Статический смеситель Советский патент 1984 года по МПК B01F5/00 

2,Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что свободные концы трубок распределителя выполнены открытыми.

3.Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что отношения диаметра дополнительного патрубка

и диаметра камеры к диаметру подводящего трубопровода составляют cQответственно 0,16-0,20 и 0,25-6,30, а отношение суммарной площади отверстий и торцового сечения трубки к площади ее поперечного сечения составляет 1,4-1,5.

4. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что отношения длины трубок и расстояния между отверстиями на них к диаметру подводящего трубопровода составляют соответственно 0,25-0,30 и 0,05-0,08, при этом отверстия расположены по боковым образующим трубок.

5.Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что распределитель раствора расположен внутри подводящего трубопровода на одной

с ним оси.

6.Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что распределитель раствора расположен в корпус соосно с подводящим трубопроводом, при этом отношение расстояния между сечением выпускного отверстия трубопровода и распределителем к диамеру трубопровода составляет 0,1-0,3.

7.Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что распределитель раствора расположен в корпусе на одной оси с отводящим трубопрводом, при этом отношение расстояния между сечением вхЬдного отверстия трубопровода и распределителем

к диаметру трубопровода составляет 0., 1-0,3.

1. СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ, преимущественно для смешивания воды с растворами реагентов, включающий корпус с подводящим и отводящим трубопроводами, в котором размещен соединённый с реагентопроводом распределитель раствора реагента, выполненный -в виде цилиндрической камеры с радиальными перфорированными патрубками, отличающий.с я тем, что, с целью повьшения эффективности смешения и снижения энергозатрат, распределитель дополнительно снабжен патрубком, размещенным внутри цилиндрической камеры на ее торце о оси.

1

Изобретение относится к области водоподготовки и очистки сточных вод с использованием реагентов, а также химичес1сой технологии, в которой применяются статические смесит тели жидких сред.

Известен статический смеситель для обработки воды реагентами, включающий корпус, реагентопровод с присоединенными к нему распределителем раствора реагента в виде цилиндриг1еской камеры с радиальными перфорированными ответвлениями, свободные концы которых пропущены через стенки корпуса наружу, стабилизатор потока, турбулизатор в виде механической мешалкиi Стабилизатор потока установлен в кпрпусе перед распределителем, а мешалка - после него. Свобоные концы ответвлений во время работы известного статического смесителя перекрыты и используются для чистки ответвлений в случае их засорения tl 1.

Недостатком известного статического смесителя является низкая эффективность смешения, большие энергозатраты и малая надежность. Низкая

эффективность смешения обусловлена неравномерным рассредоточением струй вытекающего из отверстий раствора, поскольку наличие установленного перед распределителем стабилизатора потока, выравнивающего профиль скоростей по fero сечению, не отвечает условиям эффективного использования зоны максимальной турбулентности для быстрейшего распределения раствора. Большие энергозатраты связаны с необходимостью преодоления гидравлического сопротивления стабилизатора йотока и подвода внешней энергии к мешалке. Малая надежность обусловлена возможностью засорения отверстий перфорированных ответвлений в связи с наличием нерастворимых примесей в растворах технических реагентов и регулярной чистки ответвлений через наружные концы.

