СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК B01F5/06 

Изобретение касается смесительного элемента для статического смесителя согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, применений такого смесительного элемента, а также статического смесителя со смесительным элементом такого типа. Статические смесители используются для смешивания двух или более текучих компонентов, в частности газожидкостных смесей. В частности, смесительный элемент должен применяться в проводящем текучую среду средстве, выполненном в виде диффузорной секции. Смесительный элемент, по меньшей мере, способствует поддержанию равномерного состояния смеси в диффузоре, благодаря своей конструктивной форме противодействуя возможным эффектам разделения смеси и/или осуществляя равномерное перемешивание компонентов, протекающих через диффузорную секцию. Статический смеситель включает в себя, таким образом, проводящее текучую среду средство с входным отверстием для компонентов первого диаметра и выходным отверстием для смеси второго диаметра, при этом проводящее текучую среду средство имеет ход диаметра, по существу непрерывно возрастающий от первого диаметра ко второму диаметру, а также по меньшей мере один смесительный элемент, установленный в диффузорной секции. Проводящее текучую среду средство может быть выполнено, в частности, в виде, по существу, непрерывно расширяющегося трубопровода.

Из уровня техники согласно EP-А-918146 известно размещение встроенных элементов в корпусе смесителя, расширяющемся в виде диффузора. Эти встроенные элементы образованы из концентричных боковых поверхностей, имеющих форму усеченного конуса. Вершины конусов располагаются по меньшей мере приблизительно в одной точке, а входные поперечные сечения каждого встроенного элемента своими краями задают поверхность, которая имеет сужающуюся против направления потока форму. Благодаря встроенным элементам газы, протекающие через диффузор, в случае EP-A-918146 это вредные вещества, равномернее направляются в подсоединенный катализатор.

В устройстве для снижения вредных веществ согласно EP-А-918146 при прохождении газа наступают так называемые краевые эффекты, обозначаемые также как каналообразование. Эти краевые эффекты вызываются краевыми потоками, из-за которых происходит замедление потока относительно середины. Эти краевые потоки возникают главным образом в результате эффектов трения на внутренней стенке диффузора. При расширении в конусе в результате тормозного эффекта, вызванного вышеназванными эффектами трения, может произойти снижение скорости в пристенной зоне, что может даже привести к тому, что каплеобразная или пузырчатая фаза, то есть дисперсная фаза, в частности жидкотекучие компоненты, уже не смогут удерживаться во взвешенном состоянии сплошной фазой, в частности газом, и будут выделяться.

Газожидкостные смеси такого рода используются, например, в качестве охлаждающего средства при переработке сжиженного природного газа. Это охлаждающее средство состоит из различных газообразных и жидкотекучих компонентов, причем процент содержания охватывает, в частности, легколетучие алифатические углеводороды, предпочтительно метан, этан, пропан и/или бутан. Для охлаждения охлаждающее средство вводится в теплообменник, который, как правило, выполнен как многотрубный теплообменник. Теплообменник рассчитан на охлаждающую способность, которая требует гомогенной смеси охлаждающих средств, иначе охлаждающая способность не может использоваться оптимальным образом. Следовательно, если происходит сепарирование смеси охлаждающих средств, то, возможно, уже не может достигаться желаемая охлаждающая способность и не могут поддерживаться требуемые производственные мощности. Поэтому до сих пор для теплообменника соответственно необходимо было рассчитывать параметры с запасом.

До сих пор решению проблемы, связанной с статическими смесителями, препятствовал тот факт, что серийно выпускаемые статические смесители не могли быть приспособлены к, по существу, непрерывно расширяющемуся участку трубопровода.

Как выход предлагалось использовать статический смеситель из двух цилиндрических смесительных элементов, при этом один из этих смесительных элементов соответственно имеет диаметр подводящего трубопровода, то есть магистрального трубопровода, а второй смесительный элемент имеет диаметр впуска теплообменника. Измерения на статическом смесителе такого рода показали, что и в этом случае газообразные и жидкотекучие компоненты распределяются неравномерно. Участок смешивания рассчитан для этой цели слишком коротким, к тому же при такой системе смешивания имеет место резкий переход в месте, в котором цилиндрический смесительный элемент с диаметром подводящего трубопровода примыкает к смесительному элементу с диаметром впуска теплообменника. В настоящем случае оба смесительных элемента выполнены предпочтительно одинаковой длины, таким образом, переход располагается посредине.

Задачей изобретения является создание смесительного элемента для статического смесителя, посредством которого многофазный поток текучей среды, в частности поток газа, нагруженный капельками жидкости, или поток жидкости, нагруженный пузырьками газа, перемешиваясь, может транспортироваться через, по существу, непрерывно расширяющийся участок трубопровода с сохранением равномерного распределения текучей среды.

Поставленная задача решается посредством смесительного элемента, определенного в пункте 1 формулы изобретения. Смесительный элемент для установки в проводящем текучую среду средстве, которое может быть выполнено, в частности, в виде камеры или корпуса резервуара, имеет входное отверстие для по меньшей мере двух компонентов с первым поперечным сечением, расположенным в плоскости, лежащей по существу перпендикулярно направлению основного потока во входном отверстии, и выходное отверстие для смеси со вторым поперечным сечением, расположенным в плоскости, лежащей по существу перпендикулярно направлению основного потока в выходном отверстии, при этом смесительный элемент имеет форму поперечного сечения, по существу непрерывно увеличивающуюся от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению. В смесительном элементе потокоразделяющие пластины расположены таким образом, что возможна точная подгонка смесительного элемента в по существу непрерывно расширяющемся проводящем текучую среду средстве. Смесительный элемент установлен по меньшей мере частично в области между входным отверстием и выходным отверстием. Благодаря точной подгонке достигается то, что краевые потоки отклоняются от внутренней стенки проводящего текучую среду средства в направлении основного потока и совместно с основным потоком с по меньшей мере приблизительно равным распределением по скорости направляются через рассматриваемое проходное поперечное сечение через диффузор, а также то, что текучая среда с более высокой скоростью потока, чем выровненный поток, течет от центральной зоны поперечного сечения в направлении пристенной зоны, благодаря чему происходит поперечное перемешивание и, следовательно, улучшение смешивания текучих компонентов. Потокоразделяющие пластины имеют проточные каналы, которые выполнены, в частности, в виде диффузора, предпочтительно с открытыми перекрещивающимися проточными каналами, которые раскрыты, например, в СН 547 120. В смесительном элементе такого типа, по меньшей мере, в части поперечного сечения, предусмотрены встроенные элементы или пластины, посредством которых компоненты способны отклоняться таким образом, что посредством перекрещивающихся путей потока могут образовываться сдвигающие потоки, вследствие чего при наложении потоков возникают непрерывные завихрения, благодаря чему достигается непрерывное перемешивание смеси и одновременное течение в направлении выхода смесителя.

