NO337232B1

NO337232B1 - Apparatus and method for homogenizing two or more fluids of different densities

Info

Publication number: NO337232B1
Application number: NO20054186A
Authority: NO
Inventors: Mukesh Kapila; Perry Lomond
Original assignee: Mi Llc
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2016-02-15
Also published as: NO20054186D0; NO20054186L

Description

Denne søknaden krever prioritet fra US-foreløpig søknad nr. 60/609,156, inn-levert 10. september 2004, og angår et apparat og en fremgangsmåte for homogenisering av to eller flere fluider med forskjellige tettheter. This application claims priority from US Provisional Application No. 60/609,156, filed on September 10, 2004, and relates to an apparatus and a method for homogenizing two or more fluids of different densities.

Ved fremstilling av visse typer av fluidmiksturer, er det enkelte ganger nødven-dig å homogenisere to eller flere fluider som har forskjellige tettheter og forskjellige reologiske egenskaper. Det er under enkelte omstendigheter ønskelig at de to eller flere fluider blandes når de fortsetter å strømme nedstrøms. When producing certain types of fluid mixtures, it is sometimes necessary to homogenize two or more fluids that have different densities and different rheological properties. In some circumstances it is desirable for the two or more fluids to mix as they continue to flow downstream.

Tradisjonelt krever in-line miksing av to eller flere fluider med ulike tettheter sammenblanding av fluidene, under trykk, i et innelukket rom med varierende tverrsnittsdiameter, fra innløpsledningsledningene til utløpsledningen. Den varierende tverrsnittsdiameter danner soner med turbulens og resirkulasjon, hvilket fremmer miksing. Traditionally, in-line mixing of two or more fluids of different densities requires mixing of the fluids, under pressure, in an enclosed space of varying cross-sectional diameter, from the inlet conduit lines to the outlet conduit. The varying cross-sectional diameter creates zones of turbulence and recirculation, which promotes mixing.

Én slik fremgangsmåte ifølge kjent teknikk anvender en serie av dyser gjennom innløpsledningene for å danne turbulent strøm i hver av strømmene før de når mikseområdet. De sammenførte strømmer forlater deretter mikseområdet, inn i ut-løpsledningen. Den turbulente strøm i hver ledning forsvinner imidlertid før mikseområdet nås. Videre fortrenger det tettere fluid det mindre tette fluid, og de to fluider fortsetter å strømme, atskilt av et langsommere grensesjikt hvor det skjer noe miksing. One such prior art method uses a series of nozzles through the inlet lines to create turbulent flow in each of the streams before they reach the mixing area. The combined streams then leave the mixing area, into the outlet line. However, the turbulent flow in each line disappears before the mixing region is reached. Furthermore, the denser fluid displaces the less dense fluid, and the two fluids continue to flow, separated by a slower boundary layer where some mixing occurs.

Øking av områdene med turbulens i det tettere fluid vil således signifikant forbedre miksingen av de to fluider. I tillegg vil øking av arealene med turbulens øke mengden av skjær i det miksede fluid. Increasing the areas of turbulence in the denser fluid will thus significantly improve the mixing of the two fluids. In addition, increasing the areas with turbulence will increase the amount of shear in the mixed fluid.

US 3,868,967 beskriver en adapter for blanding eller miksing av fluider. US 3,868,967 describes an adapter for mixing or mixing fluids.

US 2,645,463 omhandler en metode og et apparat for kontinuerlig blanding eller miksing av strømmer. US 2,645,463 relates to a method and an apparatus for continuous mixing or mixing of streams.

US 4,498,786 vedrører et apparat for blanding eller miksing av minst to individuelle strømmer. US 4,498,786 relates to an apparatus for mixing or mixing at least two individual streams.

Hovedtrekkene ved denne oppfinnelsen fremgår av de selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. The main features of this invention appear from the independent claims. Further features of the invention are indicated in the independent claims.

Denne oppfinnelsen vedrører både et apparat og en metodologi eller fremgangsmåte til bruk av dette apparatet. Kombinasjonen av apparatet og fremgangs-måten virker sammen til å forbedre homogeniseringen av to eller flere fluider med ulike tettheter og reologiske egenskaper gjennom dannelsen av turbulent strøm, skjær og turbulent kinetisk energi. Designen av apparatet fremmer og forbedrer muligheten for å homogenisere to eller flere fluider raskt når de strømmer uten bevegelige deler eller ekstra energikilder. This invention relates to both an apparatus and a methodology or method for using this apparatus. The combination of the apparatus and the method work together to improve the homogenization of two or more fluids with different densities and rheological properties through the formation of turbulent flow, shear and turbulent kinetic energy. The design of the apparatus promotes and improves the ability to homogenize two or more fluids rapidly as they flow without moving parts or additional energy sources.

