Способ приготовления аэрированных суспензий и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B33/13 

аэрированных суспензий, заключающийся в том, что формируют газожидкостный поток путем раздельной подачи суспензии и газа в камеру смешения, диспергируют поток в условиях вибрационного воздействия и отводят образовавшийся газожидкостный поток (Детков В. П. Цементирование наклонных скважин. М.: Недра, 1978, с. 189- 190).

. Известно устройство для приготовления аэрированных суспензий, принятое за прототип, включающее полый корпус с камерой смешения, закрепленные на корпусе патрубок подачи газа и патрубок подачи суспензии с выполненными в нем входной полостью и каналом, установленные с возможностью взаимодействия подаваемых потоков суспензии и газа в камере сме- шения, и выходной патрубок, установленный на корпусе устройства (Детков В. П Цементирование наклонных скважин, М.. Недра, 1978, с. 160-161).

Недостатки способа-прототипа и устройства-прототипа заключаются в том, что получаемая аэрированная суспензия имеет низкую степень аэрации, дисперсности и гомогенности, в связи с чем снижаются прочность и теплоизоляционные свойства пористого материала, приготовленного из этой суспензии. Кроме того, величина параметров вибрационного воздействия на компоненты аэрированной смеси может изменяться в узком диапазоне, так как имеется лишь один источник колебаний и отсутствует возможность получать разностные и суммарные частоты от двух источников колебаний. Следовательно, режим нелинейного резонанса может быть достигнут лишь в узком диапазоне, что не позволяет снизить энергозатраты и повысить качество получаемой аэрированной суспензии для целого ряда суспензий (например, высоковязких).

Цель изобретения - повышение степени аэрации, дисперсности и гомогенности аэрированной суспензии при снижении энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления аэрированных суспензий, заключающемся в том, что формируют газожидкостный поток путем раздельной подачи суспензии и газа в камеру смешения, диспергируют поток в условиях вибрационного воздействия и отводят образовавшийся газожидкостный поток, формирование газожидкостного потока и его диспергирование ведут в условиях вибрационного воздействия как потока суспензии, так и потока газа на указанные компоненты до образования мелкодисперсной газожидкостной смеси. Кроме того, вибрационное воздействие на суспензию и газ, а также газожидкостный поток осуществляют с частотой 300...65000 Гц и амплитудой

0,01.105...12,0.105Па.

В устройстве для приготовления аэрированных суспензий, включающем полый корпус с камерой смешения, закрепленные на корпусе патрубок подачи газа и патрубок

подачи суспензии с выполненными в нем входной полостью и каналом, установленные с возможностью взаимодействия подаваемых потоков суспензии и газа в камере смешения, и выходной патрубок, установленный на корпусе устройства, канал патрубка подачи суспензии выполнен заглушенным на входе, в стенках патрубка выполнены входные тангенциальные каналы, гидравличерки сообщающие входную

полость патрубка подачи суспензии и.каме- ру смешения, а патрубок подачи газа заглушен отражательной поверхностью, установленной на его выходе поперечно оси выходного канала патрубка с образованием

выпускных окон в стенках патрубка, причем выходной ка нал патрубка подачи газа сужается к его выходу. Кроме того, отражательная поверхность патрубка снабжена телом, установленным в выпускном канале патрубка соосно последнему с образованием кольцевого зазора.

На фиг. 1 показано устройство для приготовления аэрированных суспензий, в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же, в

поперечном разрезе на уровне тангенциальных каналов патрубка суспензии: на фиг.

3изображен вариант М 1 патрубка подачи газа, имеющий сужение выходного канала и отражательную поверхность на выходе с образованием выходных окон в стенках патрубка, в продольном разрезе; на фиг. 4 - то же, в поперечном сечении на уровне выходных окон; на фиг. 5 показан вариант № 2 патрубка подачи газа, отражательная поверхность которого снабжена телом, установленным в выпускном канале патрубка с образованием кольцевого зазора, в продольном разрезе; на фиг. 6 - то же, в поперечном разрезе на уровне выходных окон.

Предлагаемое устройство для приготовления аэрированных суспензий, служащее для реализации данного способа, содержит следующие основные элементы.

