КАВИТАЦИОННЫЙ РЕАКТОР Российский патент 1997 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к статическим смесителям, и может быть использовано в легкой, химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности для интенсификации процессов перемешивания, гомогенизации, эмульгирования, диспергирования и растворения в жидких и газообразных многокомпонентных системах, а также для диспергирования твердых частиц в жидкости.

Известен статический смеситель, содержащий колонну с впускным отверстием для суспензии в верхней части, несколькими камерами и насосом. Впускной патрубок для газа расположен в нижней части колонны, так что газ движется наверх, а жидкость вниз (патент США N 3495952, кл. B 01 F 3/06, 1970).

Недостатком данного смесителя является сложность и значительные габариты. Кроме того, подобный смеситель не может быть встроен в трубопровод, что ограничивает область его применения.

С целью устранения перечисленных недостатков были разработаны смесители, в которых один из компонентов подавался в зону кавитации или, во всяком случае, в зону турбулентного течения второго компонента (патент Великобритании N 2022430, кл. B 01 F 5/00, 1979). Данный смеситель содержит корпус с продольным патрубком ввода первого компонента и наклонными патрубками ввода второго компонента. Аналогичный смеситель в виде ряда последовательных трубок Вентури описан в (ЕПВ N 0157691, кл. B 01 F5/04, 1985).

Однако смесители подобного типа обладают недостаточной эффективностью. Кроме того, раздельная подача компонентов смеси возможна только на первом этапе смешивания или диспергирования.

Известен также кавитационный аппарат, в корпусе которого установлен кавитатор в виде перфорированной крыльчатки с клиновидными лопастями (авт. св. N 1353858, D 21 B 1/36, 1985).

Недостатком данного смесителя также является низкая эффективность прежде всего из-за того, что в потоке за кавитатором медленно протекают процессы выделения микропузырьков и их схлопывания.

Известен встраиваемый статический смеситель, образованный цилиндрическим корпусом с патрубками ввода и вывода обрабатываемой среды, в полости которого последовательно размещены завихрители в виде плоских пластин, лопастей и лопаток сложной формы, причем за счет определенной последовательности их установки несколько возрастает степень гомогенизации обрабатываемой среды, так как одни элементы как бы "подготавливают" ее поток для других (патент США N 4461579, кл. B 01 F 5/00, 1984).

Однако данный смеситель достаточно сложен, а, кроме того, не обеспечивает высокой степени гомогенизации, поскольку в нем не происходит образования кавитационных каверн и микропузырьков. Кроме того, данный смеситель обладает высоким гидравлическим сопротивлением. Все это отрицательно сказывается на производительности смесителя.

Наиболее близким к предложенному является кавитационный реактор, содержащий корпус с проточной камерой, в которой размещен кавитатор, и тангенциальным патрубком подачи среды, выполненным с регулятором расхода (авт. св. N 1315007, кл. B 01 F 5/00, 1985). Корпус выполнен с конфузором и диффузором, а кавитатор в виде крыльчатки с клиновидным сечением и острой передней кромкой неподвижных лопастей.

Тангенциальный патрубок с регулятором позволяет за счет вращения среды регулировать угол атаки лопастей кавитатора. Однако, интенсивность кавитационной обработки подобного устройства недостаточна. Кроме того, известный реактор характеризуется существенно неравномерным, турбулентным течением жидкости, что снижает его производительность, повышает гидродинамическое сопротивление.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение интенсивности кавитационной обработки среды, без существенного снижения производительности реактора и увеличения его гидродинамического сопротивления.

Указанный результат достигается тем, что известный кавитационный реактор, содержащий корпус с проточной камерой, в которой размещен, по меньшей мере, один кавитатор, и с тангенциальным патрубком подачи среды, выполненным с регулятором расхода, снабжен патрубками обратной подачи, число которых не превышает числа кавитаторов, при этом патрубки обратной подачи выполнены с регуляторами расхода, а их входные и выходные отверстия расположены на выходе корпуса и в его полости в месте размещения соответствующего кавитатора.

При этом тангенциальный патрубок может быть выполнен с кавитатором.

Кроме того, кавитаторы в проточной камере могут быть выполнены со сквозными отверстиями и без них, причем последние размещены за кавитаторами со сквозными отверстиями.

Целесообразно также, чтобы, по меньшей мере, кавитаторы без сквозных отверстий образовывали со стенками корпуса канал сверхзвукового профиля.

Кроме того, выходные отверстия патрубков обратной подачи могут размещаться непосредственно за кавитаторами в зоне кавитации.

Целесообразно выполнять выходные концы патрубков обратной подачи с возможностью осевого перемещения.

