КАМЕРА СМЕШЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01F5/00 B01F5/06 

Изобретение относится к устройствам для смешения турбулентных потоков жидкостей или газов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например химической, нефтехимической для приготовления смесей высокого качества.

Известно устройство [1] - смеситель трубчатого типа для приготовления газовых смесей, который содержит корпус, входные и выходные штуцера, распределительные решетки, в которых параллельно установлены трубки с отверстиями для прохода смеси. Трубки в поперечном сечении имеют прямоугольную форму, соотношение диагоналей прямоугольников на выходе и входе трубок составляет 1,2 - 1,3. Отношение площади трубок и площади поперечного сечения отверстий в них составляет 3,6 - 5,0, а отношение шага к диаметру равно 10 - 20.

Недостатками устройства является значительные энергетические затраты для приготовления смеси заданного состава и качества, низкая стабильность характеристик массообмена.

Наиболее близким техническим решением является смеситель [2], у которого в дополнение к устройству по [1], трубки снабжены соплами, установленными в одном из каждых двух встречно расположенных отверстий и направленных внутрь трубки. Выходное отверстие сопла размещено от стенки трубки на расстоянии (0,38 - 0,40) H, где H - расстояние между противоположными стенками трубки, сечении расположения отверстий.

Погружение сопел, равное (0,38 - 0,40) H является оптимальным. Однако эффективность устройства при этом недостаточно велика, так как стабилизация процессов достигается только при значительных скоростях струй и общих энергетических затратах в устройстве. При небольших относительных расходах при отсутствии соударения противолежащих струй, качество массообмена остается невысоким.

Целью предлагаемого технического решения является повышение качества подготовки смеси.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для смешения, содержащем корпус с отверстиями, расположенными в один ряд и снабженными патрубками, погруженными в проточную часть корпуса, согласно изобретению, входные отверстия патрубков расположены на их боковых поверхностях, соосно патрубкам и снаружи их установлены цилиндрические втулки, также содержащие отверстия на боковых поверхностях, причем все входные отверстия расположены в полости коллектора, а один из концов патрубка заглушен пластиной перекрывающей сечение втулки, которая снабжена накидной гайкой, выведенной за полость коллекторов, при этом патрубки установлены с возможностью осевого перемещения. В прототипе в предлагаемых технических решениях высоконапорный компонент подается в камеру смешения системой поперечных струй, истекающих из механических экранов. В этом случае глубина проникновения струй в радиальном направлении определяется по соотношению h_p=hмp

+hгp , где h_р - суммарное значение глубины проникновения, h^м - глубина проникновения механическая, h^г - гидродинамическая составляющая глубины проникновения. Индекс р - радиальное направление. В предлагаемом устройстве неизменное поддержание h_р, а следовательно и интенсивности конвективного массообмена достигается за счет противоположного изменения h^м и h^г. При прочих равных условиях h^г ≈ W₂, h^м ≈ W^-1. Указанные соотношения обуславливаются следующим. Гидродинамическое проникновение струй обусловлено гидродинамическим параметром h^г ≈ q^-0,5, а следовательно гидродинамическая составляющая прямо пропорционально скорости истечения поперечных струй. При развороте струи в пределах патрубка на пластину действует сила реакции, пропорциональная скоростному напору струи, которая сжимает объем газа, заключенного в полости между втулкой и пластиной патрубка, что в свою очередь ведет к перемещению в осевом направлении. При изменении условий эксплуатации, а следовательно и силы давления на замкнутую полость P = c (S W²/2), взаимосвязь между двумя составляющими для замкнутой полости определяется условием PV = Const (для цилиндрической полости Pl = Const). Здесь C - коэффициент пропорциональности (C ≈ 1,0), V - объем замкнутой полости.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства; на фиг.2 - укрупненный вид одного из патрубков.

