Гидродинамический диспергатор для получения котельного топлива из гудрона

Полезная модель относится к области диспергирования, интенсификации физико-химических процессов и иных обработок текучей среды, в частности к устройствам для диспергирования компонентов жидких сред и интенсификации физико-химических процессов. Гидродинамический диспергатор содержит отводящий патрубок, подводящий патрубок, переходящий в сопло, узел крепления и резонансную пластину, которая с одной стороны выполнена с возможностью крепления в узле крепления, а другая сторона расположена напротив сопла и имеет концевую часть, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой на конце. Для повышения акустической мощности, генерируемой гидродинамическим диспергатором при производстве котельного топлива из гудрона, каждая сторона клиновидной части имеет, по меньшей мере, две выемки, выполненные по всей ее длине. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к области диспергирования, интенсификации физико-химических процессов и иных обработок текучей среды, в частности к устройствам для диспергирования компонентов жидких сред и интенсификации физико-химических процессов, и предназначена для использования в нефтеперерабатывающей, химической, энергетической, пищевой и других отраслях промышленности.

Из уровня техники известен гидродинамический излучатель с резонансной пластиной, содержащий цилиндрический корпус, в котором расположен подводящий патрубок, переходящий в сопло с цилиндрическим входом и заканчивающееся плоской щелью, резонансную пластину, один конец которой жестко закреплен, а другой - имеет клиновидную заточку и расположен против выхода сопла (Фридман В.М., Ультразвуковая химическая аппаратура, Машиностроение, Москва, 1967 г., с.52-55).

Недостатком этого излучателя является то, что он имеет ограничение по генерируемой акустической мощности, которая определяет эффективность процесса диспергации, и характеризуется размером частиц, на которые дробится обрабатываемая смесь. Как показывают результаты лабораторных испытаний, степень диспергации, создаваемая такими устройствами, не превышает 1,5-3 мкм, а для получения ряда эмульсий, например, парафин-вода, размер частиц не должен превышать 0,4 мкм. Кроме того, в ряде технологических процессов необходимо осуществлять интенсивное дробление длинных молекулярных цепочек. Указанное ограниченнее генерируемой акустической мощности связано с тем, что в процессе работы излучателя пластина под действием потока жидкости совершает колебательные движения с амплитудой до 3 мм. Эта величина определяет акустическую мощность излучателя и существенно влияет на продолжительность безотказной работы устройства. Как показали результаты испытаний, амплитуда колебаний пластины для получения требуемого эффекта диспергации должна превышать 3 мм, но при это в ней создаются динамические напряжения, приводящие к ее разрушению в месте крепления и местах изменеия профиля пластины, при давлении жидкости на входе в подводящий патрубок более 15 кгс/см².

Наиболее близкой к предложенной полезной модели является гидродинамический диспергатор с резонансной пластиной, содержащий подводящий патрубок, переходящий в щелевое сопло сой пластины жестко закреплен, а другой, имеющий клиновидную заточку, расположен напротив выхода сопла, цилиндрического корпуса и отводящего патрубка (RU 74317, 14.02.2008).

Недостатком данного устройства является то, что оно имеет ограничение по генерируемой акустической мощности, которая определяет эффективность процесса диспергации, эта величина не превышает 1,5-2 вт/см ². При производстве котельного топлива из гудрона посредством его обработки ультразвуковым полем высокой интенсивности необходимо, чтобы эта величина была больше 2 вт/см², тогда под воздействием ударных волн, возникающих при схлопывании кавитационных каверн, происходит разрыв химических связей «углерод - углерод» в тяжелых молекулах углеводородов, которые составляют основу гудрона. В результате образуются углеводороды с меньшей молекулярной массой и, как следствие, уменьшается вязкость и температура вспышки сырья (гудрона) и оно приобретает свойства котельного топлива.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании гидродинамического диспергатора для получения котельного топлива из гудрона, который исключал бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении акустической мощности, генерируемой гидродинамическим диспергатором при производстве котельного топлива из гудрона за счет конструкции резонансной пластины.

Указанный технический результат достигается в гидродинамическом диспергаторе, содержащем отводящий патрубок, подводящий патрубок, переходящий в сопло, узел крепления и резонансную пластину, которая с одной стороны выполнена с возможностью крепления в узле крепления, а другая сторона расположена напротив сопла и имеет концевую часть, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой на конце, при этом каждая сторона клиновидной части имеет, по меньшей мере, две выемки, выполненные по всей ее длине.

