Акустический кавитационный смеситель
Полезная модель относится к области нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к аппаратурно-технологическим комплексам, установкам, технологическим линиям, переделам и отделениям для переработки нефтесодержащих отходов и может быть использована для переработки и утилизации нефтешламов и других отходов переработки нефти и газа.. Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении эффективности переработки, качества получаемой продукции и производительности технологии по разделению сырья на фазовые составляющие и в обеспечении возможности использования данной технологии для сырья тяжело разделяемого при стандартных технологиях деэмульсации. Акустический кавитационный смеситель состоит из герметичного корпуса с входными и выходными патрубками для технологических потоков рабочей смеси. Обработка смеси осуществляется акустическим генератора с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами различного поперечного сечения, по крайней мере, одним верхним и одним нижним конфузорами, выполненных с возможностью получения эжекторного эффекта и диффузором, выполненным с возможностью преобразования потока полученной эмульсии из кавитационного в ламинарный. Каналы-кавитаторы могут иметь прямоугольное или криволинейное поперечное сечение и могут быть расположены по двухзаходной винтовой линии. 1 нез.п., 3 зав.п. ф-лы, ил.10, фиг.1-в бюлл.
Полезная модель относится к области нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к аппаратурно-технологическим комплексам, установкам, технологическим линиям, переделам и отделениям для переработки нефтесодержащих отходов и может быть использована для переработки и утилизации нефтешламов и других отходов переработки нефти и газа.
Известна схема утилизации нефтешламов и отходов продуктов переработки нефти и, содержащая блоки: управления технологическим процессом; электроснабжения; водоснабжения; теплоснабжения; приема и предварительной подготовки сырья; подготовки и дозирования реагентов; предварительной и основной обработки рабочей смеси; очистки избыточной воды от остатков товарного продукта; очистки избыточной воды от механических примесей; накопления возвратных продуктов; хранения и налива товарной продукции (патент RU 2034638, МПК В01F 3/00, 1995 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к полезной модели, поэтому принято за прототип.
Недостатками прототипа являются невысокие эффективность переработки отходов и производительность технологии утилизации с разделением сырья на фазовые составляющие.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении эффективности переработки, качества получаемой продукции и производительности технологии по разделению сырья на фазовые составляющие и в обеспечении возможности использования данной технологии для сырья тяжело разделяемого при стандартных технологиях деэмульсации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что обработка сырья, поступающего на установку, происходит непрерывно, т.е. «старения» эмульсии не происходит, что является одним из факторов повышения эффективности технологического процесса. Кроме того, - за счет отсутствия привязки данной технологии к определенному виду сырья - возможность работы практически на любом виде сырья.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь полезной модели с указанным техническим результатом.
Акустический кавитационный смеситель содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками технологических потоков рабочей смеси. Подводящий патрубок снабжен конфузором, а отводящий - кавитатором и диффузором. К корпусу прикреплен подводящий патрубок для дополнительной среды - воды или воздуха. Указанный кавитатор выполнен в виде акустического генератора из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами, геометрические размеры и форма которых соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси в составе основной -подготовленной смеси и дополнительной среды - воды или воздуха. Указанный конфузор состоит, по крайней мере, из одного верхнего и одного нижнего конфузоров, выполненных с возможностью получения эжекторного эффекта в месте их соединения для смешения основной смеси и дополнительной среды, а нижней частью упомянутый акустический генератор соединен с диффузором, выполненным с возможностью преобразования потока полученной эмульсии из кавитационного в ламинарный. Каналы-кавитаторы расположены по спирали или винтовой линии на внутренней поверхности акустического генератора, причем геометрические размеры и шаг нарезки каналов соответствуют скоростным параметрам потока, нижний конфузор, акустический генератор и диффузор плотно соединены между собой, а верхний конфузор и акустический генератор неразъемно соединены с корпусом акустического кавитационного смесителя. Указанные каналы-кавитаторы имеют прямоугольное или криволинейное поперечное сечение и могут быть расположены по двухзаходной винтовой линии.
Акустический кавитационный смеситель (АКС) предназначен для создания акустического поля в технологическом процессе с целью повышения эффективности массообмена за счет использования специфических явлений кавитации и вихревых течений.
