Гидродинамическая термоэлектрическая установка для смешения жидких сред

Полезная модель относится к области получения гомогенных дисперсных систем с жидкой средой посредством единовременного нагрева и гидродинамической кавитации и может быть использовано для получения эмульсий с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных. Гидродинамическая термоэлектрическая установка выполнена в виде диспергатора 1, внешняя поверхность корпуса которого выполнена в виде многогранника, на плоских гранях которого смонтированы термоэлектрические батареи 9, к диспергатору подключены ускорители подачи компонентов смеси, выполненные в виде гидроциклона 4. Внутри корпуса диспергатора 1 размещен турбулентный резонатор 8, выполненный в виде Архимедовой спирали, после турбулентного резонатора в корпусе диспергатора установлены конусный ускоритель 12, выполненный в виде ступенчатого конуса и сопло 13, в верхней части диспергатора расположено тормозное регулируемое устройство 15, отражатель которого выполнен в виде вогнутой криволинейной сферической поверхности на котором установлены звуковые резонансно настроенные пластины 14, с образованием регулируемой кавитационной камеры между оражателем соплом, выходные отверстия которого выполнены в виде щелей. Турбулентный резонатор установлен в корпусе диспергатора с зазором. Резонансные пластины консольно закреплены на отражателе тормозного регулируемого устройства с возможностью перемещения острием к соплу и установлены с возможностью настройки на диапазон частот от 1-365 кГц.

Полезная модель относится к области получения гомогенных дисперсных систем с жидкой средой посредством единовременного нагрева и гидродинамической кавитации и может быть использовано для получения эмульсий с заданной концентрацией компонентов, например водотопливных.

Широкое распространение в промышленности для получения водотопливных эмульсии получили устройства, преобразующие часть энергии струи жидкости в энергию акустических волн. Для получения высокодисперсной эмульсии необходимо создание в обрабатываемой жидкости упругих звуковых волн с регулярным образованием кавитационных пузырьков в полупериоде разряжения и их схлопыванием в полупериоде сжатия.

Известны различные гидродинамические эмульгаторы, например А.С. СССР 169907, 1998 г., А.С. СССР 1000089, 1983 г, А.С. 1011112.

Указанные устройства включают средства для создания звукового поля различной частоты.

Недостатком указанных устройств является невозможность введения в жидкость акустических колебаний необходимой частоты, давления и акустической мощности и как следствие невозможность образования высокодисперсной эмульсии.

Наиболее близким по технической сущности к разработанной полезной модели является гидродинамическое устройство для диспергирования жидкого топлива с водой, выполненное в виде проточного статического диспергатора, в котором происходит образование множества новых поверхностей раздела фаз жидких потоков топлива и воды и их рекомбинирования в осевом и радиальном направлении с помощью специальных диспергирующих элементов, представляющих собой дисковые диафрагмы с отверстиями, закрепленные на штоке относительно друг друга под углом 30 градусов, и торцевые поверхности. Отверстия в дисковых диафрагмах выполнены с сужающимися и расширяющимися участками со стороны входа и выхода жидких потоков, а между диафрагмами установлены ограничительные вставки, снабженные двумя закручивающими поток пластинками. Патент RU 2245898, опубликован 2005.02.10.

Задачей полезной модели является создание эффективной установки диспергирования и гомогенизации жидких сред.

Технический результат заключается в повышении устойчивости и длительной нерасслаиваемости эмульсий, например водотопливных.

Энергетическая эффективность гидродинамической термоэлектрической установки заключается в том, что для приготовления многокомпонентной жидкой среды на единицу готовой продукции требуется в шесть раз меньше энергии по сравнению с аналогичными установками.

