Способ смешения газовых сред Советский патент 1993 года по МПК B01F3/02 F23L15/00 

Изобретение относится к техноло- гии перемешивания газовых сред и может быть использовано в различных от-; раслях народного хозяйства. . : :

Известен способ смешения сред, $й ключащийся в подаче в поток одной из них другой (остальных) системой радиальных поперечных tf руЙ ij . При этом реализуется возможность достаточно высокого уровня интенсивности : перемешивания. Однако существенными недостатками способа являются низкая интенсивность смешения по длине, . очень низкая стабильность массообмен- ных процессов.

Наиболее близким техническим решением является способ , заключающийся в закрутке потока и подаче в Г него Другой сплошной среды тангёнци ально с направлением крутки, протйво- положной направлению крутки последней, . ..., . -...-.-. -..,-. .-. ....,.,.

Однако наряду с высокой интенсивностью массообменных процессов по длине для данного способа характерно низкое качество подготовки смеси.

1 Целью изобретения является повыше- ние эффективности массообменных про- ;Цёсс6в. .; .;. . .; ., .:...// . .....

;; Указанная цель достигается тем, цто в способе смешения газовых сред заключающемся в закрутке одной или смеси нескольких поступающих в виде :потока и подаче в него других сред ;системами струй с направлением крут- ки, противоположной направлению крут- |ки потока, согласно изобретению подают под углом,не превышающим 5°, ia значение угла подачи изменяют при изменении параметра крутки потока. В прототипе и в описываемом техническом решении среда вводится в ви- де поперечных струй в закрученный по- ;ток. Однако если в прототипе попе- i речный компонент подается системой | тангенциальных струй, то по изобре- I .тению - Системой хордальных струй. .Притангенциальной подаче струй струи : г залипаютм на стенку, Как следствие,. при этом взаимодействуют два вихревых шнура с противоположными направлениями крутки. Интенсивность массоел

G

со

со ел со ю

31813532;

обмена на их границе высока. Однако для такой схемы взаимодействия сред ; характерны недостатки: в периферий- у ных слоях даже на значительных удале- g ниях от места ввода поперечного ком- . понента имеется его избыток, в то время как в центральных слоях - его .. недостаток. Таким образом, в прототИ-/ пе имеет место.крайне низкая эффек- д тивность массообменных процессов в ; jрадиальных направлениях для потока j

смёс й / :ч;:; Г- : л X v.O .-vv /X. . 6 описываемом решении поперечные

струи среды подаются, хордально. В этом случае при ot o( реализуются ; Недостатки прототипа, т.е. струи за- ли.пЗМ на стенку. При этом реализуете ся циклонный режим работы, который i сопровождается резкимj скачкообразным снижением : равномерности распределения поперечной среды по сечению потока, преимущественно в радиальном направлении. При (xf о залипание

15

20

П р им е р. Поток одного из взаимодействующих компонентов (низконаг порный) поступает по трубе 1. Прохо- дя через завихритель 2, он приобретает тангенциальную составляющую с ко- j рости (закручивается).В закрученный | поток поступает система хордальных струй другого компонента через сопли А. Направление подачи струй противо- положно направлению закрутки потока (его тангенциальной скорости). Всле ствие воздействия потока струи отклбняются от первоначального йаправле- . что позволяет обеспечить опти- мальное распределение поперечного компонента по сечению потока при по- ниженных потерях давления (энергетит ческих затратах)... Вследствие ввода хордальных струй закрутка потока смеси уменьшается (в зависимости от 00.7 отношения расходов и угла подачи хор дальных струй). Как следствиена второй стадии смешения поперечный, ком-;

струй отсутствует, и при этом наряду J25 понент также подается системой хор-

с высокой интенсивностью массообменных процессов, которая реализуется при взаимодействии закрученных потоков имеет место рззнбмерное распредедальных струй, но с меньшим значение

ем угла хордальности (по сравнениюС/

первой стадией смешения Ы ;..; t;

. Таким образом. наиболее типична .{

g д

5

0

П р им е р. Поток одного из взаи. модействующих компонентов (низконаг I- порный) поступает по трубе 1. Прохо- ; дя через завихритель 2, он приобретает тангенциальную составляющую с ко- j : рости (закручивается).В закрученный | поток поступает система хордальных струй другого компонента через сопли j А. Направление подачи струй противо- , положно направлению закрутки потока ;/ (его тангенциальной скорости). Всле ствие воздействия потока струи отклбf няются от первоначального йаправле- . ;f : что позволяет обеспечить опти- | мальное распределение поперечного , компонента по сечению потока при по- I ниженных потерях давления (энергетит } ческих затратах)... Вследствие ввода |. хордальных струй закрутка потока сме| ;: си уменьшается (в зависимости от 00.7 j. отношения расходов и угла подачи хор ; дальных струй). Как следствиена вто, рой стадии смешения поперечный, ком-; I.