Известен статический смеситель для обработки воды реагентами, по ;своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкий к предлагаемому, содержащий корпус с подводящим и отводящим трубопроводами, в котором размещен распределител раствора реагента, выполненный в виде цилиндрической камеры с радиал ными перфорированными трубками, заглушенными на свободных концах, и турбулизатор потока, установленны перед распределителем раствора. Отверстия на трубках расположены в один ряд со стороны, противоположной направлению движения потока, и симметрично относительно оси корп са. Отношение расстояния от отверстий до стенки корпуса к его радиусу составляет 0,3-0,7, в связи с чем площадь сечения той части поток в которой происходит рассредоточени струй раствора, составляет от 9 до 49%. Турбулизатор потока вьтолне в виде решетки С2 J. , В известном статическом смесител смешение исходной воды с р&створом реагента происходит за счет рассредоточения его по потоку отдельными струями и последующего перемешивани причем суммарный расход раствора, вытекающего из отверстий, авен его объему, проходящему через реагентопровод. Недостатком- известного статического смесителя является низкая эффективность (56-88% за 1 с), большие энергозатраты (превышающие необходимые более чем в 2,5 раза) и малая надежность. Это обусловлено неравномерным распределением раство - ра в потоке об.рабатываемой воды в связи с тем, что более половины живого сечения потока находится за пределами зоны рассредоточения стру раствора, а также, по той причине, ч количества раствора недостаточно для обеспечения расчетной равномерности истечения из всех отверстий, необходимостью преодоления гидравлического сопротивления турбулизатора потока, опасностью образования отложений в перфорированных ответвлениях, заглушенных со стороны сво ёрдных концов, а также засорения отверстий из-за наличия твердых час тиц в растворах технических реагентон, содержащих, как правило, не менее 1% нерастворимых примесей. Целью изобретения является повышение эффективности смешения и снижение энергозатрат. Это достигается тем, что в статическом смесителе, включающем корпус с подводящим и отводящим трубопроводами, в котором размещен сое диненный с реагентопроводом распределитель раствора реагента, выполненный в виде цилиндрической камеры с радиальными перфорированными трубками, распределительдополнительно снабжен патрубком, размещенным внутри цилиндрической камеры на.ее торце по оси, при этом свободные концы трубок выполнены открытыми, отношения диаметра дополнительного патрубка и диаметра камеры к диаметру подводящего трубопровода соответственно составляют 0,16-0,20 и 0,25-0,30, а отношение суммарной площади отверстий и торцевого сечения трубки к площади его поперечного сечения составляет 1,4-1,5. Кроме того,, отношения длины трубок и расстояния между отверстиями на них к диаметру подводящего трубопровода составляют соответственно 0,25-0,30 и 0,05-0,08, при этом отверстия расположены по боковым образующим трубок. Кроме того, распределитель раствора расположен внутри подводящего трубопровода на одной с ним оси, в корпусе, соосно с подводящим трубопроводом, при этом отношение расстояния между сечением выпускного отверстия трубопровода и распределителем к диаметру трубопровода составляет 0,1-0,3, в корпусе на одной оси с отводян(им трубопроводом, при этом отнощение расстояния между сечением входного отверстия трубопровода и распределителем к диаметру трубопровода составляет 0,1-0,3. На фиг. 1 представлен статичес- ; кий смеситель, продольный разрез, при горизонтальном расположении подводящего трубопровода и размещении в нем распределителя раствора, на фиг. 2 - то же, при вертикальном расположении подводящего трубопровода и. размещении распределителя рас-твора в корпусе, на фиг. 3 - то же, при горизонтальном расположении отводящего трубопровода и размеще;нии распределителя раствора в корпусе, на фиг. 4 - сечение по А-А фиг. 1, 2 и 3. Статический смеситель включает корпус 1, примыкающие к нему и имеющие одинаковьй диаметр подводящий трубопровод 