Fluid-fluidhomogenisering skjer basert på overføringen av turbulent kinetisk energi og skjærvirkning, hvilket skyldes forvrengning av strømmen og dannelsen av turbulens. Apparatet danner turbulens og homogenisering i tre områder: et primært miksekammer, et sekundært blandekammer, og en nedstrøms statisk mikser. Fluid-fluid homogenization is based on the transfer of turbulent kinetic energy and shear, which is due to the distortion of the flow and the formation of turbulence. The apparatus creates turbulence and homogenization in three areas: a primary mixing chamber, a secondary mixing chamber, and a downstream static mixer.

Fluidet med høyere tetthet føres gjennom en første fluidledeinnretning som er forbundet til det primære miksekammer ved en forhåndsberegnet vinkel. Før det kommer inn i det primære miksekammer, utsettes fluidet med høyere tetthet for turbulens, og dets strømningsløp får endret retning, hvilket skyldes halvsirkulære ledeplater som er plassert i dets strømningslinje. Et fluid med lavere tetthet blir samtidig tilført til det primære miksekammer gjennom en annen fluidinnledeinnretning, også i en forhåndsberegnet vinkel. The higher density fluid is passed through a first fluid guiding device which is connected to the primary mixing chamber at a pre-calculated angle. Before entering the primary mixing chamber, the higher density fluid is subjected to turbulence and its flow path is altered in direction due to semi-circular baffles placed in its flow line. A fluid with a lower density is simultaneously supplied to the primary mixing chamber through another fluid introduction device, also at a pre-calculated angle.

Strømmen av fluid med lavere tetthet forandrer retningen til strømmen av fluid med høyere tetthet, inn i det primære miksekammer, og reduserer hastigheten til fluidet med høyere tetthet, slik at det dannes store virvelstrømmer med fluidet med lavere tetthet. Strømmene av fluider med høyere og lavere tetthet kombineres i det primære miksekammer, hvor det reduserte volum, sammenlignet med det kombinerte volum av den første og annen fluidledeinnretning, avgir og akselererer fluidet, hvilket forandrer retningen av strømmen. The flow of lower density fluid changes the direction of the flow of higher density fluid into the primary mixing chamber and reduces the velocity of the higher density fluid so that large eddies are formed with the lower density fluid. The streams of higher and lower density fluids are combined in the primary mixing chamber, where the reduced volume, compared to the combined volume of the first and second fluid guiding devices, emits and accelerates the fluid, changing the direction of the flow.

Den kombinerte strøm fortsetter til det sekundære mikseområde, hvor det kan være to statiske miksere i serie, hvilke har formede åpninger som er forskjøvet fra hverandre i planet for den kombinerte strøm. Ved utløp fra den annen statiske mikser, tilveiebringer store virvelstrømmer økt miksing, skjær og overføring av turbulent kinetisk energi for effektiv homogenisering. The combined stream continues to the secondary mixing area, where there may be two static mixers in series, which have shaped openings offset from each other in the plane of the combined stream. At the exit from the second static mixer, large eddies provide increased mixing, shear and transfer of turbulent kinetic energy for efficient homogenization.

I en første utførelse det kreves beskyttelse for, inkluderer et in-line blandeapparat et primært miksekammer for miksing av en flerhet av fluider, hvor det første fluid har en tetthet som er større enn det annet fluid. Det primære miksekammer har en flerhet av fluidinnløp og et primærkammerutløp. Et første fluidinnløp er avgrenset av en innløpskant som har et fremre parti som er lokalisert mot primærkammer-utløpet og et bakre parti som er lokalisert distalt til primærkammerutløpet. En første fluidledeinnretning tilveiebringer fluidkommunikasjon for det første fluid til det primære miksekammer. En flerhet av ledeplater er festet inne i den første fluidledeinnretning, for å innføre turbulens og skjær i strømmen, så vel som å lede strømmen mot det bakre parti av innløpskanten. En annen fluidledeinnretning tilveiebringer uhindret fluidkommunikasjon for et annet, mindre tett fluid til det primære miksekammer. In a first embodiment for which protection is required, an in-line mixing apparatus includes a primary mixing chamber for mixing a plurality of fluids, where the first fluid has a density greater than the second fluid. The primary mixing chamber has a plurality of fluid inlets and a primary chamber outlet. A first fluid inlet is delimited by an inlet edge which has a front part which is located towards the primary chamber outlet and a rear part which is located distal to the primary chamber outlet. A first fluid conduit provides fluid communication for the first fluid to the primary mixing chamber. A plurality of baffles are fixed within the first fluid guide means, to introduce turbulence and shear into the flow, as well as to direct the flow towards the rear portion of the inlet edge. Another fluid routing device provides unobstructed fluid communication for another, less dense fluid to the primary mixing chamber.

