УСТАНОВКА ДЛЯ ОБВОДНЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА Российский патент 1997 года по МПК B01F11/02 

Изобретение относится к технике подготовки водно-топливных эмульсий, испытания топливных систем и может быть использовано во многих отраслях промышленности, например, в нефтеперерабатывающей, автомобильной и др.

Известны устройства для приготовления эмульсий методом барботажа и механические мешалки для обводнения топлив [1]
Недостатками этих устройств является то, что получаемые эмульсии содержат капельки воды как малого, так и достаточно большого диаметра (40 160 мкм) и имеют низкое качество и малую однородность.

Известно устройство, содержащее корпус с камерами предварительного и окончательного смешения, соединенными соплом, и вибрирующий элемент, консольно закрепленные соосно соплу внутри камеры окончательного смешения [2]
Однако такое устройство недостаточно надежно в работе, т.к. вибрирующий элемент испытывает при колебаниях знакопеременные нагрузки, причем амплитуда его колебания может достичь значительной величины и привести к поломке. Кроме того, в данном устройстве не обеспечивается изменение жесткости перемещения вибрирующего элемента по отношению к нагрузке, что не позволяет обеспечить оптимальный режим вибрации элемента в зависимости от свойств обрабатываемой жидкости и приводит к получению эмульсии сравнительно низкого качества с недостаточной однородностью.

Известно также устройство [3] содержащее емкости основного и эмульгируемого компонентов, вихревые гидродинамические излучатели, один из которых соединен посредством напорного патрубка и насоса с емкостью основного компонента, а у другого эжекционный патрубок соединен с емкостью эмульгируемого компонента.

Недостатками данного устройства являются возможность только одноступенчатого приготовления эмульсии и недостаточно высокая дисперсность эмульсии.

Известно устройство для обводнения жидкого топлива [4] состоящее из корпуса, штуцеров для подвода воды, топлива и отвода эмульсии, ультразвукового излучателя и распределительного стакана.

Недостатками устройства являются сложность конструкции, малая производительность и недостаточная надежность в работе из-за поломок вибрирующего элемента по причине значительной величины амплитуды его колебаний. Необходимость подвода дополнительной энергии к вибрирующему элементу требует дополнительных энергозатрат. Жесткие условия работы вибрирующего элемента вызывают микроразрушения металла, что приводит к снижению качества эмульсии за счет загрязнений и динамической коррозии вибрирующего элемента. Кроме того, по причине одноразового ультразвукового диспергирования одной из взаимно нерастворимых жидкостей в другой (в распределительном стакане) образуется эмульсия низкого качества и малой однородности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обводнения жидкого топлива [5] состоящее из корпуса, штуцеров для подвода воды, газа, топлива и отвода эмульсии, патрубка для выпуска газа, распределительного стакана, внутри которого расположены коллектор подвода топлива и трубопровод со штуцером подвода топлива, ультразвуковой излучатель и сетчатый рассекатель.

Недостатками устройства являются недостаточно высокое качество получаемой эмульсии.

Цель изобретения повышение качества подготовки эмульсии с заданной дисперсностью.

Цель достигается тем, что установка для обводнения жидкого топлива, включающая блок подготовки воднотопливного концентрата, содержащий корпус с патрубками подвода воды, газа и расположенными тангенциально патрубками подвода топлива и отвода водно-топливного концентрата, оборудованными запорной арматурой, в котором коаксиально размещен распределительный стакан, снабженный расположенными в нем кольцевым трубчатым распределителем топлива, ультразвуковым излучателем и сетчатым рассекателем, установленным над распределителем между излучателем и стенкой стакана, дополнительно снабжена промежуточным блоком, представляющим собой корпус, внутри которого установлены сетчатые перегородки с помещенной между ними набивкой, и блоком подготовки эмульсии с заданной дисперсностью, содержащим сборный корпус с разъемной полусферой и диафрагмой, снабженной патрубком для отвода водно-топливного концентрата со смесителем, боковая поверхность корпуса оборудована патрубком подачи газа, установленным перпендикулярно корпусу, внутри корпуса и соосно ему установлен патрубок подачи водно-топливного концентрата, оборудованный насадкой с отбойником в виде обратного конуса, при этом насадка представляет собой эжектор, боковая поверхность которого у основания выполнена с отверстиями, блок подготовки водно-топливного концентрата, промежуточный блок и блок подготовки эмульсии с заданной дисперсностью соединены последовательно, выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления между собой.

Данные признаки являются существенными для достижения задачи изобретения, т.к.

1. Установка снабжена промежуточным блоком, представляющим собой корпус, внутри которого установлены сетчатые перегородки с помещенной между ними набивкой, для того, чтобы обеспечить дополнительное дробление воды в водно-топливном концентрате, полученном в блоке подготовки водно-топливного концентрата (ВТК), и повысить тем самым качество и однородность эмульсии.

2. Установка снабжена блоком подготовки эмульсии с заданной дисперсностью (ЭЗД) для окончательной подготовки ВТК и ЭЗД.