В предпочтительной форме исполнения смесительный элемент имеет по меньшей мере две пластины из тонкостенного материала. В простейшем случае пластина такого типа может быть образована из плоских, тонкостенных металлических листов, таким образом подогнанных к расширяющемуся поперечному сечению проводящего текучую среду средства, что отдельные пластины в каждом поперечном сечении предстают в виде параллельных друг другу секущих плоскостей, однако расстояние между секущими плоскостями пластин непрерывно увеличивается в направлении потока. Такие расширяющиеся, плоские пластины удерживаются в своем положении с помощью набора крепежных средств, снабженных зажимными или штекерными соединительными элементами. По меньшей мере в зоне входного сечения, то есть входного отверстия статического смесителя, а также в зоне выходного сечения, то есть выходного отверстия статического смесителя, существует возможность крепления для каждой пластины. Поэтому поверхность, заданная между двумя соседними пластинами и проводящем текучую среду средством, расположенная по существу перпендикулярно направлению основного потока, увеличивается подобно диффузору. Смесь, протекающая между двумя отдельными пластинами, проходит в этом случае по существу узкий канал, расширяющийся в соответствии с увеличением поперечного сечения смесителя.

Такая пластина может иметь складчатую, развертывающуюся в плоскость структуру из тонкостенного листового материала, при этом складчатость может быть выполнена, в частности, в виде желобков (гофров). Пластина может иметь образующие открытые каналы структуры, в частности, могут быть выполнены складчатые, волнообразные или зигзагообразные структуры. Альтернативно или в комбинации с этим могут быть использованы также структуры, образующие закрытые каналы, как, например, ячеистые или трубчатые структуры. В частности, по меньшей мере одна пластина может иметь по меньшей мере один проточный канал. Структуры состоят из металлического материала, предпочтительно может применяться листовой металл и/или сталь и/или стальной сплав, что не в последнюю очередь зависит от температуры, давления и/или природы протекающей среды. Могут применяться также высокожаропрочные стали, если этого требует температура транспортируемой среды. Транспортировка и перемешивание коррозионных смесей требует применения коррозионностойких сталей, а также керамики, кремниевых соединений, карбона и/или покрытий, содержащих политетрафторэтилен (PTFE), эпоксидную смолу, Halar, TNi-сплавы и/или карбидные слои и/или гальванические покрытия, в частности покрытия, нанесенные путем хромирования или никелирования. Если смесь содержит также доли твердого вещества, например пыль, то предъявляются высокие требования к стойкости к царапанию встроенных деталей смесительных элементов. С помощью стойкого к царапанию покрытия пластин смесительного элемента и/или проводящего текучую среду средства повышается срок службы статического смесителя. В отдельном случае может быть предпочтительным нанесение устойчивого к загрязнению слоя. Для использования в холодильных или морозильных установках статический смеситель изготовляют из материала 304 L, и/или SS 316, и/или 904 L, и/или дуплекса, и/или 1.4878, которые при высоких температурах отличаются незначительным короблением, коррозионностойкостью и вязкостью в холодном состоянии. Для статических смесителей, не испытывающих большую температурную нагрузку, используются синтетические материалы, например полипропилен, поливинилиденфторид (PVDF) или полиэтилен. Другое применение смесительного элемента согласно одному из пунктов формулы изобретения может быть предусмотрено в статическом смесителе, в котором может протекать химическая реакция. Для осуществления химической реакции должно достигаться быстрое и равномерное смешивание текучих компонентов, приводимых в контакт друг с другом. Для этой цели можно либо сами направляющие поток пластины изготовить из каталитического материала, либо нанести каталитический материал на пластины, выполненные предпочтительно из материала, не имеющего разрывов, например, из листовой стали, или из ткани, или из трикотажа, или из, например, частично пористого материала. В другом примере применения пластина, которая может быть выполнена согласно одному из предшествующих примеров исполнения, может содержать средство для захвата микроорганизмов, например бактерий.

Статический смеситель согласно другому примеру исполнения оснащен проводящими текучую среду средствами с плоскими на отдельных участках боковыми поверхностями, в частности с прямоугольными или квадратными поперечными сечениями, задающими трапецеидальные боковые поверхности, которые в итоге составляют в своей совокупности проводящее текучую среду средство. Статический смеситель такого типа содержит по меньшей мере один смесительный элемент согласно одному из предшествующих примеров исполнения.

Зависимые пункты 2-8 формулы изобретения касаются предпочтительных вариантов исполнения смесительного элемента согласно изобретению. Возможности применения смесительного элемента согласно изобретению, в частности в статическом смесителе, являются соответственно предметом пунктов 9 и 10 формулы изобретения.

По меньшей мере одна пластина смесительного элемента содержит поверхностно расширяющуюся структуру, в частности проточный канал. В последующем тексте вместо пластины с поверхностно расширяющейся структурой используется пластина с зигзагообразным профилем. Такие поверхностно расширяющиеся структуры содержат волнообразные профили, желобчатые профили, профили с выступами любой геометрии и/или угловым положением относительно направления потока. Зигзагообразный профиль, при взгляде в направлении площади поперечного сечения канальной структуры, состоит из последовательности ребер. Каждое из этих ребер в трехмерной пластине в смесительном элементе задает линию от входного поперечного сечения до концевого поперечного сечения. В простейшем случае под линией понимается прямая, однако это может быть любая, в частности, периодически повторяющаяся кривая. Такая пластина с ребрами кривой формы может применяться, например, в смесительном элементе для проводящего текучую среду средства с изменением направления основного потока, благодаря чему происходит изменение направления протекающей смеси наряду с расширением поперечного сечения потока.

В случае пластины с симметричным профилем, например зигзагообразным профилем, между двумя соседними ребрами располагается открытый канал, стенки которого образованы по меньшей мере двумя плоскими и/или следующими изгибу ребер профильными поверхностями. В этом примере применения канал имеет V-образное поперечное сечение, поскольку нижняя граница канала также образована ребром, идущим в противоположном направлении. Таким образом, в этом примере исполнения соседние профильные поверхности расположены под острым углом друг к другу, составляющим менее 180°.