De første og andre fluider, som danner en strøm av mikset primærfluid i det primære miksekammer, går ut gjennom primærkammerutløpet til et sekundært blandekammer. Inne i det sekundære blandekammer holdes minst én statisk mikser på plass. Når det miksede primærfluid strømmer gjennom det sekundære blandekammer, tilveiebringer den statiske mikser ytterligere blanding av de to fluider. The first and second fluids, which form a stream of mixed primary fluid in the primary mixing chamber, exit through the primary chamber outlet to a secondary mixing chamber. Inside the secondary mixing chamber, at least one static mixer is held in place. As the mixed primary fluid flows through the secondary mixing chamber, the static mixer provides further mixing of the two fluids.

Andre aspekter og fordeler ved den gjenstand det kreves beskyttelse for vil fremgå av den følgende beskrivelse og de vedheftede krav. Other aspects and advantages of the object for which protection is required will be apparent from the following description and the attached requirements.

Kort beskrivelse av tegningene: Brief description of the drawings:

Fig. 1 viser et tverrsnittsriss, sett ovenfra, av in-line blandeapparatet. Fig. 1 shows a cross-sectional view, seen from above, of the in-line mixing apparatus.

Fig. 2 er et tverrsnittsriss, sett ovenfra, av det primære miksekammer. Fig. 2 is a cross-sectional view, seen from above, of the primary mixing chamber.

Fig. 3 er et tverrsnittsriss, sett ovenfra, av den første fluidledeinnretning. Fig. 3 is a cross-sectional view, seen from above, of the first fluid guide device.

Fig. 4 er et perspektivriss av en utførelse av en ledeplate. Fig. 4 is a perspective view of an embodiment of a guide plate.

Fig. 5 er et tverrsnittsriss, sett ovenfra, av en utførelse av en ledeplate i den første fluidledeinnretning. Fig. 5 is a cross-sectional view, seen from above, of an embodiment of a guide plate in the first fluid guide device.

Fig. 6 er et perspektivriss av en utførelse av en ledeplate. Fig. 6 is a perspective view of an embodiment of a guide plate.

Fig. 7 er et tverrsnittsriss, sett ovenfra, av en utførelse med en alternativ lede-plateposisjon inne i den første fluidledeinnretning. Fig. 7 is a cross-sectional view, seen from above, of an embodiment with an alternative guide plate position inside the first fluid guide device.

Fig. 8 er et tverrsnittsriss av en utførelse av in-line blandeapparatet. Fig. 8 is a cross-sectional view of an embodiment of the in-line mixing apparatus.

Fig. 9 er et tverrsnittsriss, sett ovenfra, av en strømningsmodell for to fluider som blir homogenisert i in-line blandeapparatet. Fig. 10 er et tverrsnittsriss av en modell av en blandet fluidstrøm nedstrøms en annen statisk mikser. Fig. 9 is a cross-sectional view, seen from above, of a flow model for two fluids that are homogenized in the in-line mixing apparatus. Fig. 10 is a cross-sectional view of a model of a mixed fluid flow downstream of another static mixer.

Fig. 11 er et riss forfra av en statisk mikser. Fig. 11 is a front view of a static mixer.

Fig. 12 er et gjennomsiktig perspektivriss av in-line blandeapparatet. Fig. 12 is a transparent perspective view of the in-line mixing apparatus.

