Кавитационный смеситель
Изобретение относится к устройствам для интенсификации процессов гомогенизации, диспергирования, эмульгирования сред и позволяет повысить эффективность работы за счет обеспечения изменения размеров каверны. Кавитационный смеситель содержит корпус с патрубками подвода и отвода среды. Внутри корпуса размещен вращающийся вал с закрепленными на нем при помощи кронштейнов крыльчатками. Крыльчатки имеют лопасти суперкавитирующего профиля с острой передней кромкой. Привод возвратно-поступательного перемещения крыльчаток относительно кронштейнов соединен с крыльчатками рычажной системой. 2 ил., 4 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
4 В01F 7/!6
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4340!96/23-26 (22) 08.12.87 (46) 30.09.89. Бюл. № 36 (75) Л. И. Пишенко (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1114452, кл. В 01 F 7/16, 1982. (54) КАВИТАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к устройствам для интенсификации процессов гомогенизации, диспергирования, эмульгирования сред и позволяет повысить эффективность работы
Изобретение относится к устройствам для интенсификации процессов гомогенизации, диспергирования, эмульгирования сред и может быть использовано в нефтехимической промышленности.
Целью изобретения является повышение эффективности работы смесителя за счет обеспечения изменения размеров каверны.
На фиг. 1 изображен смеситель, общий вид; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1.
Кавитационный смеситель состоит из камеры 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 среды. Внутри камеры 1 размещен приводной вал 4 с крыльчатками 5, закрепленными на кронштейнах 6. Приводной вал 4 соединен через зубчатую передачу
7 с приводом 8 вращения. Приводной вал
4 выполнен полым, внутри его расположен стержень 9, в верхней части связанный через рычажную систему 10 с крыльчатками 5, нижняя часть стержня соединена с приводом двигателя 11, обеспечивающим возвратно-поступательное движение крыльчаток 5 по кронштейнам 6. Привод 8 и двигатель 11 соединены с задатчиками 12 и 13.
Крыльчатки имеют лопасти 14 суперкавити„„ЯЦ„„1510909
2 за счет обеспечения изменения размеров каверны. Кавитационный смеситель содержит корпус с патрубками подвода и отвода среды. Внутри корпуса размещен врашающийся вал с закрепленными на нем при помощи кронштейнов крыльчатками. Крыльчатки имеют лопасти суперкавитируюшего профиля с острой передней кромкой. Привод возвратно-поступательного перемещения крыльчаток относительно кронштейнов соединен с крыльчатками рычажной системой. 2 ил., 4 табл. руюшего профиля с острой передней кромкой.
Кавитационный смеситель работает следующим образом.
Смешиваемые жидкости попадают в устройство подвода 2, после чего смешиваемые компоненты попадают в пространство корпуса 1, в котором на кронштейнах 6 врашаются кавитируюшие крыльчатки 5, При поступлении смешиваемых компонентов в корпус они подвергаются воздействию кавитационных пузырьков, образуюшихся в хвосте за движушейся крыльчаткой 5. При увеличении вязкости или других свойств перемешиваемой среды условия возникновения кавитации усложняются и необходимо увеличить скорость движения крыльчаток 5. Для этого привод двигателя
11 поворачивает стержень 9 и через рычажную систему 10 перемещает крыльчатки 5 относительно кронштейнов 6. Прн постоянном числе оборотов приводного вала 4 возрастает линейная скорость движения кавитируюших крыльчаток 5, при этом кавитация усиливается, смещение улучшается. Использование подвижных кавитирую15!0909
Формула изобретения
3 щих крыльчаток позволяет эффективно использовать смеситель при изменяющихся в широком диапазоне вязкостях смешиваемых компонентов.
Положение кавитаторов 5 определяет угол поворота привода 8, в качестве которого применен сельсин-привод. Таким образом, напряжение на привод 8 пропорционально радиусу установки кавитатора 5.
Частота вращения привода 8 пропорциональна количеству оборотов кавитаторов 5.
Таким образом, пропорционально величине задания (задания задатчика 12), определяемой оператором (в зависимости от физико-химических свойств смешиваемых компонентов), изменяется и местоположения крыльчатки 5.
Зависимость качественного показателя от интенсивности смешения носит экстремальный характер. Так, при росте интенсивности смешения коксовое число смеси сначала снижается, в дальнейшем повышается и даже превышает первоначальное значение. В этом случае поддержание заданного положения крыльчаток 5 позволяет поддерживать минимальное значение коксового числа.
Пример конкретного выполнения приведен в табл. 1. Обрабатывают сырье для получения сажи. В качестве критерия интенсивности приведен выход сажи.
Эффективность процесса смешения определяется различными физико-механическими показателями получаемой смеси в зависимости от природы этих процессов. По физическому механизму процесса можно выделить три основные группы: а) процессы переноса растворенных веществ, взвешенных частиц и теплоты на расстояния, не слишком малые по сравнению с размерами аппарата; б) процессы дробления капель и пузырьков; в) явления тепло- и массообмена на границах раздела жидкость — корпус аппарата, жидкость — внутренние устройства, жидкость — взвешенные частицы, капли, пузырьки.
В предложенном смесителе процесс перемешивания, в основном, связан с зарождением, ростом и схлопыванием кавитационных пузырьков. Все это определяется как кавитационно-кумулятивное воздействие на перемешиваемую среду. Поэтому эффективность процесса смешения связана с интенсивностью кавитационно-кумулятивного воздействия, которая определяется числом кавитации.