Согласно примеру исполнения ребра соседних пластин оказываются линейно наложенными друг на друга так, что две соседние пластины с ребрами, указывающими в противоположные направления, оказываются наложенными друг на друга. В этом случае между двумя соседними пластинами образуются закрытые каналы, по которым перемещается протекающая смесь. Согласно этому примеру исполнения компоненты смеси от входного отверстия в смеситель до выходного отверстия остаются в том же канале, который расширяется подобно диффузору, в соответствии с расширением проводящего текучую среду средства в направлении основного потока. Расстояние между двумя соседними пластинами увеличивается от поперечного сечения входного отверстия к поперечному сечению выходного отверстия, в соответствии с расширением проводящего текучую среду средства перпендикулярно направлению основного потока. Каждая пластина может быть изготовлена из плоского листового материала, сложенного таким образом, что высота ребер и расстояние между двумя соседними ребрами увеличиваются в направлении расширяющегося, то есть сконструированного подобно диффузору, смесительного элемента. При этом ребра соседних пластин оказываются наложенными друг на друга, вследствие чего происходит линейное касание соседних пластин по общему ребру. Благодаря этой системе образуется проточный канал, поперечное сечение которого непрерывно увеличивается от входного отверстия к выходному отверстию, если должно быть охвачено все поперечное сечение диффузора. Пластины могут быть выполнены из по меньшей мере двух плоских и/или следующих изгибу ребер профильных поверхностей и/или сами профильные поверхности имеют дополнительное структурирование, которое выполнено в виде волнообразных или зигзагообразных выступов или ламелей и может содержать серию открытых каналов, проходящих между выступами или ламелями. Структурирование такого типа раскрыто, например, в СН 547 120. Согласно другому примеру исполнения можно также таким образом скомбинировать пластины с профильной поверхностью с пластинами с поверхностно расширяющейся структурой, чтобы плоская пластина и пластина с поверхностно расширяющимися структурами попеременно следовали друг за другом. Благодаря этому образуются закрытые каналы, ограниченные с одной стороны плоской пластиной, а с другой стороны пластиной с поверхностно расширяющейся структурой.

В смесительном элементе согласно предпочтительному примеру исполнения проточные каналы соседних пластин выполнены открыто перекрещиваясь и/или подобно диффузору. Благодаря этой системе достигается особо быстрое и хорошее перемешивание смешиваемых компонентов. Согласно следующему варианту для лучшего перемешивания может быть предусмотрено, чтобы происходило не линейное касание двух соседних пластин с поверхностно расширяющимися структурами, а чтобы ребра соседних пластин соприкасались лишь точечным образом. Это точечное касание достигается благодаря тому, что две соседние пластины расположены под углом друг к другу. Благодаря этому возможно, что ребро, принадлежащее первой пластине, имеет лишь точечное касание с некоторым числом соответствующих ребер соседней пластины. Существенное преимущество этого примера исполнения обосновывается тем, что протекающая среда течет не всегда в одном и том же канале, как в показанных выше вариантах, а в каждый момент времени находится в другом канале, то есть непрерывно меняет канал. В этом случае протекающая среда отклоняется существенно сильнее, чем в предшествующих примерах, что приводит к дополнительному улучшению перемешивания. Альтернативно этому могут быть скомбинированы также две соседние пластины с разными профилями, которые для улучшения перемешивания также установлены под углом от 0 до 180° относительно друг друга.

Согласно следующему примеру исполнения каждая пластина образует полое тело с поверхностно расширяющимися структурами, в частности, имеет желобчатую, зубчатую или волнистую поверхность. Согласно этому ребра поверхностно расширяющихся структур задают граничную поверхность, которую можно представить как полое тело, имеющее, в частности, коническую форму. Поверхностно расширяющиеся структуры наклонены к направлению потока под углом от 0 до 180°. Несколько таких полых тел могут быть вставлены одно в другое. Углы поверхностно расширяющихся структур двух соседних пластин, выполненных как полые тела, предпочтительно различаются, таким образом, поток может многократно отклоняться посредством поверхностно расширяющихся структур.

Проточный канал ограничен по меньшей мере двумя профильными поверхностями, при этом каждые две соседние профильные поверхности одной пластины образуют общее ребро. В частности, проточные каналы с плоскими профильными поверхностями изготовляются с небольшими затратами и простым способом. Ребра одной пластины задают граничную поверхность, выполненную плоской и/или по меньшей мере на отдельных участках конической. Если пластина имеет несколько ребер, которые совместно задают такую граничную поверхность, то посредством плоских профильных поверхностей может быть простым образом получена, например, плоская или коническая граничная поверхность, поскольку необходимые параметры легко настроить и проверить. Форма граничной поверхности имеет значение, в частности, в том случае, если для изготовления смесительного элемента требуется большое количество установленных одна над другой пластин, при которых ребра соседних пластин имеют, по меньшей мере, точечное касание.

В смесительном элементе ребрами пластины задана граничная поверхность, выполненная плоской и/или по меньшей мере на отдельных участках конической. В качестве граничной поверхности обозначается при этом соединительная поверхность всех ребер. Большинство из вышеназванных примеров исполнения пластин с поверхностно расширяющимися структурами имеют плоские граничные поверхности, таким образом, соседние пластины имеют по одной такой плоской граничной поверхности. В случае пластины без поверхностно расширяющихся структур граничная поверхность совпадает с поверхностью пластины. Согласно следующему примеру исполнения граничная поверхность может представлять собой также любым образом изогнутую в пространстве поверхность. В случае пластины с поверхностно расширяющейся структурой ребра поверхностно расширяющихся структур также задают изогнутую в пространстве поверхность. Для статического смесителя с коническим расширением проводящего текучую среду средства пригодно применение пластины с конической граничной поверхностью, так что, пластины имеют граничные поверхности, образованные конически между пластинами.

Согласно предпочтительному примеру исполнения ребра, принадлежащие одной пластине смесительного элемента, выполнены с наклоном относительно друг друга под углом α в пределах от 0 до 120°, в частности от 60 до 90°. Перекрещивающиеся ребра соседних пластин предпочтительно образуют с направлением основного потока противоположно направленный, равный по величине угол α/2.

Поперечное сечение смесительного элемента расширяется от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению, в частности, конически, при этом, в частности, диаметр выходного поперечного сечения относительно диаметра входного поперечного сечения увеличивается в 2-5 раз, что эквивалентно увеличению поперечного сечения в 4-25 раз. В предпочтительном исполнении смесительный элемент расширяется от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению коническим образом, в частности, диаметр входного поперечного сечения расширяется в 2-5 раз. Поскольку проводящее текучую среду средство в этом примере исполнения также расширяется конусным образом, то предотвращается резкий переход от поперечного сечения подвода ввода, оканчивающегося во входном отверстии, то есть в большинстве случаев магистрального трубопровода, к поперечному сечению выходного отверстия. Выходное отверстие может быть выполнено как входное отверстие в теплообменник или реактор. В этот реактор смесь должна поступать уже в значительной мере гомогенной. В частности, газообразные, текучие и/или твердые компоненты смеси удерживаются во взвешенном состоянии. Состояние смеси посредством смесительного элемента или смесительных элементов прямо сохраняется в конусе - который в противном случае в качестве диффузора способствовал бы разделению смеси. В большинстве случаев достигается даже улучшение перемешивания компонентов, в частности, с помощью смесительных элементов с перекрещивающимися проточными каналами, в результате чего компоненты могут гомогенно распределяться по любому поперечному сечению конуса вниз по течению от входного поперечного сечения. Кроме того, коническая форма дает значительные преимущества для установки пластин, поскольку коническая форма проводящего текучую среду средства действует как центрирующее средство для установки конического смесительного элемента. Благодаря тому, что смесительный элемент пригнан в коническое проводящее текучую среду средство, для установки требуется лишь минимальные затраты на сварку. Смесительные элементы выполнены предпочтительно подобно диффузору, это значит, что смесительные элементы подогнаны к расширяющемуся поперечному сечению, то есть, в частности, сами имеют коническую форму. Подгонка осуществляется вследствие конической формы смесительного элемента путем позиционирования смесительного элемента или смесительных элементов в конусе, благодаря чему однозначно задается положение смесительного элемента в коническом продводящем текучую среду средстве.