3. Блок подготовки ЭЗД содержит сборный корпус с разъемной полусферой и диафрагмой, снабженной патрубком для отвода водно-топливного концентрата со смесителем, боковая поверхность корпуса оборудована патрубком подачи газа, установленным перпендикулярно корпусу, внутри корпуса и соосно ему установлен патрубок подачи водно-топливного концентрата, оборудованный насадкой с отбойником в виде обратного конуса, при этом насадка представляет собой эжектор, боковая поверхность которого выполнена с отверстиями.

Данная конструкция позволяет существенно повысить однородность ВТК, подготовленного в предыдущих блоках, и качество эмульсии с заданной дисперсностью за счет многостадийного приготовления ВТК, эффективного его смешивания с топливом и подготовки однородной эмульсии с заданной дисперсностью.

4. Блок подготовки водно-топливного концентрата, промежуточный блок и блок подготовки эмульсии с заданной дисперсностью соединены последовательно, выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления между собой, т. к. последовательное соединение указанных блоков обеспечивает эффективную подготовку ВТК и ЭЗД. Выполнение блоков автономными позволяет использовать не только всю установку, но и отдельные блоки, а также их различное сочетание в зависимости от конкретных задач по подготовке ВТК или ЭЗД.

Такое техническое решение имеет ряд преимуществ перед существующими устройствами, а именно:
позволяет повысить качество получаемой эмульсии за счет многократного дробления воды на более мелкие капли и неоднократного перемешивания ВТК с топливом;
повышается однородность эмульсии;
позволяет получать эмульсии с заданной дисперсностью.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки для обводнения жидкого топлива, которая включает: блок подготовки водно-топливного концентрата 1; промежуточный блок 2 и блок подготовки эмульсии с заданной дисперсностью 3.

Блоки соединены патрубками (трубопроводными коммуникациями), оборудованными запорной арматурой (на фиг.1 показаны стрелками) и предусмотрена возможность работы (в случае необходимости) каждого блока в отдельности или в различном их сочетании. С этой целью блоки выполнены автономными и оборудованы устройствами для их крепления между собой.

На фиг. 2 принципиальная схема блока подготовки водно-топливного концентрата 1.

Блок подготовки водно-топливного концентрата (ВТК) содержит корпус 4 с патрубками 5,6,7 соответственно подачи воды, подачи газа, выпуска газа, расположенными тангенциально патрубками 8,9 соответственно подвода топлива и отвода ВТК, оборудованными запорной арматурой. В корпусе 4 коаксиально размещен распределительный стакан 10, снабженный расположенными в нем кольцевым трубчатым распределителем 11 топлива с трубопроводом 12, ультразвуковым излучателем 13 и сетчатым рассекателем 14, установленным над распределителем 11 между излучателем 13 и стенкой стакана 10.

Ультразвуковой излучатель 13 выполнен в виде акустического свистка, т.к. излучатели такого типа не имеют движущихся деталей, а, следовательно, исключают образование и попадание в ВТК микроразрушений металла и продуктов динамической коррозии и, тем самым, оказывают существенное влияние на повышение качества и однородности ВТК.

На фиг.3 принципиальная схема промежуточного блока 2.

Промежуточный блок представляет собой корпус 15, внутри которого установлены сетчатые перегородки 16 с помещенной между ними набивкой 17.

На фиг. 4 схема блока 3 подготовки эмульсии с заданной дисперсностью (ЭЗД).

Блок подготовки ЭЗД содержит сборный корпус 18 с разъемной полусферой 19 и диафрагмой 20, снабженной патрубком 21 для отвода ВТК со смесителем (на фиг. 4 не показан). Боковая поверхность корпуса 18 оборудована патрубком 22 подачи газа, установленным перпендикулярно корпусу 18. Внутри корпуса 18 и соосно с ним установлен патрубок 23 для подачи ВТК, который оборудован насадкой 24 с отбойником 25 в виде обратного конуса. Насадка 24 представляет собой эжектор, боковая поверхность которого у основания выполнена с отверстиями 26.

Установка для обводнения жидкого топлива работает следующим образом.

В распределительный стакан 10 по патрубкам 5,6 подаются соответственно вода и газ, например, воздух, а по трубопроводу 12 через кольцевой трубчатый распределитель 11 подается топливо. За счет подачи воды и газа через ультразвуковой излучатель 13 вода диспергируется в нижней части распределительного стакана 10, образуя с топливом, выходящим из распределителя 11, водно-топливный концентрат (ВТК). Образующиеся в ВТК капли воды дополнительно дробятся на более мелкие при прохождении ВТК через сетчатый рассекатель 14.

Одновременно по патрубку 8 подвода топлива, расположенному тангенциально, поступает топливо в полость, образованную стенкой корпуса 4 и распределительным стаканом 10. Приобретая вращательное движение, топливо вымывает из стакана 10 ВТК и смесь топлива с ВТК отводится из корпуса 4 через патрубок 9. При прохождении топлива из нижней части корпуса в верхнюю происходит интенсивное перемешивание ВТК с топливом, и образуется вихревой поток газа, выделяющегося из смеси за счет вращательного движения и отводимого через патрубок 7.