Движущей силой массообмена является напор насоса, дополнительного подвода внешней энергии не требуется. В связи с малым объемом камеры смешения, время контакта технологических потоков сокращается в сотни раз. Что значительно улучшает физико-технические показатели технологического процесса.
АКС характеризуется высокой удельной производительностью, отсутствием механических подвижных деталей и уплотнений и возможностью применения для различных технологических процессов и сред, связанных с процессами деэмульсации.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлен продольный разрез акустического кавитационного смесителя; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3-вид Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В на фиг.1; на фиг.5 - верхний конфузор; на фиг.6 - нижний конфузор; на фиг.7 - кавитатор; на фиг.8 - один из вариантов конструкции диффузора; на фиг.9 - сечение Г - Г на фиг.7; на фиг.10 -сечение Д - Д на фиг.9.
Акустический кавитационный смеситель состоит из корпуса 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками технологических потоков рабочей смеси, при этом подводящий 2 патрубок снабжен верхним конфузором 4, а отводящий 3 - кавитатором 5 и диффузором 6. Конфузор 4 (эжектор) - предназначен для изменения скорости потока основной среды в сторону увеличения за счет резкого изменения диаметров на входе и выходе, а так же создания разряжения в зоне выхода и приваривается к днищу 7 смесителя. Длина и диаметры рассчитываются в зависимости от производительности смесителя и качественных характеристик основной среды (вязкость, плотность и т.д.).
Подводящий 8 патрубок предназначен для дополнительной среды - воды или воздуха, указанный кавитатор 5 выполнен в виде акустического генератора из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами 9 (фиг.1, фиг.7, фиг.9, фиг.10), геометрические размеры и форма которых соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси в составе основной - подготовленной смеси и дополнительной среды - воды или воздуха. Кавитатор 5 вваривается в днище 7 смесителя. Длина и диаметр рассчитываются в зависимости от производительности смесителя и качественных характеристик получаемой эмульсии.
Указанный конфузор может состоять, как минимум, из одного верхнего 4 и одного нижнего 10 конфузоров, выполненных с возможностью получения эжекторного эффекта в месте их соединения для смешения основной смеси и дополнительной среды. Нижний конфузор 10 - акустическое устройство - предназначено для смешения основной и дополнительной сред в эмульсию (дополнительная среда подается за счет создания разряжения на входе) и дальнейшего увеличения скорости потока полученной эмульсии за счет резкого изменения диаметров, приваривается к кавитатору 5. Длина и диаметры рассчитываются в зависимости от производительности смесителя и качественных характеристик получаемой эмульсии (вязкость, плотность и т.д.).
Упомянутый акустический генератор - кавитатор 5 нижней частью соединен с диффузором 6, выполненным с возможностью преобразования потока полученной эмульсии из кавитационного в ламинарный, т.е. является преобразователем потока смеси - предназначен для преобразования потока полученной эмульсии из кавитационного в ламинарный за счет изменения диаметров в сторону резкого увеличения диаметров, преобразователь потока смеси - предназначен для преобразования потока полученной эмульсии из кавитационного в ламинарный за счет изменения диаметров в сторону резкого увеличения диаметров.
Дифузор 6 приваривается одним концом к кавитатору 5 (меньший диаметр) и вторым (больший диаметр) к фланцу. Длина и диаметр рассчитываются в зависимости от производительности смесителя и качественных характеристик получаемой эмульсии.
Каналы-кавитаторы 9 расположены по спирали или винтовой линии на внутренней поверхности акустического генератора, причем геометрические размеры и шаг нарезки каналов соответствуют скоростным параметрам потока.
Нижний конфузор 10, акустический генератор 5 и диффузор 6 плотно соединены между собой, а верхний конфузор 4 и акустический генератор 5 неразъемно соединены с корпусом 1 акустического кавитационного смесителя.
Указанные каналы-кавитаторы 9 могут иметь прямоугольное или криволинейное поперечное сечение, а также они могут быть расположены как по однозаходной, так и по двухзаходной винтовой линии 11 (фиг.9).
Верхнее и нижнее днища 7 прикреплены к корпусу 1 с помощью резьбовых средств 12. К входным и выходному патрубкам прикреплены технологические трубопроводы 13.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для переработки нефтесодержащих отходов и утилизации нефтешламов, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.