Пластины должны, если возможно, примыкать непосредственно к проводящему текучую среду средству, то есть к внутренней стенке смесителя. При линейном касании в качестве линий пересечения плоской пластины или пластины с поверхностно расширяющейся структурой, в частности, составленной из плоских сегментов поверхностно расширяющейся структуры, такой, как зигзагообразный профиль, с конической внутренней стенкой получаются конические сечения, то есть в зависимости от наклона пластины к конусу, эллиптические, параболические или гиперболические ограничительные линии. Каждая из описанных выше пластин может быть развернута в плоскость, поэтому с помощью чертежных программ из желаемого положения пластины в смесителе может быть сформирована развертка. Эти развертки содержат, наряду с ограничительными линиями пластины, также линии сгиба, таким образом, и в тех случаях, когда каждый угол имеет разную величину и, следовательно, необходимы весьма сложные гибочные операции, возможно экономичное изготовление пластин.

Возможный способ изготовления смесителя включает в себя следующие этапы: изготовление проводящего текучую среду средства с входным отверстием с первым поперечным сечением и выходным отверстием со вторым поперечным сечением, при этом проводящее текучую среду средство имеет форму поперечного сечения, непрерывно увеличивающуюся от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению. Следующим этапом является изготовление смесительного элемента. Смесительный элемент содержит большое количество пластин, которые предварительно изготовляются по отдельности и посредством соединительных средств собираются в смесительный элемент. Если поверхностные структуры пластин имеют возможность разворачиваться в плоскость, то изготовление упрощается, поскольку развертка каждой пластины с помощью режущих средств может быть вырезана из плоского пластинчатого исходного материала и затем с помощью гибочных средств сложена для получения поверхностной структуры. Это изготовление пригодно, в частности, для пластин из металлической заготовки. Пластины из синтетического материала в их сложенной форме изготовляют методом экструзии или методом литья под давлением и дополнительно разрезают на форму, которая требуется для образования расширяющегося, то есть, в частности, конического, смесительного элемента. На следующем этапе собранные в смесительный элемент пластины позиционируют в смесителе. Если смесительный элемент посажен в коническое проводящее текучую среду средство уже в собранном состоянии, то требуются лишь минимальные затраты на сварку. В коническом смесителе происходит центрирование пластин с помощью конуса, так что установка пластин, сложенных из развертки, может происходить также непосредственно в проводящее текучую среду средство, поскольку позиционирование пластин происходит благодаря самой конической форме проводящего текучую среду средства, а ориентирование пластин относительно друг друга предварительно задано. Альтернативно этому весь смесительный элемент может быть также изготовлен методом литья под давлением или в одноразовой форме.

При использовании конструкции пластин, соответствующей перекрестной канальной структуре, возможно образование мертвых пространств, поскольку пластина на входном поперечном сечении пути потока блокированы угловой ориентацией части пластины, смежной с внутренней стенкой. Поэтому после изготовления каналы на корпусной стороне проверяются и по необходимости открываются. Пристенный зазор между смесительными элементами и внутренней стенкой корпуса составляет не более 2% от соответствующего поперечного сечения, в частности не более 1% от соответствующего поперечного сечения, особо предпочтительно не более 0,5% от соответствующего поперечного сечения, так что так называемого «эффекта каналообразования» бесспорно не происходит.

Пристенный зазор до проводящего текучую среду средства должен быть выполнен меньше нормального расстояния между двумя соседними граничными поверхностями, в частности, меньше, чем высота проточного канала поверхностно расширяющейся структуры. За высоту проточного канала принимается нормальное расстояние между двумя граничными поверхностями, заданными между ребрами поверхностно расширяющейся структуры. В частности, пристенный зазор должен составлять максимально половину высоты проточного канала.

При легких разделениях смеси в зоне входного отверстия текучая фаза по так называемому «подъемнику» направляется снова в центр и распределяется в смесителе по поперечному сечению. Подъемником называется при этом встроенный элемент, закрепленный на внутренней стенке проводящего текучую среду средства, в частности приваренный к внутренней стенке проводящего текучую среду средства. Этот встроенный элемент предназначен для того, чтобы отводить компоненты, скопившиеся в самом низкорасположенном месте проводящего текучую среду средства, назад в смесительный элемент. Встроенный элемент должен представлять при этом особые варианты исполнения, такие, как, например, профиль, наклонная площадка, плита или тому подобное.

Согласно любому из названных выше решений, наряду с хорошим эффектом распределения и/или эффектом перемешивания создается лишь небольшая потеря напора.

В предпочтительной системе смесительные элементы, встроенные в трубчатый участок с постоянным поперечным сечением, и смесительные элементы согласно любому из предшествующих примеров исполнения, могут быть скомбинированы между собой. Для достижения улучшенного эффекта перемешивания обычный смесительный элемент находится в трубчатом участке перед входом в статический смеситель с проводящим текучую среду средством с расширяющимся поперечным сечением. Согласно любому из предшествующих примеров исполнения два соседних смесительных элемента могут быть установлены относительно друг друга с поворотом на 0-90°, в частности от 60 до 90°. Благодаря такому повороту достигается дополнительное отклонение потока, что оказалось предпочтительным, в частности, для названных примеров исполнения с канальным течением, имеющемся по меньшей мере на отдельных участках.

Система смесительного элемента может быть осуществлена выше по потоку от теплообменника, в частности, на входном участке теплообменника. С расширяющимся смесительным элементом поток при увеличении среднего поперечного сечения в направлении потока равномерно распределяется по расширенному поперечному сечению, а также обеспечивается гомогенность потока по всему поперечному сечению.

Применение смесительного элемента осуществляется в способе обезазотирования отработанных газов, для распределения отработанных газов по поверхности катализатора, в способе производства СПГ (сжиженного природного газа), в частности, для подачи газожидкостной смеси в качестве охлаждающего вещества для переработки СПГ в теплообменное устройство. Теплообменное устройство может содержать, в частности, теплообменник, предпочтительно выполненный в виде пучка труб теплообменник.

Для обезазотирования отработанных газов жидкий карбамид выпаривают и смешивают с потоком газа. И выпаривание, и смешивание могут происходить одновременно в статическом смесителе. Благодаря комбинированному проведению способа существует необходимость вводить карбамидо-газовую смесь для дальнейшей переработки в последующую стадию процесса уже в смешанном состоянии. Следующая возможность применения заключается в том, чтобы выпаривать жидкости в статическом смесителе с расширяющимся поперечным сечением и одновременно перемешивать. В частности, в установках с небольшой предоставляемой площадью является предпочтительным применение смесителя такого типа, чтобы поддерживать смесь при расширении до больших диаметров во взвешенном состоянии.