В зависимости от характеристик конкретных перемешиваемых сред (реологические характеристики, структурно-механические, количества растворенных газов, наличие твердых дисперсных частиц, температура
40 и т. д.) и технологических потребностей необходимо вести смешение с определенной интенсивностью кавитационно-кумулятивного воздействия, создавая соответствующие гидродинамические условия. В качестве примера приводятся результаты исследований влияния кавитационно-кумулятивного перемешивания различной интенсивности на устойчивость против расслоения сырьевых углеводородных композиций.
Главной задачей при перемешивании различных жидких углеводородных компонентов нефтяного и коксохимического происхождения является получение однородной нерасслаивающейся (в течение 4-х сут) сырьевой компози ции заданного состава. Однородность и устойчивость против расслоения определяется соответственно послойным анализом смеси на плотность и фактором устойчивости. Ниже приводится фрагмент исследований. Смешивались термогазойль, коксохимическое сырье и пиролизная смола в различных соотношениях. Компоненты перемешивались при 70 С в кавитационном смесителе при различных числах кавитации, изменяемых дискретно путем замены кавитационных насадок (процедура замены кавитационных насадок занимает 2 ч).
Влияние кавитационно-кумулятивного перемешивания различной интенсивности на качество получаемых сырьевых композиций представлено в табл. 2 — 4.
Результаты испытаний, приведенные в табл. 2, 3, 4, показывают, что каждому соотношению соответствует оптимальное значение числа кавитации, при котором степень кавитационно-кумулятивного воздействия (в данном эксперименте оно характеризуется фактором устойчивости) оптимальна. В случае смешения компонентов для получения технического углерода этим оптимумом является достижение максимального фактора устойчивости (1.00). Из приведенных данных это соответствует числам кавитации 0,25, 0,2, 0 1. Работа при более низких числах кавитации нецелесообразна из-за неоправданных энергозатрат.
Кавитационный смеситель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода среды, в котором размещен вращающийся вал с закрепленными на нем посредством кронштейнов крыльчатками, имеющими лопасти суперкавитирующего профиля с острой передней кромкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет обеспечения изменения размеров каверны, он снабжен приводом возвратно-поступательного перемещения крыльчаток относительно кронштейнов, соединенным с крыльчатками посредством рычажной системы.
1510909
Таблица1
Скорость вращения крыльчаток, м/с
Показатель
42, 1Х
42,1
Эрозия
46Х
46,5Х
41,7Х
46,7Х
39,9Х
Таблиц а2
Качественные показатели получаемой смеси
Режим смешения (число кавитации) Послойный анализ смеси на плотность через 4 сут отстоя
Фактор устойчивости
Верх Середина Низ
П р и м е ч а н и е. Соотношение перемешиваемых компонентов, Х: термогазойль
50; коксохимическое сырье 30; пиролизная смола 20.
Сырье:
a) У=10 сСт
Т=60 С б) У=30 сСт
T=60 С в) У=200 сСт
Т=60 С г) У=10 сСт
T=20 С
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0 05
40,5Х
35,6Х
31,2Х
40,3Х
0,93
0,94
0,95
0,96
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
42,3Х
40,6Х
40,3Х
40,8Х
1,073
1,077
0,08
1,08
1,082
1,082
1,082
1,082
1,082
1,083
1,083
1,083
1,083
1,082
1,082
1,082
1,082
1,082
Эрозия
42,4Х
48,2Х
40,6Х
1,085
1, 084
1, 083
1,083
1,082
1,082
1, 082
1,082
1,082
l510909
Т а б л и ц а 3
Качественные показатели получаемой смеси
Режим смешения (число кавит ации) Послойный анализ смеси на плотность через 4 сут отстоя
Фактор устойчивости
1 I
Верх Середина Низ
П р и м е ч а н и е. Соотношение перемешиваемых компонентов, 7: термогазойль
50; коксохимическое сырье 25; пиролизная смола 25.
Т а б л и ц а 4
Режим смешения (число кавитации) Качественные показатели получаемой смеси
Фактор устойчи вости
Послойный анализ смеси на плотность через 4 сут отстоя
Верх Середина Низ
П р и м е ч а н и е. Соотношение перемешиваемых компонентов, Ж: термогазойль
40; коксохимическое сырье 25; пиролизная смола 35, 0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0 05
0,55
0,4
0 35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0 05
0,92
0,93
0,96
0,98
0,98
1,0
1,00
1,00
1,00
0,91
0,93
0,95
0,97
0,98
0,99
0,99
1,00
1,00
1,089
i,091
1,091
1,092
1,093
1,095
1,095
1,095
1,095
0,91
1,097
1,098
1,099
1,11
1,111
1,111
1,112
1,112
1,094
i, 095
1, 096
1,096
1,096
1,095
1,095
1,095
1,095
1, 097
1,115
1, 114
1, 1 14
1,112
1, 1 12
1,112
1,112
1,112
1,099
1,099
1,096
О, 097
1,096
1,095
1,095
1,095
1,095
1,119
1,119
1,119
1,117
1, 115
1, 114
1, 1 14
1,112
1,112
1510909 фиг.1
Ю4А
70
Составитель Н. Федорова
Редактор М. Бандура Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец
Заказ 5691/10 Тираж 547 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