Fig. 13 er et diagram som sammenligner målte og beregnede blandinger ved forskjellige strømningsmengder. Fig. 1 viser et in-line blandeapparat 100 for blanding av to eller flere fluid-strømmer, hvor fluidene har ulike tettheter og ulike reologiske egenskaper. Gjennom hele denne redegjørelse, viser en første fluidstrøm 102 til strømmen av fluid som har en høyere tetthet enn noe annet fluid som individuelt innføres i in-line blandeapparatet 100. Fig. 13 is a diagram comparing measured and calculated mixtures at different flow rates. Fig. 1 shows an in-line mixing device 100 for mixing two or more fluid streams, where the fluids have different densities and different rheological properties. Throughout this discussion, a first fluid flow 102 refers to the flow of fluid having a higher density than any other fluid that is individually introduced into the in-line mixer 100.

In-line blandeapparatet 100 inkluderer et primært miksekammer 110, en første fluidledeinnretning 140, en annen fluidledeinnretning 180, og et sekundært blandekammer 190. Den første fluidledeinnretning 140 tilveiebringer den første fluidstrøm 102 til det primære miksekammer 110, mens den annen fluidledeinnretning 180 tilveiebringer en annen fluidstrøm 104 til det primære miksekammer 110. Det sekundære blandekammer 190 mottar en strøm 108 av mikset primærfluid fra det primære miksekammer 110, og blander videre strømmen 108 av mikset primærfluid. The in-line mixing apparatus 100 includes a primary mixing chamber 110, a first fluid guiding device 140, a second fluid guiding device 180, and a secondary mixing chamber 190. The first fluid guiding device 140 provides the first fluid flow 102 to the primary mixing chamber 110, while the second fluid guiding device 180 provides another fluid stream 104 to the primary mixing chamber 110. The secondary mixing chamber 190 receives a stream 108 of mixed primary fluid from the primary mixing chamber 110, and further mixes the stream 108 of mixed primary fluid.

Med henvisning til fig. 2, det primære miksekammer 110 er avgrenset av en kammervegg 112 som har to eller flere gjennomgående åpninger, for å tilveiebringe et første innløp 114 og et annet innløp 116. Det primære miksekammer 110 er fortrinnsvis sylindrisk om en primærakse 128, med kammerveggen 112 forløpende mellom en oppstrøms ende 124 og en nedstrøms ende 122. Det primære miksekammer 110 haren primærkammerdiameter 126 og et kammervolum. With reference to fig. 2, the primary mixing chamber 110 is defined by a chamber wall 112 having two or more through openings to provide a first inlet 114 and a second inlet 116. The primary mixing chamber 110 is preferably cylindrical about a primary axis 128, with the chamber wall 112 extending between an upstream end 124 and a downstream end 122. The primary mixing chamber 110 has a primary chamber diameter 126 and a chamber volume.

Primærkammerutløpet 120 er lokalisert ved den nedstrøms ende 122 av det primære miksekammer 110 og er generelt symmetrisk om primæraksen 128. Pri-mærkammerutløpet 120 har en primærutløpsdiameter 138 som er mindre enn pri-mærkammerdiameteren 126. Hastigheten til strømmen fra det primære miksekammer 110 akselereres således når den passerer gjennom primærkammerutløpet 120. The primary chamber outlet 120 is located at the downstream end 122 of the primary mixing chamber 110 and is generally symmetrical about the primary axis 128. The primary chamber outlet 120 has a primary outlet diameter 138 that is smaller than the primary chamber diameter 126. Thus, the velocity of the flow from the primary mixing chamber 110 is accelerated when it passes through the primary chamber outlet 120.

Det første og annet innløp 114,116 er lokalisert gjennom kammerveggen 112, idet hvert av dem generelt er perpendikulært på primærkammerets utløp 120. Det annet innløp 116 er fortrinnsvis lokalisert på siden av primæraksen 128, motsatt det første innløp 114, og har en tilsvarende størrelse. Når det er ønskelig, kan et tredje innløp 118 være lokalisert ved den oppstrøms ende 124 av det primære miksekammer 110, som vist på fig. 8. Hvis en tredje fluidstrøm 106 ikke er ønskelig, kan det tredje innløp 118 være avlukket av et deksel 136, som vist på fig. 1. The first and second inlets 114,116 are located through the chamber wall 112, each of them being generally perpendicular to the primary chamber outlet 120. The second inlet 116 is preferably located on the side of the primary axis 128, opposite the first inlet 114, and has a corresponding size. When desired, a third inlet 118 may be located at the upstream end 124 of the primary mixing chamber 110, as shown in FIG. 8. If a third fluid flow 106 is not desired, the third inlet 118 can be closed off by a cover 136, as shown in fig. 1.

