной оси корпуса 1 и дополнительного излучателя б - на торце распределителя 4 с возможностью поворота относительно продольной оси последнего, позволяет осуществить в процессе обработки бесступенчатую регулировку объемов обрабатываемых потоков.The installation of the distributor 4 with the possibility of movement relative to the longitudinal axis of the housing 1 and the additional emitter b - at the end of the distributor 4 with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the latter, allows for stepless adjustment of the volumes of the processed flows during processing.

Выполнение на внутренней поверхности рабочей камеры корпуса 1 в зоне кавитационной камеры 14 пазов 15 позволяет осуществлять торможение части обрабатываемого потока, исходящего из дополнительного излучателя 6, посредством чего создаются дополнительные зоны кавитации.The execution on the inner surface of the working chamber of the housing 1 in the area of the cavitation chamber 14 of the grooves 15 allows braking part of the processed stream coming from the additional emitter 6, whereby additional cavitation zones are created.

Винт 17 позволяет зафиксировать распределитель 4 относительно корпуса 1 после осуществления регулировки объема обрабатываемого потока.The screw 17 allows you to fix the distributor 4 relative to the housing 1 after adjusting the volume of the processed stream.

Теплотехнические испытания предложенного устройства показали, что благодаря уменьшению размера капель и времени их пребывания в топке снижаются потери от химического недожога топлива. Мелкое распыление смолистых соединений и равномерное их распределение в мазуте обеспечивает более полное сгорание частиц углерода и тяжелых углеводородов без копоти и сажевыделения, что позволяет уменьшить потери тепла от механического недожога топлива и увеличивает лучеиспускательную способность факела.Thermotechnical tests of the proposed device showed that by reducing the size of the droplets and their residence time in the furnace, losses from chemical underburning of the fuel are reduced. Fine spraying of resinous compounds and their uniform distribution in fuel oil provides a more complete combustion of carbon particles and heavy hydrocarbons without soot and soot, which allows to reduce heat loss from mechanical underburning of fuel and increases the luminosity of the flame.

Кроме того, в устройстве для диспергирования жидкофазных сред под воздействием многостадийной кавитационной обработке и ультразвуку происходит дробление твердых включений (механические примеси и твердые продукты уплотнения In addition, in a device for dispersing liquid-phase media under the influence of multi-stage cavitation treatment and ultrasound, crushing of solid inclusions (mechanical impurities and solid seal products)

смолисто-асфальтного характера), за счет чего увеличивается срок службы топливных фильтров и насосов.resinous-asphaltic nature), thereby increasing the service life of fuel filters and pumps.

Таким образом, заявленное изобретение может быть использовано в различных областях техники, в частности, для диспергирования и перемешивания потоков жидкофазных сред.Thus, the claimed invention can be used in various fields of technology, in particular, for dispersing and mixing flows of liquid-phase media.

Claims

1. Device for dispersing flows of liquid-phase media, comprising a housing with a working chamber and inlet and outlet nozzles, and an emitter, which is made in the form of a cylindrical distributor installed inside the working chamber of the housing, and a turbulent element installed inside the distributor with the possibility of formation of helical channels, characterized the fact that the device is equipped with an additional composite emitter with crescent-shaped vanes, having the form of a part of the Archimedean spiral, located opposite each other gu, with the possibility of forming a plunger pair with channels in the area of the inlet pipe and providing stepless changes in the cross-sectional area of the latter, and a divider, which is installed inside the distributor between the turbulizing element and the additional emitter, while the distributor is installed with the possibility of formation with the working surface of the housing in the zone of additional emitter of the cavitation chamber and is made with tangential holes located around its circumference, with the possibility of providing on board the process stream divider.

2. The device according to claim 1, characterized in that the distributor is movable relative to the housing, and an additional emitter is mounted on the end of the distributor with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the latter.

3. The device according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the working chamber of the housing in the area of the cavitation chamber, flow braking means are made in the form of grooves.

4. The device according to claims 1 and 2, characterized in that it is provided with means for fixing the distributor relative to the housing.