При переработке природного газа охлаждающее вещество должно быть охлаждено для последующего применения. Охлаждающее вещество состоит из различных, газообразных и текучих, составных частей, при этом большую долю составляют метан и этан. Смесь из газообразного и текучего охлаждающего вещества подводится обычно в трубопроводе к теплообменнику, в частности, выполненному в виде пучка труб теплообменнику, где она затем охлаждается по многопроходной системе. Входное устройство такого теплообменника имеет, как правило, размер от DN 1500 до DN 2400 (от 1,5 до 2,4 м), что означает, что смесь в трубопроводе от в основном DN 600 (0,6 м) должна расширяться через конус во впуск выполненного в виде пучка труб теплообменника. Для того чтобы теплообменник мог достигать своей полной мощности, газообразные и текучие составные части должны равномерно смешиваться по поперечному сечению и равными долями подводиться к отдельным трубам. Теплообменник рассчитан в основном на газожидкостную смесь, это означает, что газожидкостная смесь должна иметь равномерное распределение по входному поперечному сечению в теплообменник.

Другая возможность применения смесительного элемента в автомобилестроении касается впуска отработавших газов двигателя в катализатор для каталитического отделения вредных веществ, в частности угарных газов (Nox), и связывание их путем каталитической реакции на поверхности катализатора. Поскольку в автомобилях, в частности в грузовых автомобилях, предоставляемая для статического смесителя в выхлопной трубе площадь относительно мала, то статические смесители с описанным выше расширяющимся поперечным сечением имеют большое преимущество для таких целей, поскольку не требуется дополнительного конструктивного пространства. В системе выпуска отработавших газов, в которой отработавшие газы из относительно небольшой выхлопной трубы выходят в больший по объему корпус катализатора, также возникает проблема расслоения отработавших газов и текучих и/или твердых компонентов. Для того чтобы катализатор не изнашивался односторонне, необходимо полное выпаривание и одновременно хорошая гомогенизация, которая может быть достигнута с помощью статического смесителя согласно одному из названных выше примеров исполнения при незначительных падениях напора.

Другое возможное применение смесительного элемента согласно одному из предшествующих примеров исполнения заключается в химической реакционной технологии для осуществления каталитических и/или биогенных реакций, в частности, при расширяющихся поперечных сечениях для впуска одно- или многофазной текучей смеси в реактор. Газообразные и текучие компоненты часто должны быть диспергированы перед реактором. После образования пузырькового слоя и равномерного распределения компонентов поток часто расширяется, поскольку поток с диаметром, увеличенным по сравнению с диаметром трубопровода, поступает в реактор, содержащий катализатор. Статический смеситель используется для того, чтобы поддерживать гомогенность смеси. Незначительный эффект замедления в статическом смесителе по сравнению с резким переходом поперечного сечения от трубопровода к входному поперечному сечению в корпус реактора способствует тому, что пузырьки сливаются менее быстро.

Другое применение статического смесителя предлагается в области сжижения газа. При сжижении газа различные газовые потоки смешиваются и вводятся в многотрубную систему. В предусмотренном случае применения газ смешивается в трубе DN 600 (0,6 м) и затем должен равномерно распределиться по различным трубам в диаметре корпуса DN 12000 (12 м). В уровне техники, известном на момент подачи заявки, для этой цели используют направляющие щитки. Для того чтобы каждая труба получила одну и ту же долю газа, предлагается использовать статический смеситель согласно одному из предшествующих примеров исполнения.

Другая область применения статического смесителя лежит в области реакторов, в которых должен поддерживаться равномерный поток, в области так называемых реакторов с поршневым режимом потока. В реакторах с поршневым режимом потока с помощью смесительных элементов обеспечивается прохождение текучей среды в равномерном потоке по цилиндрическому корпусу. Если диаметр должен быть изменен, то равномерный поток на коническом участке по причине отсутствия смесительных элементов нарушается. Благодаря применению конических смесительных элементов текучие свойства на коническом участке могут сохраняться.

Как говорилось выше, статический смеситель вышеназванной конструкции может быть скомбинирован также с работающим в качестве смесителя для предварительного смешивания статическим смесителем с постоянной, в частности, полоцилиндрической формой поперечного сечения. Смешивание отдельных текучих компонентов происходит в статическом смесителе цилиндрической конструкции, статический смеситель с расширяющимся поперечным сечением предназначен в первую очередь для равномерного расширения и/или распределения смеси.

Для уменьшения падений напора можно также предусмотреть между отдельными смесительными элементами промежутки, в которых действуют такие же режимы потока, как в трубопроводе. Короткие дистанции между отдельными смесительными элементами не вызывают заметного расслоения, а, напротив, служат для того, чтобы без дополнительного падения напора заново распределять поток.

Ниже изобретение поясняется на основании чертежей. На чертежах изображено:

фиг.1 - первый пример исполнения смесительного элемента из плоских пластин,

фиг.2 - второй пример исполнения смесительного элемента из пластин с зигзагообразным профилем,

фиг.3 - третий пример исполнения смесительного элемента в комбинации из плоских пластин и пластин с зигзагообразным профилем,

фиг.4а - установка пластин с зигзагообразным профилем в конический смесительный корпус,

фиг.4b - сечение ряда пластин с зигзагообразным профилем,

фиг.4c - две перекрещивающиеся пластины с зигзагообразным профилем,

фиг.5а - первая пластина с зигзагообразным профилем, образующая коническое полое тело,

фиг.5b - вторая пластина с зигзагообразным профилем, образующая коническое полое тело,

фиг.6а - установка пластины с зигзагообразным профилем из фиг.6а в конический смесительный корпус,

фиг.6b - краевая пластина с зигзагообразным профилем, установленная под наклоном относительно основного направления потока,

фиг.7 - система из двух смесительных элементов для конического статического смесителя,

фиг.8а - проводящее текучую среду средство с квадратным поперечным сечением,

фиг.8b - проводящее текучую среду средство с прямоугольным поперечным сечением,

фиг.8с - две соседние пластины смесительного элемента с открыто перекрещивающимися проточными каналами.