На полом корпусе 1 (фиг. 1-4) установлены патрубок 2 подачи газа и патрубок 3 подачи суспензии с возможностью взаимодействия потоков газа и суспензии в камере

4смешения корпуса устройства, причем канал патрубка подачи суспензии заглушен на

входе, камера 4 смешения гидравлически

сообщена с входной полостью 5 патрубка подачи суспензии посредством входных тангенциальных каналов 6, кавитационной камеры 7 -и диффузора 8, выполненных в стенках патрубка. Кроме того, выходной патрубок 9 посредством канала 10, выполненного в патрубке 9, в виде диффузора, гидравлически сообщен с камерой 4 смешения, а патрубок 2 подачи газа при этом содержит канал 11 подачи газа, который имеет сужение 12 и заглушен отражательным устройством 13, отражательная поверхность 14 которого перпендикулярна оси канала подачи газа, причем в стенках патрубка 2 выполнены выходные окна 15.

С целью обеспечения возможности получения заданной величины амплитудно-частотного воздействия на суспензию и газ отражательная поверхность патрубка подачи газа (фиг. 5 и 6) снабжена телом 16, установленным в выпускном канале патрубка соосио последнему с образованием кольцевого зазора 17.

Способ приготовления аэрированных суспензий осуществляют следующим образом.

Суспензия (буферная жидкость или там- понажный раствор) поступает от насосного агрегата под давлением во входную полость 5 патрубка 3 подачи суспензии (см. фиг. 1 4) Далее поток суспензии прокачивается через входные тангенциальные каналы 6, кавитэционную камеру 7 и диффузор 8 с последующим его поступлением в камеру 4 смешения корпуса 1. При этом в кавитационной камере 7 происходят закрутка потока суспензии, понижение давления до значения, меньшего значения насыщенных паров жидкости, и, как следствие, образование в центре камеры 7 кавитационной парогазовой каверны. Каверна совершает автоколебания, которые приводят к периодическому отрыву от нее парогазовых пузырьков, сносимых потоком суспензии в область повышенного давления жидкости (диффузор), где происходит их схлопыеэние с образованием колебаний давления в протекающей среде (потоке суспензии).

Одновременно с прокачкой суспензии в камеру 4 смешения через патрубок 2 поступает газ от компрессорной установки. По каналу 11 газ прокачивается через наиболее узкое (критическое) сечение канала. В сужении 12 газ достигает скорости звука с образованием прямого скачка уплотнения. При поступлении сверхзвукового потока газа в отражательное устройство 13 благодаря отражательной поверхности 14, расположенное перпендикулярно оси канала 11. образуется отсоединенный скачок уплотнения, который, взаимодействуя с прямым скачком уплотнения, расположенным в сужении 12, образует акустические колебания в потоке газа, поступающего через выход5 ные окна 15 в камеру 4 смешения устройства.

Таким образом, на потоки суспензии и газа оказывается вибрационное воздействие от двух источников колебаний с отлича0 ющимися друг от друга частотами. При этом в спектре колебаний содержатся гармоники частоты как от каждого из источников колебаний, так и образующиеся разностные и суммарные гармоники, а также субгармони5 ки частоты. Вибрационное воздействие на суспензию и газ в процессе их смешивания, а также на образовавшийся газожидкостный поток осуществляется с частотой в пределах 300...65000 Гц и амплитудой в

0 пределах 0,01.105...12.0.105 Па.

Вибрационное воздействие позволяет повысить степень активации связующих частиц суспензии, дисперсности и гомогенности приготавливаемой аэрированной

5 суспензии, которая отводится через канал 10 выходного патрубка 9 в ограниченный объем ( в случае цементирования скважины объем между обсадной колонной и стенками скважины), где после затвердевания обра0 зуется пористый материал.

Оптимальные частота и амплитуда вибрационного воздействия с точки зрения качества получаемой аэрированной суспензии, а также экономичности процес5 са (условие осуществления режима нелинейного резонанса) зависят от рода перемешиваемых компонентов смеси и характеристик динамической системы. Поэтому использование тела 16 (см. фиг. 5 и 6) в

0 конструкции патрубка 2 подачи газа с образованием в выпускном канале кольцевого зазора 17 позволяет изменять величины амплитуды и частоты колебаний, причем в этом случае амплитуда акустических колебаний

5 больше, чем в конструкции патрубка без указанного тела.

Использование описанных способа и устройства позволяет:

- повысить степень аэрации, дисперс0 ности и гомогенности аэрированной суспензии при одновременном снижении энергозатрат за счет проведения технологического процесса в режиме нелинейного резонанса;

5 - управлять дисперсностью газожидкостной смеси, так как дисперсность зависит от параметров вибрационного воздействия, величины которых можно регулировать изменением расходов компонентов смеси и выполнением подающих патрубков с различными соотношениями геометрических размеров:

-повысить прочность и теплоизоляционные свойства пористого материала, приготовленного из.аэрированной смеси;

-расширить область использования за счет обеспечения возможности аэрирования высоковязкмх суспензий при организации режима нелинейного резонанса.

