СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к очистке природных и сточных вод, более конкретно - к смешению реагентов и/или воздуха с водой.

Известен смеситель, содержащий трубчатый корпус, внутри которого установлена диафрагма. Непосредственно за диафрагмой по ходу движения потока установлено плоское цилиндрическое тело обтекания в виде шайбы, а перед диафрагмой расположен патрубок для подачи реагентов в обрабатываемую воду [1].

Такой смеситель работает недостаточно эффективно вследствие малого времени перемешивания воды с реагентами в диафрагме и щелевом зазоре между трубчатым корпусом и телом обтекания.

Известен смеситель, содержащий трубчатый ствол, соосно соединенную с ним входную камеру, имеющую тангенциальный патрубок для подачи воды с реагентами, а также цилиндрическое тело обтекания, расположенное внутри корпуса соосно стволу [2].

Это устройство обеспечивает хорошее качество смешения реагентов с водой, но только при значительной длине трубчатого корпуса и тела обтекания (l≥80d_k, где d_k - внутренний диаметр корпуса), что делает его недостаточно компактным и требует повышенных затрат материалов при изготовлении.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокой степени смешения реагентов с водой при малых габаритах устройства за счет более полного использования энергии турбулентных пульсаций потока в корпусе смесителя. Для достижения этого технического результата в смесителе, содержащем трубчатый ствол с соосно соединенной входной камерой, патрубки для подачи обрабатываемой воды и подвода реагентов, диафрагму и расположенное за ней цилиндрическое тело обтекания. Указанная диафрагма расположена в створе соединения входной камеры и ствола, тело обтекания соединяется со стволом радиальными перегородками, а расстояние вдоль оси ствола от диафрагмы до тела обтекания определяется по формуле

Δ=(0,5-0,7)·d_д,

где d_д - диаметр диафрагмы.

Для обеспечения высокой турбулентности потока и более полного использования его энергии для перемешивания с реагентами при выборе габаритов смесителя отношение внутренних диаметров входной камеры диафрагмы, ствола и диаметра тела обтекания определяется как d_вх.к:d_д:d_с:d_о=(8-10):1:(2,5-3):(1,5-2), а длина тела обтекания вдоль оси ствола определяется по формуле

l=(3-5)·d_о,

при этом длина каждой радиальной перегородки равна длине тела обтекания.

На чертеже приведен продольный (фиг.1) и поперечный (фиг.2) разрезы предлагаемого смесителя, а также узел А (фиг.3), на котором показаны характерные размеры основных элементов предложенного устройства.

Смеситель (фиг.1) содержит трубчатый ствол 1 и соосно расположенную с ним входную камеру 2, имеющую патрубок 4 для подвода реагентов и/или воздуха. В створе соединения входной камеры и ствола установлена диафрагма 5. Для подачи обрабатываемой воды во входную камеру 2 тангенциально к ней присоединен входной патрубок 3 (фиг.2). В стволе 1 на расстоянии Δ (фиг.3) от диафрагмы соосно устраивается тело обтекания 6 длиной l, соединенное с трубчатым стволом несколькими радиальными перегородками 7.

Смеситель работает следующим образом.

Обрабатываемая вода (жидкость) под некоторым напором подается по патрубку 3 во входную камеру 2 смесителя и за счет тангенциального подвода приобретает вращательное движение. Подача реагентов осуществляется непрерывно через патрубок 4. Далее поток совершает вращательно-поступательное движение по направлению к диафрагме 5, при этом окружная скорость потока u_φ (см. фиг.3) при подходе к диафрагме постоянно увеличивается и достигает максимума (u_φ, max) в сжатом сечении потока за диафрагмой на расстоянии Δ=(0,5-0,7)·d_д. Величина u_φ прямо пропорциональна величине продольной скорости потока u в диафрагме, умноженной на отношение диаметров входной камеры и диафрагмы d_вх.к/d_д. Суммарная относительная скорость потока определяется по соотношению . Далее закрученный поток жидкости попадает в кольцевое пространство между телом обтекания 6 и трубчатым стволом 1. За счет деления указанного кольцевого пространства на секторы с использованием радиальных перегородок 7 в каждом секторе происходит резкое гашение окружной скорости потока и образование зон интенсивного турбулентного перемешивания с высокой степенью диссипации энергии. Высокое качество перемешивания реагентов с водой в предлагаемом смесителе обеспечивает улучшение последующей очистки воды (например, в отстойниках).