2 с выпускным отверстием 3 и отводящий трубопровод 4 с входным отверстием 5, а также реагвнто- провод 6, снабженный приемным сосудом 7 и соединенный с распределителем раствора реагента 8. Последний выполнен в виде цилиндрической камеры 9, имеющей торец 10 и радиальные перфорированные трубки 11. На торце 10 соосно с камерой 9 установ лен патрубок 12, открытый с обоих концом. Трубки 11 снабжены отверсти ями 13, расположенными в два ряда по их боковым образующим равномерно по длине, и имеют на свободных концах открытый выход через отверстия 14, скошенные под углом 45°. К двум парам взаимно перпендикулярных трубок 11 прикреплены пружинные полосо вые распоры 15, обеспечивающие соос ное расположение распределителя раствора В с подводящим трубопроводом 2, а также возможность его пере мещения вдоль оси. Отношения диаметра патрубка 12 и диаметра камеры 9 к диаметру подводящего трубопровода 2 соответственно составляют 0,16-0,20 и 0,25 0,30, а отношение суммарной площади .отверстий 13 и торцового сечения трубки 11 к площади ее поперечного сечения составляет 1,4-1,5. Отношения длины трубок 11 и расстояния между отверстиями 13 к диаметру подводящего трубопровода 2 соответственно составляют 0,25-0,35 и 0,05-0,08. -Статический смеситель работает следующим образом. Раствор реагента подается в приемный сосуд 7, из которого по реаге топроводу 6 самотеком поступает в распределитель раствора 8 и в камеру 9, где соединяется с частью потока воды, входящей в нее через патрубок 12. Самотечное поступление раствора реагента происходит с динамического уровня в реагентопроводе 6, который превышает уровень в корпусе 1 на су марную величину, определяемую восстановлением скоростного напора в п токе воды, вошедшей через циркуляционный патрубок 12, и потерями на пора по тракту движения от динамического уровня до выхода разбавленного раствора из.трубок 11. Поступление в камеру 9 части потока воды через циркуляционный патрубок 12 происходит за счет превышения гидроди намического давления в центральном ядре потока над давлением за его пр делами, т.е. в местах выхода разбав ленного раствора из трубок 11. Тракт движения через патрубок 12, камеру 9 и по трубкам 11 составляет внутренний циркуляционный контур, в котором происходит разбавление раствора, т.е. осуществляется предварительная стадия смещения с одновременным увеличением расхода смеси, что обеспечивает расчетную равномерность истечения из трубок 11. Окончательное смешение раствора реагента с обрабатываемой водой происходит в потоке за трубками 11 в результате турбулентного перемешивания. Благодаря соосному расположению камеры 9 и патрубка 12, а также симметричному размещению трубок 11 относительно оси распределителя раствора 8 обеспечивается равномерное разбавление и распределение раствора в кольцевом зазоре между камерой 9 и патрубком 12, а также между трубками 11. Наличие отверстий 14 на свободных концах трубок 11, в сочетании с увеличением расхода за счет циркуляции части потока, обеспечивает беспрепятственный и непрерывный вывод примесей твердых частиц, содержащихся в растворе, исключая тем самым возможность образования отклонений или засорения отверстий 13. Наличие скошенных под углом 45 отверстий 14 позволяет рассредоточить : струи вытеканмцего через них разбавленного раствора на большем участке живого речения потока. При отношениях диаметра патрубка 12 к диаметру подводящего трубопро-/ вода 2, равных 0,16-0,20, обеспечивается оптимальный размер циркуляционного расхода и в связи с этим на,ибольшая эффективность смешения. При отношении указанных диаметров, меньших 0,16 и больших 0,20, циркуляционный расход и эффективность смешения снижаются: в первом случае - за счет уменьшения площади сечения входного отверстия патрубка 12, во втором - за счет уменьшения разности гидродинамического давления на входе в указанное сечение и на выходе из трубок 11, а также за счет сужения кольцевого зазора между патрубком 12 и стенками камеры 9. Сравнительные данные, свидетельствующие об оптимальности выбранных отношений, приведены в табл. 1.