На фиг.1 показан первый пример исполнения смесительного элемента. Проводящее текучую среду средство или корпус 1 имеет по существу коническую форму и лишь обозначен(о) на фиг.1. Смесительный элемент содержит комплект трапециевидных встроенных элементов или пластин 2. Каждая пластина показана в представленном примере исполнения плоской поверхностью, но при этом по меньшей мере на нескольких из представленных пластин могут быть предусмотрены любые поверхностно расширяющиеся структуры по меньшей мере по одному из приведенных выше примеров исполнения. В представленной конфигурации поток текучей смеси проходит в зону между пластинами от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10, при этом стрелка 11 указывает направление основного потока. Под текучей смесью следует понимать, в частности, газожидкостную смесь или смесь газов, или смесь жидкостей. Каждая из фаз может дополнительно содержать еще долю твердого вещества. Поток равномерно расширяется и распределяется посредством подогнанной к форме направляющего текучую среду средства ориентации пластин 2. Количество пластин и расстояние между пластинами зависят в основном от перемешивающего эффекта в каждой пластине. С другой стороны, на него влияет скорость потока, а также, не в последнюю очередь, свойства протекающих компонентов, таких, в частности, как их плотность или вязкость. На каждой из стенок пластин и корпуса могут возникать эффекты трения, так что образуются краевые потоки, которые приводят к меньшей пропускной способности в приграничных и пристенных участках, поскольку близкий к стенке поток имеет из-за эффектов трения более низкую скорость, чем основной поток. В представленном примере пластины 2 посредством удерживающих устройств 7, 8 удерживаются рядом на расстоянии друг от друга. Согласно другому, не показанному примеру исполнения, посредством штекерных или зажимных соединений пластины могут быть закреплены также на внутренней стенке самого проводящего текучую среду средства. Установка пластин в конически выполненное проводящее текучую среду средство может быть выполнена таким образом, что сначала пластины собираются с помощью удерживающих устройств, чтобы затем в виде предварительно собранного смесительного элемента 12 вставить в корпус. Коническая форма корпуса 1 способствует тем самым также центрированию составленного таким образом смесительного элемента 12.

На фиг.2 показан второй пример исполнения со смесительным элементом из пластин, имеющих зигзагообразный профиль. На фиг.2 для наглядности показаны лишь две такие пластины (3, 4). Протекающая смесь направляется пластинами, образующими V-образные проточные каналы. В представленном случае пластина 3 поддерживается вдоль общих ребер 15 пластиной 4. Ребро 15 принадлежит пластине 4 и направлено перпендикулярно направлению основного потока, показанного стрелкой 11 в направлении проводящего текучую среду средства, представленного на чертеже в виде верхней стенки корпуса. Ребро 15 принадлежит пластине 3 и находится в линейном контакте с ребром 15 пластины 4. На ребрах сходятся вместе профильные поверхности (13, 14) зигзагообразного профиля, образующего соответствующую пластину, которые образуют проточный канал, по которому протекают смешиваемые компоненты. Таким образом, проточный канал ограничен профильными поверхностями (13, 14). Если ребра соседних пластин касаются по всей длине между входным поперечным сечением 9 и выходным поперечным сечением 10, то соседними пластинами образуются закрытые проточные каналы, составленные из соответственно двух открытых проточных каналов (5, 6). Закрытый проточный канал такого типа имеет по существу ромбовидное поперечное сечение. Для упрощения монтажа или улучшения перемешивания отдельных частичных потоков можно предусмотреть промежуток между пластинами (3, 4), аналогично тому, как представлено на фиг.1. В этом случае ребра двух соседних, расположенных одна над другом пластин, уже не соприкасаются, следовательно, уже не образуется общее ребро 15. Профильные пластины (13, 14) образуют тогда открытый проточный канал.

Закрепление пластин (3, 4), а также других, не показанных пластин на фиг.2 для образования смесительного элемента может осуществляться посредством тех же крепежных средств, как это представлено на фиг.1, при этом существует возможность выполнить сварное соединение, в частности точечную сварку, или паяное соединение и/или клеевое соединение или тому подобное.

Другие возможности отклонения потока и улучшения перемешивания создаются благодаря тому, что каналы снабжены не показанными потокоотклоняющими средствами. В частности, для этого предусмотрены перфорированные листы, выступы в стенках каналов, накладки или вставленные в проточные каналы, распределенные подобно сыпучему материалу, поверхностно увеличивающие структуры. Структуры такого типа применяются в газожидкостной адсорбции и в качестве насадок колонн, в частности колец Рашига, седел Берля, колец Полла, Intalox-седел, Tellerette-структур. Другая возможность заключается в том, чтобы саму пластину снабдить потокоотклоняющими структурами, в частности, насадкой, сравнимой с просечно-вытяжным металлическим листом, а также одной из структур, которые уже упоминались в общем описании смесительного элемента.

Третий пример исполнения согласно фиг.3 охватывает смесительный элемент, скомбинированный из плоских пластин 2 и пластин с профильными поверхностями (13, 14), в частности, зигзагообразным профилем. Дополнительные пластины для большей ясности не показаны. Вместо плоской пластины 2 может быть также использована пластина с профильными поверхностями, отличающимися от профильных поверхностей с зигзагообразным профилем. Посредством пластины 4, а также обеих пластин 2 образуются закрытые проточные каналы. Ребро 15 пластины 4 соприкасается с пластиной 2, но не ребро 15 пластины 3. Проточные каналы имеют, таким образом, поперечное сечение, по существу, треугольной формы. По аналогии с расширяющимся поперечным сечением смесительного элемента поперечное сечение проточных каналов, образованных соседними пластинами (2, 3, 4), непрерывно увеличивается в направлении основного потока. Преимущество смесительного элемента с пластинами, образующими проточные каналы, заключается в их незначительном падении напора и в их участии в получении и/или сохранении гомогенной смеси при простом конструктивном исполнении. Протекающая среда должна следовать форме заданного проводящем текучую среду средством пути потока, поэтому состав протекающей смеси согласно закону непрерывности за счет проточного канала остается постоянным до тех пор, пока в статическом смесителе не происходит никакой химической реакции. Поток лишь в течение короткого промежутка времени находится в проводящем текучую среду средстве, поскольку это средство служит большей частью лишь как переход от первого поперечного сечения меньшего диаметра ко второму поперечному сечению большего диаметра. Поэтому участок пути слишком короткий для того, чтобы могли стать заметными существенные при протекании через проводящее текучую среду средство эффекты разделения смеси вдоль проточных каналов. В выходном поперечном сечении 10, которое в целом совпадает с одним концом проточного канала, сходятся все частичные потоки.

При высоких скоростях потока на концах проточных каналов пластин, лежащих в плоскости выходного поперечного сечения 10, могут происходить вихревые срывы потока по принципу вихревой дорожки Кармана, вследствие чего перемешивание может даже еще улучшиться.