Det skal igjen vises til fig. 2, hvor det første innløp 114 er avgrenset av en innløpskant 130 i kammerveggen 112. Ettersom det første innløp 114 generelt er perpendikulært på primærkammerets utløp 120, har innløpskanten 130 et fremre parti 132, som er nærmest primærkammerets utløp 120. Innløpskanten 130 har også et bakre parti 134, som er lengst fra primærkammerets utløp 120. Reference should again be made to fig. 2, where the first inlet 114 is delimited by an inlet edge 130 in the chamber wall 112. As the first inlet 114 is generally perpendicular to the primary chamber's outlet 120, the inlet edge 130 has a front part 132, which is closest to the primary chamber's outlet 120. The inlet edge 130 also has a rear part 134, which is furthest from the primary chamber outlet 120.

Det skal igjen vises til fig. 1, hvor den første fluidledeinnretning 140 tilveiebringer den første fluidstrøm 102 til det primære miksekammer 110 gjennom det første innløp 114. Den første fluidledeinnretning 140 kan anses å ha en sentralt lokalisert første ledeinnretningsakse 142. Forskjellen i retning mellom den første ledeinnretningsakse 142 og den primære akse 128, slik den måles oppstrøms fra skjærings-punktet mellom aksene 128, 142, avgrenser en første ledeinnretningsvinkel 144. Reference should again be made to fig. 1, where the first fluid guiding device 140 provides the first fluid flow 102 to the primary mixing chamber 110 through the first inlet 114. The first fluid guiding device 140 can be considered to have a centrally located first guiding device axis 142. The difference in direction between the first guiding device axis 142 and the primary axis 128, as measured upstream from the intersection between axes 128, 142, defines a first guide angle 144.

Med henvisning til fig. 3, den første fluidledeinnretning 140 har en første ledeinnretningsvegg 146 med en innvendig overflate 148. Den første fluidledeinnretning 140 er fortrinnsvis generelt sylindrisk omkring den første ledeinnretningsakse 142, og har en første ledeinnretningsdiameter 150 og et første ledeinnretningsvolum. Den første ledeinnretningsdiameter 150 er mindre enn diameteren av ledningen som mater den primære fluidstrøm 102 inn i den første fluidinnledeinnretning 140. With reference to fig. 3, the first fluid guide device 140 has a first guide device wall 146 with an internal surface 148. The first fluid guide device 140 is preferably generally cylindrical about the first guide device axis 142, and has a first guide device diameter 150 and a first guide device volume. The first conduit diameter 150 is smaller than the diameter of the conduit that feeds the primary fluid flow 102 into the first fluid inlet device 140.

Den første ledeinnretningsvegg 146 har en bakre veggseksjon 152 og en fremre veggseksjon 154. Selv om de bakre og fremre veggseksjoner 152, 154 ikke er avtagbare seksjoner, er den bakre veggseksjon 152 festet til det primære miksekammer 110 nær det bakre parti 134 av det første innløp 114, og den fremre veggseksjon 154 grenser opp til det primære miksekammer 110 nær det fremre parti 132 av det første innløp 114. The first baffle wall 146 has a rear wall section 152 and a front wall section 154. Although the rear and front wall sections 152, 154 are not removable sections, the rear wall section 152 is attached to the primary mixing chamber 110 near the rear portion 134 of the first inlet 114, and the front wall section 154 adjoins the primary mixing chamber 110 near the front portion 132 of the first inlet 114.

Som det kan ses av fig. 1 og 3, er den første ledeinnretningsdiameter 150 større enn diameteren av innløpsledningen 156 som den første fluidstrøm 102 strømmer fra. En flerhet av ledeplater 160 som er designet til å endre retningen på den første fluidstrøm 102, så vel som å danne turbulens og skjær i strømmen 102, er festet til den innvendige overflate 148 i den første fluidledeinnretning 140. As can be seen from fig. 1 and 3, the first conduit diameter 150 is greater than the diameter of the inlet line 156 from which the first fluid stream 102 flows. A plurality of baffles 160 designed to change the direction of the first fluid flow 102 as well as to create turbulence and shear in the flow 102 are attached to the inner surface 148 of the first fluid guide device 140.