Циркуляционный расход (в %) от общего потока

Эффективность смешения за 1 с, %

При отношениях диаметра камеры 9 к диаметру подводящего трубопровода меньших 0,25 (но не меньше 0,16, поскольку вэтом случае невозможно размещение в ней патрубка 12), снижается эффективность смешения за счет уменьшения циркуляционного расхода в J eзyльтaтe сужения кольцевого зазора между камерой 9 и патрубком 12 и связанного с этим возрастания гидравлического сопротивления. При отношениях больших 0,30 эффективность смешения понижается за счет сокращения площади рассредоточения струи по живому сечению потока. Например, при отношении 0,40 площадь рассредоточения струй сокращается до 84%, а эффективность смешения за 1 с. - до 95% по сравнению с эффективностью 100%, достигаемой при значениях отношений, лежащих в интевале 0,25-0,30,

При отношениях суммарной площади отверстий 13 и торцового сечения трубки 11 к площади его поперечного Степень увеличения площади секторов, расположенных между трубками, в радиальном направлении Степень увеличения расходов вдоль трубки Эффективность смешения за 1 с, %

Таблица 1

0,75

0,95

0,65

100

100

94

сечения, составляющих 1,4-1,5, обеспечивается та степень равномерности распределения раствора по площади секторов, расположенных между трубками 11, которая соответствует степени увеличения этой площади в радиальном направлении, т.е. в направлении движения раствора в трубках 11. При отношениях указанных площадей, меньших 1,4, степень увеличения расходов через отверстия 13 вдоль трубок 11 снижается, а при отношениях, больших 1,5, повыиается по сравнению с одной и той же степенью увеличения площади секторов в радиальном направлении. В обоих случаях возрастает несоответствие между указанными показателями, что ведет к снижению равномерности распределения раствора по живому сечеЯию потока, и как следствие, к снижению эффективности смешения. СравнителБ- . ные данные, подтверждающие оптимальность выбранных отнощении, при- , ведены в табл. 2.

Таблица 2 , 2,8: 3,3:1 4,0:1 4,0:1 6,7:1 При отношении длины трубок Ии шага отверстий 13 к диаметру подводящего трубопровода 2, соответствен но равных 0,25-0,30 и 0,05-0,08, а также при расположении отверстий ;13 по боковым образующим трубок 11 обеспечивается оптимальное рассредо чение мест выхода разбавленного рас вора по сечению потока. При отношениях, касающихся длины трубок 11, меньших 0,25, и отношениях, касающихся шага отверстий 13, больших 0,08, а также при расположении отверстий 13 не по боковым образующим снижается равномерность распределения разбавленного раствора за счет .уменьшения плотности рассредоточени мест его выхода в поток. При отношениях тех же величин к диаметру подводящего трубопровода 2 соответственно больших 0,30 и меньших 0,05 излишне усложняется конструкция рас пределителя раствора 8 за счет увел чения его габаритов и числа отверстий 13. Предлагаемый статический смеситель может быть использован при сме шении воды как с одним, так и с несколькими реагентами. В последнем случае для каждого из них предусмат ривается самостоятельный реагентопровод 6 с приемным сосудом 7 и распределителем раствора 8, которые устанавливаются с соблюдением требуемой последовательности смешения с каждым реагентом. При этом возмож ны следующие варианты расположения распределителя раствора 8 (одного или нескольких): рнутри подводящего трубопровода 2 на одной с ним оси, в корпусе 1, соосно с подводящим трубопроводом 2, при этом отношение расстояния мевду сечением его выпускного отверстия 3 и распределите лем раствора 8 срставляет 0,1-0,3, в корпусе 1, соосно с отводящим тру бопроводом 4, причем отношение расстояния между его входным сечением 5 и распределителем раствора 8 составляет 0,1-0,3. При вертикальном расположении ос распределителя раствора 8 трубки 11 наклонены под углом 30® к горизонтальной плоскости, что улучшает транспортирование твердых частиц к выходу через торцовые отверстия 14. При горизонтальном расположении оси распределителя раствора 8 трубки 11 размещены вертикально. Предлагаемый статический смеситель обладает высокой эффективностью смешения, обусловленной наличием дополнительного патрубка в распределителе раствора реагента, а также перфорированных трубок с оптимальным соотношением площади поперечного сечения и суммарной площади отверстий, ИЗ которых происходит истечение раствора, обеспечивающих его предварительное разбавление с одновременным увеличением расхода, а также равномерное распределение его в потоке обрабатываемой воды, полное смешение достигается за 0,2-0,4 с., что в 2,5-3 раза вьшхе, чем в известном статическом смесителе. , 1 / Снижаются энергозатраты на смешение благодаря исключению турбулизирующих устройств и предварительному разбавлению раствора без применения внешней энергии. Условные потери напора (при скорости потока 1 м/с) и соответствующие им затраты энергии на смешение в 2,5 раза меньше, чем в известном статическом смесителе. Свободные концы трубок распределителя выполнены открытыми, что в сочетании с увеличением расхода за счет установки дополнительного патрубка исключает опасность образования отложений и засорения отверстий. Кроме того, возможно смешение воды с несколькими реагентами, смеситель прост по конструкции .благодаря исключению специального узла - турбулизатора, удобен в эксплуатации в связи с п1)актически полным отсутствием простоев благодаря свободному размещению распределителя раствора, обеспечивающему возможность его быстрой замены.