Полезная модель в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Устройство работает следующим образом по трехступенчатой технологическая схема обработки нефтяной эмульсии:
-подготовительная обработка поступающего на установку сырья, основанная на смешении его в акустическом поле с насыщением деэмульгатором, техническим моющим средством (ТМС) и водой, и получения подготовленной смеси (эмульсии).
-основная обработка подготовленной смеси (эмульсии), основанная на смешения ее в акустическом поле с дополнительным насыщением деэмульгатором и горячей водой, с последующим обращением фаз при расслоении полученной эмульсии в заполненном активной водной средой (насыщенной деэмульгатором и ТМС) аппарате, который является одновременно емкостью для гравитационного отстоя,
-сбора подготовленной продукции (нефть или мазут), поступающей на дополнительную обработку и емкостью сбора остаточных механических примесей, направляемых на дополнительную обработку.
-дополнительная обработка подготовленной продукции (нефть или мазут) и разделении воды и механических примесей, основанную на смешении в акустическом поле с насыщенной деэмульгатором и ТМС водой подготовленной продукции и с дальнейшим ее разделением на товарную продукцию (нефть по ГОСТу или мазут по ТУ), которая затем направляется в товарные емкости, извлеченную из смеси и подготовленной продукции избыточную воду, очищенную методом пневмосепарации, которая затем путем напорной флотации и направляется в емкость приема сырья и емкость для технической воды и очищенные и выведенные из установки в виде пульпы механические примеси.
Основным узлом всей технологии являются акустические кавитационные смесители, в которых происходит обработка всего поступающего на установку сырья. Для улучшения последующих условий разделения фаз применяются комплексы дополнительных устройств. Кроме того, одной из функций и задачей комплексов дополнительного оборудования, смонтированных внутри емкостей, является уменьшение потерь от испарения нагретой подготовленной смеси при ее обработке и хранении.
Использование устройства:
-дает возможность повысить эффективность технологического процесса за счет непрерывного поступления сырья, т.е. «старения» эмульсии не происходит, что является одним из факторов повышения;
-возможность использования данной технологии для сырья тяжело разделяемого при стандартных технологиях деэмульсации;
-возможность работы практически на любом виде сырья;
-обеспечивает высокую удельную производительность технологии по разделению сырья на фазовые составляющие и качество получаемой продукции;
-высокоэффективной схемы очистки воды и механических примесей от нефтепродуктов, основанной на принципе напорной флотации и пневмосепарации с использованием смешения их с воздухом в акустическом кавитационном смесителе.
1. Акустический кавитационный смеситель, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками технологических потоков рабочей смеси, при этом подводящий патрубок снабжен конфузором, а отводящий - кавитатором и диффузором, отличающийся тем, что к корпусу прикреплен подводящий патрубок для дополнительной среды - воды или воздуха, указанный кавитатор выполнен в виде акустического генератора из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами, геометрические размеры и форма которых соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси в составе основной - подготовленной смеси и дополнительной среды - воды или воздуха, при этом указанный конфузор состоит по крайней мере из одного верхнего и одного нижнего конфузоров, выполненных с возможностью получения эжекторного эффекта в месте их соединения для смешения основной смеси и дополнительной среды, а нижней частью упомянутый акустический генератор соединен с диффузором, выполненным с возможностью преобразования потока полученной эмульсии из кавитационного в ламинарный, при этом каналы-кавитаторы расположены по спирали или винтовой линии на внутренней поверхности акустического генератора, причем геометрические размеры и шаг нарезки каналов соответствуют скоростным параметрам потока, нижний конфузор, акустический генератор и диффузор плотно соединены между собой, а верхний конфузор и акустический генератор неразъемно соединены с корпусом акустического кавитационного смесителя.
2. Акустический кавитационный смеситель по п.1, отличающийся тем, что указанные каналы-кавитаторы имеют прямоугольное поперечное сечение.
3. Акустический кавитационный смеситель по п,1, отличающийся тем, что указанные каналы-кавитаторы имеют криволинейное поперечное сечение.
4. Акустический кавитационный смеситель по п.1, отличающийся тем, что указанные каналы-кавитаторы расположены по двухзаходной винтовой линии.