Согласно следующему предпочтительному примеру исполнения по фиг.4а, для улучшения перемешивания можно предусмотреть, чтобы происходило не линейное касание двух соседних ребер 15 согласно фиг.2 или каждого из ребер 15 с расположенной между ними пластиной 2 согласно фиг.3, а двух перекрещивающихся соседних пластин (3, 4) с зигзагообразным профилем, как они представлены в виде примера на фиг.4с, при которых ребра 15 соприкасаются лишь в одной точке. Это точечное касание для ребер 15 достигается в точке 17 касания благодаря тому, что две соседние пластины (3, 4) расположены под углом друг к другу. Это способствует тому, что ребро 15, принадлежащее первой пластине 3, имеет лишь одну точку 17 касания с ребром 15 пластины 4. Угол α между двумя ребрами 15 соседних пластин лежит в пределах от 0 до 120°, в частности от 60 до 90°. В особо предпочтительном примере исполнения ребро 15 пластины 3 наклонено под углом α/2 в одну сторону, ребро соседней пластины 4 под углом α/2 в другую сторону относительно направления основного потока. Эта система дает упомянутую позднее «перекрестную канальную структуру», как она описана в СН 547 120. В примере исполнения по фиг.4а, 4b или 4с ребра пластины 3 задают плоскость, которая обозначается как граничная поверхность 16 пластины. Граничная поверхность содержит все точки касания соседних пластин, когда соседние пластины расположены таким образом, что они образуют общую граничную поверхность. Существенное преимущество этой системы, обозначенной также как перекрестная канальная структура, согласно этому примеру исполнения, обосновывается тем, что протекающая смесь течет всегда не в одном и том же проточном канале, как в показанных ранее вариантах, а в каждый момент времени находится в другом проточном канале, то есть непрерывно меняет проточный канал. В этом случае протекающая смесь отклоняется сильнее, чем в предшествующих примерах исполнения, следствием чего является дополнительное улучшение перемешивания. На фиг.4а показана подгонка пластин (3, 4) с зигзагообразным профилем и плоских граничных поверхностей, при этом показана лишь каждая вторая пластина 3, а примыкающие пластины 4 из соображений наглядности не представлены. Пластины выполнены таким образом, что наикратчайшее расстояние между двумя соседними ребрами, измеренное в поперечном сечении перпендикулярно направлению основного потока, непрерывно увеличивается от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10. Равным образом возможно, что нормальное расстояние между двумя соседними граничными поверхностями 16, измеренное в поперечном сечении перпендикулярно направлению основного потока, непрерывно увеличивается от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10 или же сохраняется постоянным, вследствие чего граничные поверхности пластин располагаются параллельно друг другу. Согласно примеру исполнения представленному на фиг.4а, соседние граничные поверхности расширяются подобно диффузору от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10.

По меньшей мере несколько из этих точек 17 касания могут быть выполнены как сварные точки для того, чтобы присоединять соседние пластины (3, 4) к смесительному элементу.

Согласно следующему варианту граничные поверхности 16 соседних ребер (3, 4) не совпадают, а имеют незначительное расстояние друг от друга, таким образом, соседние пластины не соприкасаются. Благодаря этому часть протекающей смеси отклоняется не полностью, вследствие чего поток замедляется меньшим образом. Воздействия на перемешивание зависят от смешиваемых компонентов, доли различных фаз, а также от тенденции к разделению смеси. Путем изменения расстояния между пластинами оказывается воздействие также на потерю напора статического смесителя.

Пластины, если возможно, должны примыкать непосредственно к внутренней стенке проводящего текучую среду средства, как это указано на фиг.4а, таким образом, чтобы, во всяком случае, оставался небольшой промежуток между пластиной 3 и внутренней стенкой. При линейном касании пластины 3 в качестве линии пересечения плоской или произвольно сложенной, составленной из плоских сегментов пластины с конической внутренней стенкой получаются конические сечения, то есть в зависимости от наклона пластины относительно внутренней стенке, эллиптические, параболические или гиперболические ограничительные линии, что представлено на фиг.5а и фиг.5b. Каждая из описанных выше пластин, одна из которых представлена на фиг.5а, выполнена с возможностью развертывания в плоскость, поэтому посредством чертежных программ из желаемого положения пластины в смесителе может быть сформирована развертка. Эти развертки наряду с ограничительными линиями пластины содержат также еще линии сгиба, так что, и в тех случаях, когда каждый угол разный и, следовательно, требуются весьма сложные гибочные процессы, возможно экономичное изготовление пластин. На фиг.5а представлен поперечный разрез через такую перекрестно-канальную структуру, при этом, как и на фиг.4а, показана лишь каждая вторая пластина. Если применять конструкцию пластин, соответствующую перекрестно-канальной структуре, то возможно образование мертвых пространств, поскольку пластина на входном поперечном сечении 10 пути потока в результате угловой ориентации части пластины, смежной с внутренней стенкой, блокированы. Поэтому после сборки пластин в смесительный элемент каналы со стороны корпуса, то есть внутренней стенки, проверяются и по необходимости открываются. Пристенный зазор между смесительными элементами и внутренней стенкой проводящего текучую среду средства 1 меньше стандартного расстояния между двумя соседними граничными поверхностями 16, в частности, меньше высоты проточного канала (5, 6) поверхностно расширяющейся структуры, в частности, представленного зигзагообразного профиля, так что так называемый «эффект каналообразования» не наступает.

На фиг.5b представлена пластина 3 в краевой зоне смесительного элемента. Пластина 3 имеет линии 18 пересечения, примыкающие к внутренней стенке проводящего текучую среду средства. Если бы профильные поверхности (13, 14) пластин примыкали непосредственно к внутренней стенке, то проточный канал 5 был бы непроточным. Поэтому эти профильные поверхности устанавливаются по меньшей мере частично на расстоянии от внутренней стенки, или, соответственно, после сборки смесительного элемента открываются для потока.

Согласно следующему примеру исполнения по фиг.6а и 6b каждая пластина образует полое тело 19 с поверхностно расширяющимися структурами. Поверхностно расширяющиеся структуры полого тела 19, в частности желоба, зубцы или волны, наклонены под углом от 0 до 180° относительно направления основного потока. Несколько таких полых тел могут быть выполнены таким образом, что могут быть вставлены одно в другое. В настоящем случае полое тело 19 выполнено с возможностью полной интеграции в полое тело 20, посредством вставки полого тела 19 в полое тело 20. В представленном примере исполнения полые тела (19, 20) имеют зигзагообразный профиль. Направленные наружу, а также направленные внутрь ребра задают в каждом случае граничную поверхность, которая выполнена конической. Если размеры полого тела 19 превышают размеры полого тела 20, что не означает ничего иного, как то, что внутренняя граничная поверхность полого тела 20 располагается внутри наружной граничной поверхности полого тела 19, то оба полых тела (19, 20) заклиниваются при монтаже таким образом, что при не слишком больших усилиях со стороны протекающей среды на полые тела в смонтированном состоянии смесительного элемента от дополнительного фиксирования полого тела, например, посредством сварных точек или крепежных устройств, можно полностью отказаться. Зажимные усилия дают достаточную гарантию от изменения положения пластин в рабочем режиме. Если позволяет место размещения, то смесительный элемент такого типа может быть установлен в проводящее текучую среду средство, которое имеет по существу вертикально расположенную ось основного потока, так что смесь протекает через статический смеситель снизу вверх. Если возникнет опасение, что пластины сместятся относительно друг друга или даже будут унесены потоком через выходное поперечное сечение, потому что они выполнены из легкого материала, например легкого металла или синтетического материала, то при необходимости в зоне выходного поперечного сечения 11 может быть установлено удерживающее устройство.