Устройство содержит корпус 1 прямоугольной формы, на одной из стенок которого расположены отверстия 2, снабженные патрубками. На боковой поверхности патрубков 3 расположены отверстия 4. Соосно патрубкам 3 и снаружи их расположены цилиндрические втулки 5, отверстия которых 6 также расположены на боковой поверхности. Отверстия 4 и отверстия 6 расположены в полости коллектора 7, снабженного подводящим патрубком 9. Патрубки 3 с оной из сторон имеют пластину 9, которая перекрывает поперечное сечение втулок 5. Втулки 5 снабжены накидными гайками 1, 0, которые выведены за полость коллектора 7. Между втулками 5 и пластинами 9 втулок 3 образуются замкнутые полости 11.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Низконапорный компонент поступает по корпусу 1 в виде сносящего потока. Высоконапорный компонент по подводящему патрубку 8 поступает в коллектор 7, а из него через отверстия 6 и 4 во втулки 3. В пределах втулок 3 струи высоконапорного компонента разворачиваются на 90^o и истекают из втулок 3 системой поперечных струй в сносящий поток низконапорного потока, что определяет интенсивный массообмен взаимодействующих потоков вблизи сечения ввода струй.

При развороте струй из пластины действует сила реакции, которая сжимает замкнутую газовую полость. При изменении расхода высоконапорного компонента меняется скоростной напор струи, а следовательно и давление в замкнутой полости, что определяет изменение глубины погружения в проточную часть. Таким образом, в устройстве обеспечивается поддержание практически неизмененного распределения струй по сечению потока при изменении условий эксплуатации.

Перемещение накидной гайки позволяет менять размеры замкнутой полости и тем самым обеспечивать настройку устройства. Также может быть использованы гайки с нецилиндрической формой внутренней полости, что позволяет воздействовать на характер зависимости перемещения пластины, а следовательно h^м от расхода поперечного компонента.

Устройство позволяет обеспечивать стабильный массообмен при изменении условий эксплуатации без дополнительных регулирующих воздействий на устройство.

Камера смешения, содержащая коллектор и корпус, на боковой поверхности которого выполнены отверстия с установленными в них патрубками, погруженными в проточную часть корпуса, отличающаяся тем, что входные отверстия патрубков расположены на их боковых поверхностях, соосно патрубкам и снаружи их установлены цилиндрические втулки с входными отверстиями, соответствующими входным отверстиям патрубков, и с накидными гайками, размещенными в полости коллектора, при этом патрубки с одного конца заглушены пластинами, перекрывающими поперечное сечение втулок, и установлены с возможностью осевого перемещения, а входные отверстия втулок и патрубков расположены в полости коллектора.

Использование изобретения: устройства для смешения турбулентных потоков жидкостей или газов. Сущность изобретения: камера смешения содержит коллектор и корпус, на боковой поверхности которого выполнены отверстия с установленными в них патрубками, погруженными в проточную часть корпуса. Входные отверстия патрубков расположены на их боковых поверхностях, соосно патрубкам и снаружи их установлены цилиндрические втулки с входными отверстиями, соответствующими входным отверстиям патрубков, и с накидными гайками, размещенными в полости коллектора. При этом патрубки с одного конца заглушены пластинами, перекрывающими поперечное сечение втулок и установлены с возможностью осевого перемещения, а входные отверстия втулок и патрубков расположены в полости коллектора. 2 ил.

Камера смешения, содержащая коллектор и корпус, на боковой поверхности которого выполнены отверстия с установленными в них патрубками, погруженными в проточную часть корпуса, отличающаяся тем, что входные отверстия патрубков расположены на их боковых поверхностях, соосно с патрубками и снаружи их установлены цилиндрические втулки с входными отверстиями, соответствующими входным отверстиям патрубков, и с накидными гайками, размещенными в полости коллектора, при этом патрубки с одного конца заглушены пластинами, перекрывающими поперечное сечение втулок и установлены с возможностью осевого перемещения, а входные отверстия втулок и патрубков расположены в полости коллектора.