Med henvisning til fig. 3 og 4, i en første utførelse av den første fluidledeinnretning 140, har en oppstrøms ledeplate 162 og en nedstrøms ledeplate 164 hver et tverrsnittsareal som er tilstrekkelig til å endre retningen på den første fluidstrøm 102. I den viste utførelse har hver ledeplate 162, 164 en halvsirkulærform, med en rund forbindelseskant 166 som er festet til den innvendige overflate 148 perpendikulært på den første ledeinnretningsvegg 146, og en lineær ledeplatekant 168 som strekker seg inn i strømningsområdet i den første fluidledeinnretning 140. Både den oppstrøms og nedstrøms ledeplate 162, 164 haren oppstrøms overflate 170, som vender oppstrøms. Den oppstrøms overflate 170 av hver av den oppstrøms og ned-strøms ledeplate 162, 164 har et overflateareal som er halvparten av tverrsnittsarealet av den første fluidledeinnretning 140. Hver ledeplate 162, 164 har således et ledeplateoverflateareal som er lik halvparten av tverrsnittsarealet av den første fluidledeinnretning. With reference to fig. 3 and 4, in a first embodiment of the first fluid guide device 140, an upstream guide plate 162 and a downstream guide plate 164 each have a cross-sectional area sufficient to change the direction of the first fluid flow 102. In the shown embodiment, each guide plate 162, 164 a semi-circular shape, with a round connecting edge 166 attached to the inner surface 148 perpendicular to the first baffle wall 146, and a linear baffle edge 168 extending into the flow area of the first fluid baffle 140. Both the upstream and downstream baffles 162, 164 have upstream surface 170, which faces upstream. The upstream surface 170 of each of the upstream and downstream baffles 162, 164 has a surface area that is half the cross-sectional area of the first fluid guiding device 140. Each baffle 162, 164 thus has a baffle surface area that is equal to half the cross-sectional area of the first fluid guiding device .

Den oppstrøms ledeplate 162 og den nedstrøms ledeplate 164 er posisjonert slik at ledeplatekantene 168 generelt er parallelle med hverandre, med forbindelses-kantene 166 festet til den innvendige overflate 148 på motstående sider av den første ledeinnretningsakse 142. Den oppstrøms ledeplate 162 er festet til den bakre veggseksjon 152, mens den nedstrøms ledeplate 164 er festet til den fremre veggseksjon 154. Den nedstrøms ledeplate 164 er lokalisert langs den innvendige overflate 148, slik at når den første fluidledeinnretning 140 er innfestet til det primære miksekammer 110, er dens ledeplatekant 168 oppstrøms fra det første innløp 114 med en forskyvningsavstand 174 som er tilstrekkelig til å lede den første fluidstrøm 102 gjennom det første innløp 114 nær det bakre parti 134, og til å danne et mikseområde med virvelstrøm inne i den første fluidledeinnretning 140 ved den nedstrøms overflate 172. Dette mikseområdet er også lokalisert inne i et parti av det primære miksekammer 110. The upstream guide plate 162 and the downstream guide plate 164 are positioned such that the guide plate edges 168 are generally parallel to each other, with the connecting edges 166 attached to the inner surface 148 on opposite sides of the first guide axis 142. The upstream guide plate 162 is attached to the rear wall section 152, while the downstream baffle 164 is attached to the front wall section 154. The downstream baffle 164 is located along the interior surface 148, so that when the first fluid baffle 140 is attached to the primary mixing chamber 110, its baffle edge 168 is upstream from the first inlet 114 with an offset distance 174 sufficient to direct the first fluid flow 102 through the first inlet 114 near the rear portion 134, and to form a vortex mixing region within the first fluid guiding device 140 at the downstream surface 172. This mixing region is also located within a portion of the primary mixing chamber 110.

Den oppstrøms ledeplate 162 er lokalisert en ledeplateavstand 175 oppstrøms fra den nedstrøms ledeplate 164. Ledeplateavstanden 176 bør være tilstrekkelig til at den første fluidstrøm 102, som ved hjelp av den oppstrøms ledeplate 162 har fått endret retning mot den nedstrøms ledeplate 164, opprettholder turbulent strømning. Ledeplateavstanden 176 avhenger delvis av tettheten av fluidet i den første fluid-strøm 102. Ledeplateavstanden 176 for et fluid kan således være en annen enn for et forskjellig fluid som har en forskjellig tetthet. The upstream guide plate 162 is located a guide plate distance 175 upstream from the downstream guide plate 164. The guide plate distance 176 should be sufficient so that the first fluid flow 102, which by means of the upstream guide plate 162 has had its direction changed towards the downstream guide plate 164, maintains turbulent flow. The baffle distance 176 partly depends on the density of the fluid in the first fluid flow 102. The baffle distance 176 for a fluid can thus be different than for a different fluid that has a different density.