На фиг.7 показаны два смесительных элемента 12 для конического статического смесителя, которые установлены в непосредственном примыкании друг к другу. Эти смесительные элементы составлены из пластин 3, которые имеют, в частности, зигзагообразный профиль по одному из вышестоящих примеров исполнения, при этом соседние пластины наклонены относительно друг друга под углом, отличающимся от 0°. Каждый смесительный элемент 12 обладает высокой стабильностью, поскольку пластины опираются друг на друга и на внутреннюю стенку проводящего текучую среду средства. Направление основного потока показано стрелкой 11.

Согласно следующему, не показанному варианту, оба смесительных элемента 12 могут быть расположены также на расстоянии друг от друга.

На фиг.8а представлено проводящее текучую среду средство с квадратным поперечным сечением. Площадь поперечного сечения непрерывно увеличивается от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10. При этом непрерывно возрастает длина каждой стороны квадрата.

На фиг.8b представлено проводящее текучую среду средство с прямоугольным поперечным сечением. Площадь поперечного сечения непрерывно увеличивается от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10. При этом возрастает длина лишь каждой второй стороны поперечного сечения прямоугольника, на фиг.8b имеется ввиду длина стороны 21. На фиг.8b указаны граничные поверхности 16 пластин смесительного элемента.

На фиг.8с показано система из двух смежных пластин (3, 4) с зигзагообразным профилем для одного из представленных на фиг.8а или 8b примеров исполнения. Другие пластины указаны лишь своими граничными поверхностями 16, для того, чтобы не перегружать фиг.8с. В этом варианте для выполнения краевых пластин, примыкающих к внутренней стенке проводящего текучую среду средства 1, не требуется особых стадий обработки, так что затраты на изготовление смесительного элемента со средством 1 с плоскими на отдельных участках боковых поверхностей снижены. В отношении расширения каналов отдельных пластин от входного поперечного сечения 9 к выходному поперечному сечению 10 следует указать на представленные в фиг.4а-4b возможности зигзагообразных профилей, которые следует воспринимать как пример для всех других упомянутых в тексте вариантов исполнения пластин.

Список ссылочных позиций

1. Проводящее текучую среду средство

2. Пластина

3. Пластина

4. Пластина

5. Проточный канал

6. Проточный канал

7. Удерживающее устройство

8. Удерживающее устройство

9. Входное поперечное сечение

10. Выходное поперечное сечение

11. Стрелка

12. Смесительный элемент

13. Профильная поверхность

14. Профильная поверхность

15. Ребро

16. Граничная поверхность

17. Точка касания

18. Линия пересечения

19. Полое тело

20. Полое тело

21. Сторона с изменяемой длиной

Изобретение относится к смешиванию текучих компонентов и может использоваться, в частности, при переработке сжиженного природного газа, в автомобилестроении и в химической реакционной технике. Смесительный элемент содержит входное отверстие для компонентов с первым поперечным сечением, расположенным в плоскости, перпендикулярной направлению основного потока во входном отверстии, и выходное отверстие для смеси со вторым поперечным сечением, расположенным в плоскости, перпендикулярной направлению основного потока в выходном отверстии. Смесительный элемент имеет форму поперечного сечения, непрерывно увеличивающуюся от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению. В смесительном элементе потокоразделяющие пластины расположены таким образом, что возможна точная подгонка смесительного элемента в непрерывно расширяющемся проводящем текучую среду средстве. Технический результат состоит в сохранении равномерного распределения текучей среды при транспортировке ее через непрерывно расширяющийся участок трубопровода. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Смесительный элемент (12) для установки в проводящее текучую среду средство (1), содержащий входное отверстие (9) для по меньшей мере двух компонентов с первым поперечным сечением, расположенным в плоскости, лежащей по существу перпендикулярно направлению (11) основного потока во входном отверстии (9), и выходное отверстие (10) для смеси со вторым поперечным сечением, расположенным в плоскости, лежащей, по существу, перпендикулярно направлению (11) основного потока в выходном отверстии (10), при этом смесительный элемент (12) имеет форму поперечного сечения, по существу непрерывно увеличивающуюся от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению, отличающийся тем, что в смесительном элементе расположены потокоразделяющие пластины (2, 3, 4) таким образом, что возможна точная подгонка смесительного элемента в, по существу, непрерывно расширяющемся проводящем текучую среду средстве (1).

2. Смесительный элемент по п.1, при этом по меньшей мере одна пластина (3, 4) содержит по меньшей мере один проточный канал (5, 6).

3. Смесительный элемент по п.2, при этом проточные каналы (5, 6) соседних пластин (3, 4) выполнены открыто перекрещиваясь и/или подобно диффузору.

4. Смесительный элемент по п.2, при этом проточный канал ограничен по меньшей мере двумя профильными поверхностями (13, 14), при этом каждые две соседние профильные поверхности одной пластины (3, 4) образуют общее ребро (15).

5. Смесительный элемент по п.4, при этом ребра (15) одной пластины (3, 4) задают граничную поверхность (16), выполненную плоской и/или по меньшей мере на отдельных участках конической.

6. Смесительный элемент по п.4, при этом ребра (15), принадлежащие одной пластине, выполнены с наклоном относительно друг друга под углом (α) в пределах от 0 до 120°, в частности от 60 до 90°, при этом, в частности, перекрещивающиеся ребра соседних пластин (3, 4) образуют с направлением основного потока противоположно направленный, равный по величине угол α/2.

7. Смесительный элемент по п.1, при этом поперечное сечение смесительного элемента, в частности, конически расширяется от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению, при этом, в частности, диаметр выходного поперечного сечения относительно диаметра входного поперечного сечения увеличивается в 2-5 раз.

8. Смесительный элемент по п.5, при этом пристенный зазор до проводящего текучую среду средства (1) выполнен меньше нормального расстояния между двумя соседними граничными поверхностями (16), в частности, меньше, чем высота проточного канала (5, 6) поверхностно расширяющейся структуры.

9. Система с обычным смесительным элементом и по меньшей мере одним коническим смесительным элементом по п.1, при этом, в частности, два соседних смесительных элемента установлены относительно друг друга с поворотом на 0-90°, в частности от 60 до 90°.

10. Система по п.9, при этом смесительные элементы установлены в проводящем текучую среду элементе (1) во входной области теплообменника.

11. Применение смесительного элемента по п.1 в способе переработки природного газа и/или в способе обезазотирования отработанных газов.

12. Применение смесительного элемента по п.1 для осуществления каталитических и/или биогенных реакций.

13. Статический смеситель с по меньшей мере одним смесительным элементом по п.1.