дальных струй, но с меньшим значение. ,

ем угла хордальности (по сравнениюС/V

первой стадией смешения Ы ;..; t;

. Таким образом. наиболее типична .{ j

ление параметров в радиальном на прав-/JQ подача поперечных компонентов систе-с

лении. Как установлено на основании экспериментальных.исследований, зна- ; чение р( 45°. ПоД действием танген- ; циальнои составляющей скорости потока струи отклоняются от своего первона- чального направления, что позволяет обеспечить оптимальное распределение поперечного компонента при пониженных; энергетических затратах (потерях) в ; устройстве.

40

мами хордальных струй с уменьшающими-; ся значениями углов хордальности по ходу движения потока смеси , (это св6й«4 ственно при подаче в сносящий поток : незначительных по расходу компонентов - добавок, например деэмульгато 1 ра в процессах обессоливания и обезвоживания нефти), ./ -:

При соизмеримых-расходах; взаймо- i -. действующих компонентов (например при приготовлении мицёллярных раст- ,воров) в потоке хмеси может меняться ,не только интенсивность крутки лото- ; ка, но и ее направление. Как следствие, изменение углов хордальности по ходу движения может быть отличным от выше указанного..

На фиг.1 показан общий вид устройства, реализующего способ смешения, на фи г.2 приведено поперечное сечение камеры смешения на. одной из ступеней смешения, г ; ,

Устройство включает магистральный трубопровод 1, в котором установлен, з авихритель 2 и несколько камер смешения 3. Камера смешения 3 представляет собой, расположенные на боковой поверхности трубы сопла расположенные в; полости коллектора 5, снабженного патрубком 6. Оси сопел 4 расположёны под углом oi к радиусу поперечного сечения трубы 1. При этом значение угла об не должно превышать 45°. СопЛа k соединяются со стенкой 1 с помощью цилиндрических шарниров 7.

Q подача поперечных компонентов систе-с

0

5

O

5

мами хордальных струй с уменьшающими-; ся значениями углов хордальности по ходу движения потока смеси , (это св6й«4 ственно при подаче в сносящий поток : незначительных по расходу компонентов - добавок, например деэмульгато 1 ра в процессах обессоливания и обезвоживания нефти), ./ -:

При соизмеримых-расходах; взаймо- i -.; действующих компонентов (например при приготовлении мицёллярных раст- ,воров) в потоке хмеси может меняться ,не только интенсивность крутки лото- ; ка, но и ее направление. Как следствие, изменение углов хордальности по ходу движения может быть отличным от выше указанного..

Изменение угла хордальности позвб-; лит обеспечить стабильный массообмен | при изменении условий эксплуатации ; ,: (изменения соотношения расходов взай-, . модействующих компонентов). .:, :. .

I .: .:.. .. .. ...; .

При увеличении параметра крутки Т потока (например, за счет уменьшения ; расхода поперечного компонента, пода ваемого на предыдущей стадий смёше- . ния) угол хордальности поперечных струй нужно увеличить, что ведет к поддержанию стабильного массообмена

при одновременном уменьшении энерге- тических затрат по высоконапорному компоненту.

Исследование описываемого технического решения проведены в широком диапазбне режимных и геометрических параметров: С 0,02-0,60, N 0-1,8 об 0-60°, а% 0,01-0,5, п 4-16.

Здесь: G -------, d d

G + G,

G массовый расход, d - диаметр, N - параметр крутки, об - угол хордальностй

:поперечных струй, п - количество сопел. Индексы: с - струи, п - сносящий

:поток, от - выходное отверстие сопел,

iк - камера смешения (труба). Установлено, что при Х а струи залипают на стенку, реализуется циклонный ре|жим. Переход к циклонному режиму сопровождается резким (скачкообразным)

;снижением качества смесеобразования.

; При увеличении крутки потока N

. угол хордальностй монотонно возраста- ет (из условий эффект и в но го массооб;мена). Так, например, при d 0,Об

Цля ряда N - 0, 0,30, 0,52, 0,86 оп- тимальные значения составляют 0, 15,

J25, 32°. , . .- :.. -..; ;.;

Описанное техническое решение позволяет существенно интенсифицировать

л;;: ::,-. г is

v ,j

15

;

массообменные процессы по длине устройства, уменьшить энергетические потери для взаимодействующих компонен-.

, toe и для смеси в целом.

5 i . . . Эффективность от его использования возрастает при увеличении количества компонентов, составляющих 10 смесь, при расширении возможных условий эксплуатации устройства, реализующих взаимодействие (смешение) компонентов.

Ф о р м у л а из о б ре т е н и я

Способ смешения газовых сред пу- ;тем закрутки одной или смеси нескольких сред, поступающих в камеру в виде |осевого потока, и подачи в него других сред в виде системы струй с на правлением крутки, противоположном направлению крутки осевого потока, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности массо- обменных процессов, струи подают под :углом к радиусу камеры, не превышаю- щим , а значение угла подачи увеличивают или уменьшают соответственно 30 при увеличении или уменьшении параметра крутки осевого потока. ;

20

25

J L

-г

дш#4.