ВТК, полученный в блоке 1 (фиг.1) подготовки ВТК, подается в промежуточный блок 2 (фиг.1), в котором при прохождении сетчатых перегородок 16 с помещенной между ними набивкой 17, происходит дополнительное дробление капель воды. Затем ВТК подается в блок 3 (фиг.1) подготовки ЭЗД через патрубок 23. Одновременно через патрубок 22 подается газ, например, воздух. ВТК, проходя насадку 24 в виде эжектора, образует разрежение и часть газа через отверстия 26 вовлекается в жидкостной поток, который рассекается отбойником 25 и последовательно проходит полусферы 19, диафрагму 20, в которых происходит окончательное дробление капель воды. По патрубку 21 окончательно подготовленный ВТК отводится в смеситель (на фиг.4 не показан), в котором происходит окончательная подготовка требуемой ЭЗД. Смеситель может представлять собой емкость, обеспечивающую возможность перекачки топлива и ВКТ "на кольцо" для обеспечения возможности их интенсивного перемешивания или выполняться аналогично блоку подготовки ВТК (в зависимости от конкретных практических задач).

Установка была испытана в лабораторных условиях. Испытания проводили на дизельном топливе.

Экспериментальные данные приведены в табл.1.

Из табл.1 видно, что предлагаемая установка обеспечивает получение высококачественной и однородной эмульсии с заданной дисперсностью.

Сравнительные данные аналогов (1), прототипа (5) и предлагаемой установки приведены в табл.2.

Из данных, приведенных в табл.2, видно, что в предлагаемой установке по сравнению с аналогами и прототипом можно получать высококачественную, однородную эмульсию с заданной дисперсностью. При этом средний диаметр дисперсной фазы уменьшается на 16,5-20% диаметр крупных капелек уменьшается на 20-30% с сокращением их концентрации в эмульсии на 75% а диаметр абсолютного большинства капелек уменьшается на 12,5-16,6% с увеличением их концентрации в эмульсии на 10-11%
Как видно из вышеизложенного материала и приведенных таблиц, заявляемая установка для обводнения жидкого топлива в отличие от прототипа обеспечивает повышение качества и однородности эмульсии с заданной дисперсностью.

Технико-экономическая эффективность заключается в возможности применять установку для обводнения жидких топлив, а также в уменьшении среднего диаметра дисперсной фазы на 16,5 20% по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения: установка для обводнения жидкого топлива включает блок подготовки воднотопливного концентрата, содержащий корпус с патрубками подвода воды, газа и расположенными тангенциально патрубками подвода топлива и отвода водно-топливного концентрата, оборудованными запорной арматурой. В корпусе коаксиально размещен распределительный стакан, снабженный расположенными в нем кольцевым трубчатым распределителем топлива, ультразвуковым излучателем и сетчатым рассекателем, установленным над распределителем между излучателем и стенкой стакана. Установка снабжена промежуточным блоком, представляющим собой корпус, внутри которого установлены сетчатые перегородки с помещенной между ними набивкой. Блок подготовки эмульсии с заданной дисперсностью содержит сборный корпус с разъемной полусферой и диафрагмой, снабженной патрубком для отвода водно-топливного концентрата со смесителем. Боковая поверхность корпуса оборудована патрубком подачи газа, установленным перпендикулярно корпусу. Внутри корпуса и соосно ему установлен патрубок подачи водно-топливного концентрата, оборудованный насадкой с отбойником в виде обратного конуса. При этом насадка представляет собой эжектор, боковая поверхность которого у основания выполнена с отверстиями. Блок подготовки водно-топливного концентрата, промежуточный блок и блок подготовки эмульсии с заданной дисперсностью соединены последовательно, выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления между собой. 4 ил., 2 табл.

Установка для обводнения жидкого топлива, включающая блок подготовки водно-топливного концентрата, содержащий корпус с патрубками подвода воды, газа и расположенными тангенциально патрубками подвода топлива и отвода водно-топливного концентрата, оборудованными запорной арматурой, в котором коаксиально размещен распределительный стакан, снабженный расположенными в нем кольцевым трубчатым распределителем топлива, ультразвуковым излучателем и сетчатым рассекателем, установленным над распределителем между излучателем и стенкой стакана, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена промежуточным блоком, представляющим собой корпус, внутри которого установлены сетчатые перегородки с помещенной между ними набивкой, и блоком подготовки эмульсии с заданной дисперсностью, содержащим сборный корпус с разъемной полусферой и диафрагмой, снабженной патрубком для отвода водно-топливного концентрата со смесителем, боковая поверхность корпуса оборудована патрубками подачи газа, установленным перпендикулярно корпусу, внутри корпуса и соосно ему установлен патрубок подачи водно-топливного концентрата, оборудованный насадкой с отбойником в виде обратного конуса, при этом насадка представляет собой эжектор, боковая поверхность которого у основания выполнена с отверстиями, блок подготовки водно-топливного концентрата, промежуточный блок и блок подготовки эмульсии с заданной дисперсностью соединены последовательно, выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления между собой.