Допускается также выполнять выходные концы патрубков обратной подачи изогнутыми и с возможностью вращения вокруг оси.

На фиг.1 схематично изображен кавитационный реактор с частичными разрезами в зоне размещения кавитаторов; на фиг.2 и 3 его поперечный и увеличенный частичный продольный разрез.

Предлагаемый реактор содержит цилиндрический корпус 1 с конфузором 2, проточной камерой 3 и диффузором 4. В камере 3, на ее оси установлены кавитаторы 5,6. Тангенциальный патрубок 7 расположен до конфузора 2 и снабжен регулятором 8 расхода. Аналогичным регулятором 9 снабжен осевой канал поступления обрабатываемой среды в полость корпуса 1.

Патрубки обратной подачи 10 и 11 с регуляторами 12,13 расхода соединяют выход устройства с зонами размещения кавитаторов 5 и 6. Иными словами, выходные отверстия патрубков 10, 11 размещены в непосредственной близости от кавитатора 5 или 6 т.е. до него по ходу потока, над или под ним, за соответствующим кавитатором. Корпус 1 выполнен с присоединительными фланцами 14, 15.

В полости патрубка 7 может быть установлен кавитатор 16, что способствует дополнительной интенсификации процесса перемешивания.

Регуляторы 8, 9, 12 и 13 могут быть выполнены в виде заслонок, вентилей и т.п. Кавитатор 5 выполнен с продольными сквозными отверстиями, а кавитатор 6 без них, например, в виде крыльчатки.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая среда подается в полость корпуса 1 через отверстие фланца 14 и патрубок 7, в результате чего поток начинает вращаться со скоростью, зависящей от положения управляющих органов регуляторов 8 и 9. В конфузоре 2 поток ускоряется и попадает в камеру 3. На кавитаторах 5 и 6 образуются кавитационные микропузырьки, схлопывающиеся в канале сверхзвукового профиля, образованном следующим кавитатором, или в диффузоре 4. При этом образуются кумулятивные микроструи, оказывающие интенсивное микрокинетическое воздействие на обрабатываемую смесь.

По патрубкам 10, 11 часть потока с выхода устройства поступает в зону кавитации, где вновь подвергается интенсивной обработке и, одновременно, стабилизирует поток. Поэтому изменяя положение управляющих органов регуляторов 12, 13, добиваются сочетания высокой интенсивности обработки жидкости с высокой производительностью реактора в целом.

Таким образом процесс настройки реактора с целью достижения оптимальных параметров производят следующим образом. Сначала полностью перекрывают поток через патрубки 7, 10 и 11 и, плавно открывая регулятор 8, добиваются максимальной эффективности обработки. Затем, поочередно открывая регуляторы 12, 13, добиваются дальнейшего повышения эффективности обработки при снижение производительности реактора не более 30% Окончательной оптимизации параметров реактора добиваются, перемещая и/или вращая патрубки 10, 11 вдоль оси.

В результате, эффективность обработки может быть увеличена в 1,5-2 раза при увеличении гидродинамического сопротивления и снижении производительности всего на 15-20%

Сущность изобретения: кавитационный реактор содержит корпус с проточной камерой, в которой размещен, по меньшей мере, один кавитатор. Корпус изготовлен с тангенциальным патрубком подачи среды, выполненным с регулятором расхода. Корпус имеет патрубки обратной подачи, число которых не превышает числа кавитаторов. При этом патрубки обратной подачи выполнены с регуляторами расхода, а их входные и выходные отверстия расположены на выходе корпуса и в его полости в месте размещения соответствующего кавитатора. 6. з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кавитационный реактор, содержащий корпус с проточной камерой, в которой размещен по меньшей мере один кавитатор, и с тангенциальным патрубком подачи среды, выполненным с регулятором расхода, отличающийся тем, что он снабжен патрубками обратной подачи, число которых не превышает числа кавитатора, при этом патрубки обратной подачи выполнены с регуляторами расхода, а их входные и выходные отверстия расположены на выходе корпуса и в его полости в месте размещения соответствующего кавитатора. 2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что тангенциальный патрубок выполнен с кавитатором. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что кавитаторы в проточной камере выполнены со сквозными отверстиями и без них, причем последние размещены за кавитаторами со сквозными отверстиями. 4. Реактор по п.3, отличающийся тем, что по меньшей мере кавитаторы без сквозных отверстий образуют со стенками корпуса канал сверхзвукового профиля. 5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что выходные отверстия патрубков обратной подачи размещены непосредственно за кавитаторами в зоне кавитации. 6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что выходные концы патрубков обратной подачи выполнены с возможностью осевого перемещения. 7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что выходные концы патрубков обратной подачи выполнены изогнутыми и с возможностью вращения вокруг оси.