Острая кромка выполнена с углом заточки менее 30°. Боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты. Сопло на входе выполнено цилиндрической формы, а на выходе - в виде плоской щели. Узел крепления представляет собой параллельные друг другу стойки. Каждая выемка имеет полуовальную форму.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен гидродинамический диспергатор; на фиг.2 - клинообразная часть резонансной пластины.

Гидродинамическом диспергатор содержит отводящий патрубок 1, подводящий патрубок 2, переходящий в сопло 3, узел крепления 4, представляющий собой две параллельные друг другу стойки, и резонансную пластину 5.

Сопло 3 на входе выполнено цилиндрической формы (имеет цилиндрический вход), а заканчивается плоской щелью, то есть сопло 3 выполнено сужающимся.

Резонансная пластина 5 с одной стороны выполнена с возможностью консольного крепления в узле крепления 4. Другая незакрепленная сторона резонансной пластины 5 расположена напротив сопла 3 и имеет концевую часть 6, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой 7 на конце, заточенной под углом менее 30°. Каждая сторона клиновидной части имеет, по меньшей мере, две выемки 8 (пазы), выполненные по всей ее длине полуовальной формы.

Боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты.

Гидродинамическом диспергатор работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость через подводящий патрубок поступает в сопло, на выходе из которого поток приобретает форму плоской струи. При натекании жидкости на клиновидную часть резонансной пластины происходит образование и следующих один за другим срыв вихрей на острой кромке и на поверхности выемок, что приводит к интенсификации процесса образования кавитационных каверн и, как следствие, к увеличению акустической мощности гидродинамического диспергатора. Периодически изменяющееся давление в зоне вихрей приводит к образованию звуковых волн. При прохождении фазы волны, создающей разряжение, жидкость рвется, и в ней образуется большое количество разрывов в виде пузырьков. После кратковременного существования часть пузырьков захлопывается и при этом развиваются большие местные мгновенные давления, достигающие 10000 кгс/см².

Компоненты жидкости, попадающие в зону срыва вихрей (кавитационное облако), подвергаются мощному воздействию, и происходит процесс диспергирования. Обработанная жидкость отводится через отводящий патрубок.

Лабораторно-стендовые испытания гидродинамического диспергатора с резонансной пластиной, имеющей выемки на клинообразной части, показали, что акустическая мощность увеличивается с 1,5-2 вт/см² до 3,8 вт/см ².

В процессе опытно - промышленного пробега гидродинамического диспергатора с пропускной способностью 10 м³/час на установке висбрекинга были получены следующие результаты. В качестве сырья использовался гудрон с вакуумной колонны. Условная вязкость при 100 С после обработки на гидродинамическом диспергаторе снизилась с 17,6 до 8,4 град. ВУ и температура вспышки снизилась с 258° до 116°С. Полученные параметры соответствуют требованиям, предъявляемым к котельному топливу.

В настоящее время ведется проектирование и изготовление промышленного образца гидродинамического диспергатора с пропускной способностью до 100 м³/час для обработки гудрона на установке висбрекинга.

1. Гидродинамический диспергатор, характеризующийся тем, что содержит отводящий патрубок, подводящий патрубок, переходящий в сопло, узел крепления и резонансную пластину, которая с одной стороны выполнена с возможностью крепления в узле крепления, а другая сторона расположена напротив сопла и имеет концевую часть, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой на конце, при этом каждая сторона клиновидной части имеет, по меньшей мере, две выемки, выполненные по всей ее длине.

2. Диспергатор по п.1, характеризующийся тем, что острая кромка выполнена с углом заточки менее 30°.

3. Диспергатор по п.1, характеризующийся тем, что боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты.

4. Диспергатор по п.1, характеризующийся тем, что сопло на входе выполнено цилиндрической формы, а на выходе - в виде плоской щели.

5. Диспергатор по п.1, характеризующийся тем, что узел крепления представляет собой параллельные друг другу стойки.

6. Диспергатор по п.1, характеризующийся тем, что каждая выемка имеет полуовальную форму.