Задача, на которую направлено создание полезной модели, решается тем, что внешняя поверхность корпуса диспергатора выполнена в виде многогранника, к диспергатору подключены ускорители подачи компонентов смеси, выполненные в виде гидроциклонов. Внутри корпуса диспергатора размещен турбулентный резонатор, выполненный в виде Архимедовой спирали, обеспечивающей предварительное смешение и турбулизацию поступающей в установку многокомпонентной смеси. Наличие зазора (1.2 мм) между турбулентным резонатором и корпусом 8 обеспечивает теплоотдачу обрабатываемой смеси с внутренней поверхности корпуса 8 до 50 Вт/см², нагревая компоненты смеси от 60°С до 80°С. После турбулентного резонатора в корпусе диспергатора установлен конусный ускоритель, выполненный в виде ступенчатого конуса с углом не менее 60°, сопло, тормозное регулируемое устройство с отражателем, выполненным в виде сферы, на котором установлены звуковые резонансно настроенные пластины с элементами крепления, консольно закрепленные с возможностью перемещения острием к соплу. Выходные отверстия сопла выполнены в виде щелей. Тормозное регулируемое устройство, расположенное в верхней части диспергатора с пластинами, и сопло образуют регулируемую кавитационную камеру.

На наружной поверхности многогранного корпуса установки смонтированы термоэлектрические батареи для нагрева многокомпонентных смесей до заданных температур.

На фиг.1 представлена гидродинамическая термоэлектрическая установка для смешения жидких сред, где 1 - диспергатор; 2, 6 - насосы; 3, 5, 20 - инжекционные патрубки; 4 - гидроциклон; 8 - турбулентный резонатор; 9 - термоэлектрические батареи; 10 - прижимная планка; 11 - изоляция; 12 - конусный ускоритель; 13 - сопло; 14 - резонансная пластина; 15 - регулируемое сферическое тормозное устройство; 16 - упоры регуляторов; 17 - выходной патрубок; 18 - насос; 19 - насос;

На наружной поверхности многогранного корпуса диспергатора 1 термоэлектрической гидродинамической установки смонтированы термоэлектрические батареи 9, которые обеспечивают единовременный равномерный нагрев многокомпонентной смеси в заданном диапазоне температур с тепловой нагрузкой 10-50

Вт/см² вдоль продольной оси корпуса по направлению движения смеси от гидроциклона 4 к выходному патрубку 17 на прямотоке.

Гидродинамическая термоэлектрическая установка смешения и реновации жидких сред включает инжекционные патрубки 3, 5, 20, соединенные с боковой стороной гидроциклона 4, который обеспечивает ускорение движения компонентов смеси.

Торцевая сторона гидроциклона 4 соединена с цилиндрической частью корпуса диспергатора 1 установки. Внутри корпуса жестко установлен турбулентный резонатор 8, выполненный в виде Архимедовой спирали, обеспечивающей предварительное смешение и турбулизацию поступающей в установку многокомпонентной смеси. Наличие зазора (1.2 мм) между турбулентным резонатором и корпусом диспергатора обеспечивает теплоотдачу обрабатываемой смеси с внутренней поверхности корпуса 8 до 50 Вт/см², нагревая компоненты смеси от 60°С до 80°С. После турбулентного резонатора 8 установлен конусный ускоритель 12, сопло 13, звуковые резонансно настроенные пластины 14 с элементами крепления, консольно закрепленные с возможностью перемещения острием к соплу 13. Выходные отверстия сопла 13 выполнены в виде щелей. Тормозное регулируемое устройство 15 выполнено в виде вогнутой криволинейной сферической поверхности.

В зоне перехода отверстия в длинные стороны щелей профили продольного сечения сопла имеют форму выпуклых и криволинейных поверхностей. Пластины 14 установлены с возможностью настройки на диапазон частот от 1-365 кГц. Тормозное устройство 15 установлено с образованием зазора между тормозным устройством 15 и корпусом диспергатора 1.

Посредством насосов 2, 6, 18 компоненты смеси подаются в циклон 4, где происходит их смешение. Смесь, выходящая из циклона 4 является грубодисперсной. Из циклона 4 грубодисперсная смесь под давлением, создаваемым насосами 2, 6, 18 поступает в корпус 8 установки, где происходит единовременный нагрев смеси в диапазоне температур от 60°С до 80°С вдоль продольной оси корпуса 8 посредством смонтированных на наружной поверхности многогранного корпуса термоэлектрических батарей 9. Смесь, нагреваясь, двигается прямотоком к выходному патрубку 17.

