УСТРОЙСТВО ДЛЯ 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 (авт. св. N 788868, кл. B 01 F 5/06) - смеситель трубчатого типа для приготовления газовых смесей, который содержит корпус, входные и выходные штуцеры, 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 средней площади трубок и площади поперечного сечения отверстий в них составляет 3,6 - 5,0, а соотношение шага к диаметру равно 10 - 20.

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

Близким техническим решением является смеситель по авт. св. N 1134224, кл. B 01 F 5/06, у которого в дополнение к устройству по авт. св. N 780868, 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, в сечении расположения отверстий.

В устройстве реализуется взаимодействие сред на поперечных струях. При этом эффективность массообменных процессов в определяющей степени зависит от конвективных процессов переноса в устройство (от глубины, проникновения струй - см. например, Спиридонова Ю.А. К расчету смешения в сносимых струях. Теплоэнергетика. - 1980. N 2, с. 51-53). В свою очередь глубина проникновения струй зависит от геометрических и режимных параметров в устройстве, характеризуемых, в основном . Здесь - гидродинамический параметр, - диаметр отверстий (относительный), - относительный шаг между отверстиями в ряду. Вследствие чего в зависимости вида незначительные отклонения по определяют существенные количественные изменения глубины проникновения. Известно, что изменение только на 20% может привести к реализации всей гаммы качеств от 0 до 1. Как следствие, недостатком радиальной (перпендикулярной стенкам) схемы распределения струй является низкая стабильность рабочих характеристик при переменных режимах работы устройства, конструктивных и технологических отклонениях. Снабжение одного из двух встречно расположенных отверстий соплами, погруженными внутрь трубок, вследствие смещения плоскости соударения встречных струй относительно плоскости симметрии трубок. Погружение сопл, 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 расходах поперечного потока (до соударения струй) схеме свойственны все недостатки радиального.

Наиболее близкой к предлагаемой является камера смешения по авт. св. N 1269818, кл. B 01 F 5/06, содержащая входные и выходные штуцеры, трубку прямоугольного поперечного сечения для прохода смеси, на противоположных стенках которой расположены отверстия, снабженные соплами, направленными внутрь трубки, при этом выходные отверстия, расположенные на боковых поверхностях сопл, расположены симметрично относительно хода потока, а расстояние от оси выходных отверстий до ближайших стенок трубки составляет (0,29-0,31)H, где H - расстояние между противоположными стенками трубки.

Недостатками устройства являются относительно невысокое качество подготовки смеси при небольших расходах поперечного компонента и низкая интенсивность смешения по длине устройства.

Целью изобретения является повышение качества подготовки смеси.

Цель достигается тем, что в устройстве для смещения, содержащем корпус прямоугольного поперечного сечения, на стенке которого расположены отверстия, в которых установлены сопла, погруженные в проточную часть корпуса, входные отверстия которых расположены в полости коллектора, согласно изобретению сопла установлены относительно отверстий с зазором и соосно соплам установлены цилиндрические вставки, соединяющие корпус с дополнительным коллектором, причем сопла установлены с возможностью осевого перемещения и заглушены с одной стороны пластинами, перекрывающими поперечное сечение цилиндрических вставок.

В прототипе и предлагаемом решении истечение высоконапорного компонента осуществляется из механических сопл. В прототипе поддержание на неизменном уровне глубины проникновения струй в направлении, перпендикулярном стенкам, на которых расположены отверстия, достигается за счет истечения струй из отверстий сопл, расположенных на их боковых поверхностях. Однако, до соударения противолежащих струй качество массообмена остается крайне низким. В предлагаемом устройстве сопла имеют возможность осевого перемещения. При этом перемещение осуществляется при изменении условий эксплуатации и осуществляется под действием аэродинамического давления струй. Давление на кольцевые пластины возрастает с увеличением расхода G₂ им скоростного напора ρ₂w22

/2 струй, тем самым под действием перепада давлений сопло перемещается в направлении, при котором величина погружения его в проточную часть уменьшается. Поскольку h_r= hгr+h_м выполнение устройства позволяет поддерживать h_r практически на неизменном уровне. Здесь hгr - гидродинамическое проникновение струй, h_m - механическое проникновение струй (глубина проникновения сопл в проточную часть).

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - укрупненный вид сопла.

Устройство для смешения содержит корпус 1, на боковой поверхности которого расположены отверстия 2, в которых с зазором установлены соосно отверстиям 2. Соосно соплам 3 установлены цилиндрические вставки 4, соединяющие корпус 1 с дополнительным коллектором 5. Сопла 3 и цилиндрические вставки 4 имеют отверстия 6 и 7, расположенные в полости основного коллектора 8. Основной 8 и дополнительный 5 коллекторы снабжены патрубками 9, 10 с дополнительными задвижками 11, 12. Один из концов сопл 3 заглушен с одной из сторон пластиной 13, перекрывающей поперечное сечение вставки 4.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Низконапорный компонент поступает по корпусу 1 в виде сносящего потока. Высоконапорный компонент по патрубку 9 поступает в коллектор 8, а из него через отверстия 7 и 6 в сопла 3. При этом в пределах сопл 3 струи разворачиваются на 90^o и истекают в поток низконапорного компонента в виде системы взаимопараллельных поперечных струй. В зоне истечения происходит интенсивный массообмен струй и потока. Цилиндрические вставки 4 обеспечивают соосное перемещение сопл 3.

Глубина проникновения струй зависит от глубины погружения сопл в проточную часть h_m и скорости истечения струй hгr

. При развороте струй в пределах сопл на сопла, вследствие установки пластин, действует реактивная сила, пропорциональная ρw²/2 , направленная в сторону, противоположную истечению струй. Это ведет к осевому перемещению сопл. Таким образом, при увеличении расхода струй G и, следовательно, ρw²/2 гидродинамическая составляющая h^r возрастает, а механическая h_m уменьшается. Тем самым обеспечивается возможность поддержания глубины проникновения струй в радиальном направлении.

Использование изобретения; технология перемешивания двух потоков сплошных сред для повышения качества массообменных процессов. Сущность изобретения; устройство для смешения содержит корпус прямоугольного поперечного сечения, на стенке которого расположены отверстия с установленными в них соплами, погруженными в проточную часть корпуса. При этом входные отверстия сопл расположены в полости коллектора. Соосно соплам установлены цилиндрические вставки, соединяющие корпус с дополнительным коллектором и имеющие на боковых: поверхностях отверстия, расположенные в полости основного коллектора и соответствующие входным отверстиям сопл, расположенных на их боковых поверхностях. При этом сопла установлены с возможностью осевого перемещения и заглушены с одной стороны пластинами, перекрывающими поперечное сечение цилиндрических вставок. 2 ил.

Устройство для смешения, содержащее корпус прямоугольного поперечного сечения, на стенке которого расположены отверстия с установленными в них соплами, погруженными в проточную часть корпуса, при этом входные отверстия сопл расположены в полости коллектора, отличающееся тем, что соосно с соплами установлены цилиндрические вставки, соединяющие корпус с дополнительным коллектором и имеющие на боковых поверхностях отверстия, расположенные в полости основного коллектора и соответствующие входным отверстиям сопл, расположенных на их боковых поверхностях, при этом сопла установлены с возможностью осевого перемещения и заглушены с одной стороны пластинами, перекрывающими поперечное сечение цилиндрических вставок.