Сравнительные лабораторные испытания прототипа [2] и предлагаемого смесителя производились на природной воде с содержанием взвеси 18 мг/л, которая обрабатывалась коагулянтом - раствором сернокислого алюминия (СА) с дозой 20 мг/л. После смешения с реагентом вода отстаивалась в стеклянных цилиндрах емкостью 1 л каждый в течение 2 часов. Пробы отстоянной (осветленной) воды отбирались из верхней части цилиндров и анализировались на содержание взвешенных веществ. Эффект осветления определялся по формуле

где С и С_о - соответственно содержание взвешенных веществ в исходной (не обработанной) и отстоянной воде, мг/л.

Расход воды, подаваемой на смесители составлял до 2,5 м³/ч при входном давлении 4·10⁵ Па.

Геометрические размеры прототипа [2]:

Диаметр входной камеры - 70 мм диаметр ствола - 25 мм диаметр тела обтекания - 15 мм длина ствола и тела обтекания - 2 м потери давления при работе - 2,8·10⁵ Па

Предлагаемое устройство было выполнено по геометрическим размерам в пяти вариантах (таблица 1).

Длина ствола по данным вариантам составляла l_с=(1,2-1,5)·l, где l - длина тела обтекания, количество радиальных перегородок - 8. Потери давления при работе предлагаемого смесителя составляли от 1,2·10⁵ Па до 2,8·10⁵ Па в зависимости от варианта.

Данные по эффективности отстаивания воды, обработанной реагентом в смесителе-прототипе [2] (контроль) и различных вариантах предложенного смесителя приведены в таблице 2.

Таблица 2 Показатели качества отстоянной воды Контроль Варианты предлагаемого смесителя 1 2 3 4 5 Взвешенные вещества, мг/л 8,2 8,1 7,5 6,9 7,2 7,7 Эффект отстаивания, % 54,4 55,0 58,3 61,7 60,0 57,2

Как следует из таблицы 2, применение смесителя, имеющего рекомендуемые соотношения геометрических размеров основных элементов (вариант 3), привело к существенному улучшению эффекта удаления взвешенных веществ отстаиванием. При вводе в данный смеситель совместно с коагулянтом сжатого воздуха в количестве до 20% от расхода обрабатываемой воды, эффект удаления взвешенных веществ отстаиванием увеличивался дополнительно на 6-8%.

Источники информации

1. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - М.: Изд-во МГУ. - 2003.

2. Андреев С.Ю., Гришин Б.М. и др. Исследование вихревых смесительных устройств с эмалевыми покрытиями для интенсификации работы флотационных установок // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №11-12.

Изобретение относится к смесителям, применяемым при очистке природных и сточных вод, и может быть использовано для смешения реагентов и/или воздуха с водой. Смеситель выполнен в виде трубчатого ствола, к которому соосно присоединена входная камера с патрубком для подачи воды и реагентов. В створе соединения входной камеры и ствола расположена диафрагма. На расчетном расстоянии за диафрагмой установлено цилиндрическое тело обтекания, соединенное со стволом радиальными перегородками. Рекомендуемое соотношение внутренних диаметров входной камеры, диафрагмы, ствола, а также диаметра и длины тела обтекания обеспечивает максимальное использование кинетической энергии потока для более полного смешения с реагентами и/или воздухом. Технический результат состоит в снижении материалоемкости конструкции при одновременном обеспечении быстрого и равномерного смешения реагентов с водой по всей площади поперечного сечения ствола. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Смеситель, содержащий трубчатый ствол с соосно соединенной входной камерой, патрубки для подачи обрабатываемой воды и подвода реагентов, диафрагму и расположенное за ней тело обтекания, отличающийся тем, что диафрагма расположена в створе соединения входной камеры и ствола, тело обтекания соединяется со стволом радиальными перегородками, а расстояние вдоль оси ствола от диафрагмы до тела обтекания определяется по формуле:
Δ=(0,5-0,7)·d_д,
где d_д - диаметр диафрагмы.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что отношение внутренних диаметров входной камеры, диафрагмы, ствола и диаметра тела обтекания определяется как d_вх.к:d_д:d_с:d_о=(8-10):1:(2,5-3):(1,5-2), а длина тела обтекания вдоль оси ствола определяется по формуле:
l=(3-5)·d_о,
при этом длина каждой радиальной перегородки равна длине тела обтекания.