9

Формула изобретения

1. Способ приготовления аэрированных суспензий, включающий формирование газожидкостного потока путем раздельной подачи суспензии.и газа в камеру смешения, диспергирование потока в условиях вибрационного воздействия и отвод образовавшего газожидкостного потока, отличающийся тем, что, с целью повышения степени аэрации, дисперсности и гомогенности суспензии при снижении энергозатрат, формирование газожидкостного потока и ею диспергирование ведут в условиях вибрационного воздействия потока суспензии или газа на указанные компоненты до образования мелкодисперсной газо.жидко- стной смеси.

2 Способ по п. 1,отличающийся тем, что вибрационное воздействие на суспензию, газ и газожидкостный поток осуществляют с частотой 300...65000 Гц и амплитудой 0,01 Ю5...12,0-105Па.

3.Устройство для приготовления аэрированных суспензий, включающее полый

корпус с камерой смешения, закрепленные на корпусе патрубок подачи газа и патрубок подачи суспензии с выполненными в нем входной полостью и каналом, установленные с возможностью взаимодействия подаваемых потоков суспензии и газа в камере смещения, и выходной .патрубок,-установленный на корпусе, отличающееся тем, что, с целью повышения степени аэрации, дисперсности и гомогенности суспензии

при снижении энергозатрат, канал патрубка подачи суспензии выполнен заглушенным на входе, в стенках патрубка выполнены входные тангенциальные каналы, гидравлически сообщающие входную полость патрубка подачи суспензии и камеру смешения, а патрубок подачи газа заглушен отражательной поверхностью, установленной на его выходе поперечно оси выходного канала патрубка с образованием выпускных

окон в стенках патрубка, причем выходной канал патрубка выполнен сужающимся к его выходу.

4.Устройство по п. 3. о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что отражательная поверхность патрубка снабжена элементом, установленным в выпускном канале патрубка соосно последнему с образованием кольцевого зазора.

Сущность изобретения формирование газожидкостного потока и его диспергирование ведут в условиях вибрационного воздействия. Вибрационное воздействие создают потоком суспензии или газожидкостной смеси. Вибрационное воздействие на суспензию, газ и газожидкостный поток осуществляют с частотой 300-65000 Гц и амплитудой от 0,01 105 до 12,0.105 Па. Устройство для приготовления аэрированИзобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении стеновых и теплоизоляционных изделий, а также при цементировании обсадных колонн в скважинах различного назначения. Известен- способ изготовления пористых строительных материалов, заключающийся в гранулировании сырья, вспучивании гранул, засыпке в формы, спеных суспензий включает полый корпус с камерой смешения, патрубок подачи газа, патрубок подачи суспензии с выполненными в нем входной полостью и каналом. Патрубки установлены с возможностью взаимодействия подаваемых потоков суспензии и газа в камере смешения. Выходной патрубок установлен на корпусе. Канал патрубка подачи суспензии выполнен заглушенным на входе. В стенках патрубка выполнены входные тангенциальные каналы, гидравлически сообщающие входную полость патрубка подачи суспензии и камеру смешения Патрубок подачи газа заглушен отражательной поверхностью Отражательная поверхность установлена на выходе патрубка подачи газа поперечно оси выходного канала патрубка с образованием выпускных окон в стенках патрубка. Выходной канал патрубка выполнен сужающимся к его выходу. Отражательная поверхность патрубка снабжена элементом, установленным в выпускном канале патрубка соосно последнему с образованием кольцевого зазора. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 6 ил сл С 2 ,сл 100 100 00 кании путем подвода горючих газов и последующем охлаждении (авт. св. N 1211245, кл. С 04 В 38/00, 1984, БИ № 6, 1986). Известно устройство для получения пористых материалов, состоящее из вращающейся печи, перфорированных форм и газовой горелки (авт. св., Ns 1211245, кл. С 04 В 38/00, 1984, БИ Ns 6, 1986) Наиболее близок к предлагаемому принятый за- прототип способ приготовления

SSSSSS2SSy л

3v

Щиг.1

Фиг 4

Фиг.

fcJ

S-fi

Щи г. 5

фиг.6