I en alternativ utførelse, vist på fig. 5 og 6, har hver ledeplate 360 en ledeplatekant 368 som er forsenket mot forbindelseskanten 366. Denne konfigurasjon kan være ønskelig for første fluidstrømmer 102, hvor det første fluid har en svært høy tetthet. In an alternative embodiment, shown in fig. 5 and 6, each guide plate 360 has a guide plate edge 368 which is recessed against the connecting edge 366. This configuration may be desirable for first fluid streams 102, where the first fluid has a very high density.

I en alternativ utførelse, vist på fig. 7, er hver ledeplate 460 festet til den innvendige overflate 448, slik at den oppstrøms overflate 470 danner en stump vinkel 478 med den innvendige overflate 448. In an alternative embodiment, shown in fig. 7, each guide plate 460 is attached to the inner surface 448 so that the upstream surface 470 forms an obtuse angle 478 with the inner surface 448.

Med henvisning til fig. 1 og 8, den annen fluidledeinnretning 180 er generelt sylindrisk omkring en annen ledeinnretningsakse 182, og haren annen ledeinnretningsdiameter 184. Den annen ledeinnretningsakse 182 avgrenser en annen ledeinnretningsvinkel 186 med den primære akse 128. Den annen ledeinnretningsvinkel 186 er fortrinnsvis lik den første ledeinnretningsvinkel 144. Den annen ledeinnretningsdiameter 184 er større enn den som er for den annen innløpsledning 188 som den annen fluidstrøm kommer fra, og kan være lik den første ledeinnretningsdiameter 150. With reference to fig. 1 and 8, the second fluid guiding device 180 is generally cylindrical about a second guiding device axis 182, and has a second guiding device diameter 184. The second guiding device axis 182 defines a second guiding device angle 186 with the primary axis 128. The second guiding device angle 186 is preferably equal to the first guiding device angle 144. The second conduit diameter 184 is larger than that of the second inlet conduit 188 from which the second fluid flow comes, and may be equal to the first conduit diameter 150.

Den annen fluidledeinnretning 180 har et annet ledeinnretningsvolum. Når det adderes til volumet i den første ledeinnretning, er det totale volum større enn primærkammerets volum. Denne netto volumreduksjon som oppleves av de første og andre fluidstrømmer 102, 104 inne i det primære miksekammer 110 fremmer miksing av fluidstrømmene 102, 104 til en strøm 108 av mikset primærfluid. The second fluid guiding device 180 has a different guiding device volume. When added to the volume in the first conduit, the total volume is greater than the volume of the primary chamber. This net volume reduction experienced by the first and second fluid streams 102, 104 within the primary mixing chamber 110 promotes mixing of the fluid streams 102, 104 into a stream 108 of mixed primary fluid.

Med henvisning til fig. 9, vises det sekundære blandekammer 190. Det sekundære blandekammer 190 er sylindrisk og koaksialt innrettet med det primære miksekammer 110. For ytterligere å blande strømmen 108 av mikset primærfluid, holdes minst én statisk mikser 192 på plass inne i det sekundære blandekammer 190. For å oppnå en godt homogenisert strøm fra strømmen 108 av mikset primærfluid, kan to statiske miksere 192a, 192b holdes på plass inne i det sekundære blande- With reference to fig. 9, the secondary mixing chamber 190 is shown. The secondary mixing chamber 190 is cylindrical and coaxially aligned with the primary mixing chamber 110. To further mix the stream 108 of mixed primary fluid, at least one static mixer 192 is held in place within the secondary mixing chamber 190. In order to obtain a well homogenized stream from the stream 108 of mixed primary fluid, two static mixers 192a, 192b can be held in place inside the secondary mixing

kammer 190. chamber 190.

Den statiske mikser 192 er en skivelignende innretning, som vist på fig. 11, og har en spesifikt utformet åpning 194 som strømmen 108 av mikset primærfluid strømmer gjennom. Åpningen 194 er utformet til å fremkalle turbulens og videre blande komponentene i strømmen 108 av mikset primærfluid. Profilen til åpningen 194 kan være jevnt symmetrisk omkring én eller flere symmetriakser 196a, 196b. Når det eksisterer flere enn én symmetriakse 196 for en bestemt profil av en åpning 194, avgrenses en symmetrivinkel 198 mellom hver symmetriakse 196a, 196b. The static mixer 192 is a disk-like device, as shown in FIG. 11, and has a specifically designed opening 194 through which the stream 108 of mixed primary fluid flows. The opening 194 is designed to induce turbulence and further mix the components in the stream 108 of mixed primary fluid. The profile of the opening 194 can be uniformly symmetrical about one or more axes of symmetry 196a, 196b. When more than one axis of symmetry 196 exists for a particular profile of an opening 194, a symmetry angle 198 is defined between each axis of symmetry 196a, 196b.

