Камера смешения Советский патент 1986 года по МПК B01F5/06 

f ffffi

7

/ ,

Л

5

Изобретение относится к устройствам для смешения турбулентных потоков жидкостей или газов и может быть использовано в различных отраслях промьгашенности, например химической нефтехимической, для приготовления смесей высокого качества. По основному авт.св. № 780868 известен смеситель трубчатого типа для приготовления газовых смесей, который содержит корпус, входные и выходные штуцера, распределительные решетки, в которых параллельно установлены трубки с отверстиями для прохода смеси. Трубки в поперечном сечении имеют прямоугольную форму, соотношение диагоналей прямоугольников на выходе и входе трубок 1,2-1,3 отношение средней площади трубок и площади поперечного сечения отверстий в них 3,6-5,0, а отношение шага к диаметру равно 10-20. Недостатками устройства являются значительные энергетические затраты для приготовления смеси заданного состава и качества, низкая стабильность характеристик массообмена. Наиболее- близким к предлагаемому является смеситель, трубки которого снабжены соплами, установленными в одном из каждых двух встречно расположенных отверстий и направленных внутрь трубки. Выходное отверстие сопла размеп(ено от стенки трубки на расстоянии (0,38-0,,40)Н, где Н - рас стояние 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 пере носа в устройство (от глубины проникновения струй). Глубина проникновения струй зависит от геометрически и режимных параметров в устройств е, характеризуемых, в основном, с| ,, d., S. здесь Д- гидродинамический параметр, cL - диаметр отверстий (относительный) 5 S - относительный шаг между отверстиями в ряду, вследствие чего в зависимости вида Ь аь(5) d незначительные отклонения § , cj, , d определяют существенные количественные изменения глубины проникновения f) . 8 Изменение только на 20% может привести к реализации всей гаммы качеств от О 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, позволяет несколько стабилизировать массообменные процессы вследствие смещения плоскости соударения встречных струй относительно плоскости симметрии трубок. Погружение сопел, равное (0,38-0,АО)Н, оптимально. 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 распределения . . Цель изобретения - повьш1ение качества приготовления смеси rf снижение энергетических потерь. Указанная цель достигается тем, что в камере смешения, содержащей входные и выходной штуцеры, трубку прямоугольного поперечного сечения для прохода смеси, на противоположных стенках которой расположены отверстия, снабженные соплами, направленными внутрь трубки, выходные отверстия сопел расположены на их боковых поверхностях. Отверстия расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось сопла и перпендикулярной меньшей стороне поперечного сечения трубки. Расстояние от осей отверстий до ближайших стенок трубки составляет (0,29-0,31)И, где Н - расстояние между противоположными стенками трубки в сечении расположения выходных отверстий сопел На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Камера смешения состоит из трубки 1 прямоугольного поперечного сечения с входным 2 и выходным 3

штуцерами. На противоположных стенка трубки 1 расположены отверстия 4, снабженные соплами 5, погруженными внутрь трубки. Выходные отверстия 6 сопел 5 расположены на их боковых поверхностях симметрично относительно плоскостей, проходящих через оси сопел 5 и перпендикулярно меньшей стороне поперечного сечения трубки 1 . Расстояние от отверстий 6 до ближай- шей стенки трубки 1, на которой установлены сопла 5, (0,29-0,31)Н. Входной штуцер 7 предназначен для подвод высоконапорного компонента.

Устройство работает следующим образом.

В трубке 1 через входной штуцер 2 поступает поток низконапорного компонента. Второй компонент через второй штуцер 7 (высоконапорный поток) через отверстия 4 в стенках трубки 1 поступает в сопла 5 и далее через отверстия 6 истекает в виде системы поперечных струй в поток низконапорного компонента. При этом реализуется интенсивный массообмеь компонентов. Струи второго компонента распространяются параллельно стенкам, на которых расположены отверстия 4. В результате при изменении режимов работы сохраняется положение массы второго компонента относительно ударных стенок и как следствие, интенсивность конвективного переноса. Оптимальное значение расстояний от отверстий 6 до стенок трубки 1 соответствует максимальной эффективности перераспределения сред в радиальном направлении - перпендикулярно стенкам .

В предлагаемом устройстве масса поперечного компонента истекает в виде струй параллельно стенкам, на которых расположены сопла, глубина проникновения струй при этом остается

неизменной, а стабильность массообменных характеристик реализуется максимальной (вследствие поддержани конвективной составляющей массообмена). Некоторое изменение массообменных характеристик при этом осуществляется за счет изменения интенсивности турбулентности в зоне смешени при изменении относительного расхода поперечного компонента.

Испытания проводились в лаборатории газовой динамики и горения на моделях с геометрическими параметрами t 0,Д; F 0,0505; х 0-2,0; 0-0,60

fji. )( х/н; t t/H ; F ,

где - шаг между отверстиями в поясе; F- относительная площадь отверстий; - длина зоны смешения; Мрасстояние между противоположньми стенками устройства; G - относительный расход поперечного компонента;

Т - Степень неизотермичности струй и потока; Т - температура. Индексы; 1 - сносящий поток, 2 - струи, от - отверстие, к - камера смешения. В п редлагаемом устройстве-величина GMHH снижается по сравнению с из-/ вестным в 1,5 раза, при этом еще более значительно снижаются энергетические затраты для приготовления смеси. Здесь G - значение относительного расхода из условия Q 1,0 (Q11ара метр качества смешения). При G Снин неравномерность распределения поперечного компонента -по сечению низка, характеристики массообмена стабильны.

Эффективность от использования предлагаемого изобретения возрастает в процессах и установках, характеризующихся переменными режимами работы (при изменении параметров взаимодействующих компонентов в широком диапазоне) .

/IA

fpije.2

1. КАМЕРА СМЕШЕНИЯ, содержащая входные и выходной штуцера, трубку прямоугольного поперечного сечения для прохода смеси, на противоположных стенках которой расположены отверстияJ снабженные соплами, направленными внутрь трубки, отличающаяся тем, что, с целью повьшения качества приготовления смеси и снижения энергетических затрат, выходные отверстия сопел расположены на их боковых пове1)хностях.. 2.Камера по п. 1, отличающаяся тем, что сопла расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось сопла и перпендикулярной меньшей стороне поперечного сечения трубки. 3.Камера по п. 1, отличаю щ а я с я тем, что расстояние от осей отверстий до ближайших стенок трубки составляет (О,29-0,31)Н где Н - расстояние между противоположными стенками трубки в сечении расположения выходных отверстий сопел. (Л