Турбулентный резонатор 8, установленный внутри корпуса диспергатора 1 обеспечивает ускорение, турбулизацию и нагрев многокомпонентной смеси. После турбулентного резонатора 8 установлен конусный ускоритель 12, который обеспечивает увеличение кинетической энергии и дополнительное скручивание потока многокомпонентной смеси.

После дополнительного скручивания поток многокомпонентной смеси попадает в сопло 13.

На регулируемом по высоте отражателе тормозного регулируемого устройства 15 установлены сменные резонансно настроенные пластины 14. Выходные отверстия сопла выполнены в виде щели. При нагнетании потока многокомпонентной смеси на острый срез резонансных пластин 14 в зоне гидродинамической кавитации в резонансной пластине 14 возбуждаются колебания, передающиеся в кавитационную камеру, образованную между соплом и резонансно настроенными пластинами 14.

Настроенная резонансная пластина 14 в резонансе с колебаниями потока в смеси компонентов обеспечивает интенсивные акустический колебания ультразвуковой частоты от 1-365 кГц.

Акустические колебания ультразвуковой частоты обеспечивают измельчение частиц компонентов смеси.

Многокомпонентной смесью может быть смесь углеводородного топлива (мазута, прямогонного бензина, дизельного топлива, воды, спиртов и цитановых масел).

Обрабатываемая многокомпонентная смесь в термоэлектрической установке смешения и реновации позволяет достигнуть высокой устойчивости и длительной нерасслаиваемости смеси, а также высокохимической инертности смеси при последующим хранении и контакте с металлическими поверхностями. Единовременная тепловая обработка, воздействие гидродинамической кавитации и звуковых (низкочастотных и высокочастотных) полей на смесь компонентов углеводородного топлива, бензиновых, керосиновых, дизельных фракций, воды, спиртов, цитановых масел обеспечивает разрыв углеводородных цепочек и образование свободных радикалов ОН и Н воды, в результате чего свободные радикалы ОН и Н воды и разорванные углеводородные цепочки образуют устойчивые ассоциаты водотопливных эмульсий.

Ниже приведены характеристики разработанной установки для производства водотопливной эмульсии с содержанием 15 масс % воды.

Производительность по топливу составляет 16 м³\час.

Стабильность до начала расслоения, 365 суток.

Удельные энергозатраты на диспергирование 1,5 кВт\м³

Индукционный период 1200 мин.

1. Гидродинамическая термоэлектрическая установка смешения жидких сред, выполненная в виде диспергатора, снабженного диспергирующими элементами, отличающаяся тем, что внешняя поверхность корпуса диспергатора выполнена в виде многогранника, на плоских гранях которого смонтированы термоэлектрические батареи, к диспергатору подключены ускорители подачи компонентов смеси, выполненные в виде гидроциклонов, внутри корпуса диспергатора размещен турбулентный резонатор, выполненный в виде Архимедовой спирали, после турбулентного резонатора в корпусе диспергатора установлены конусный ускоритель, выполненный в виде ступенчатого конуса и сопло, в верхней части диспергатора расположено тормозное регулируемое устройство, отражатель которого выполнен в виде вогнутой криволинейной сферической поверхности, на котором установлены звуковые резонансно настроенные пластины, с образованием регулируемой кавитационной камеры между отражателем и соплом, выходные отверстия которого выполнены в виде щелей.

2. Гидродинамическая термоэлектрическая установка по п.1, отличающаяся тем, что турбулентный резонатор установлен в корпусе диспергатора с зазором.

3. Гидродинамическая термоэлектрическая установка по п.1, отличающаяся тем, что резонансные пластины консольно закреплены на отражателе тормозного регулируемого устройства с возможностью перемещения острием к соплу.

4. Гидродинамическая термоэлектрическая установка по п.1, отличающаяся тем, что резонансные пластины установлены с возможностью настройки на диапазон частот от 1 до 365 кГц.

5. Гидродинамическая термоэлектрическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в зоне перехода отверстия в длинные стороны щелей профили продольного сечения сопла имеют форму выпуклых и криволинейных поверхностей.