Når det brukes to statiske miksere, 192a, 192b, som har en tilsvarende profil for åpningen 194, og profilen av åpningen 194 har to eller flere symmetriakser 196a, 196b, kan en første statisk mikser 192a være rotasjonsmessig forskjøvet fra den annen statiske mikser 192b i et omfang som er lik symmetrivinkelen 198 for profilen av åpningen 194. Denne forskyvningen kan ses på fig. 12. Ved å forskyve profilen av åpningen 194 i den annen statiske mikser 192b, kan den del av fluidstrømmen som forlater den første statiske mikser 192a og som beveger seg hurtigere, få sin hastig-het redusert ved hjelp av forskyvningen av den annen statiske mikser 192b, hvilket tilveiebringer ytterligere homogenisering. When using two static mixers, 192a, 192b, which have a corresponding profile for the opening 194, and the profile of the opening 194 has two or more axes of symmetry 196a, 196b, a first static mixer 192a may be rotationally offset from the second static mixer 192b in an extent which is equal to the symmetry angle 198 of the profile of the opening 194. This displacement can be seen in fig. 12. By displacing the profile of the opening 194 in the second static mixer 192b, the part of the fluid flow that leaves the first static mixer 192a and which moves faster can have its velocity reduced by means of the displacement of the second static mixer 192b , which provides further homogenization.

Hvis de første og andre statiske miksere 192a, 192b er for nære hverandre, vil den kombinerte effekt være som om det kun var én statisk mikser 192, ettersom det ennå umiksede parti av fluidstrømmen ikke vil ha tilstrekkelig plass til å blandes ytterligere. Den første og annen statiske mikser 192a, 192b bør således ha en separasjonsavstand 195 mellom seg som er tilstrekkelig til at begge statiske miksere 192a, 192b virker sammen for å blande strømmen 108 av mikset primærfluid. If the first and second static mixers 192a, 192b are too close together, the combined effect will be as if there were only one static mixer 192, as the still unmixed portion of the fluid flow will not have sufficient space to mix further. The first and second static mixers 192a, 192b should thus have a separation distance 195 between them which is sufficient for both static mixers 192a, 192b to work together to mix the stream 108 of mixed primary fluid.

Selv om det er flere typer av statiske miksere på markedet, har de beste resultater blitt oppnådd med de statiske miksere som produseres av Westfall, Inc., som er beskrevet i US-patent nr. 5,839,828, og som har et par av motstående klaffer som strekker seg innover fra den ytre flens og er skråstilt i strømningsretningen (ikke vist). Et frontriss av en slik statisk mikser er vist på fig. 11. Although there are several types of static mixers on the market, the best results have been obtained with the static mixers manufactured by Westfall, Inc., described in U.S. Patent No. 5,839,828, which have a pair of opposed flaps which extends inward from the outer flange and is inclined in the direction of flow (not shown). A front view of such a static mixer is shown in fig. 11.

Eksempel Example

Homogeniseringen av et barytt- og bentonitt-fluid og et saltløsningsfluid ble modellert gjennom det beskrevne in-line blandeapparat 100. Fig. 9 og 10 viser forskjellige riss av blandekonturene til de to fluider. The homogenization of a barite and bentonite fluid and a salt solution fluid was modeled through the described in-line mixing device 100. Fig. 9 and 10 show different views of the mixing contours of the two fluids.

Barytt-bentonitt-fluidet har en høyere tetthet enn saltløsningsfluidet, og føres således inn gjennom den første fluidledeinnretning 140. Den oppstrøms ledeplate 162 har en halvsirkulær profil med et overflateareal som er halvparten av tverrsnittsarealet av den første fluidledeinnretning 140. Den oppstrøms ledeplate 162 er festet til det bakre veggparti 152 av den første fluidledeinnretning 140, slik at den opp-strøms overflate 170 er perpendikulær på strømningsretningen. Den oppstrøms ledeplate 162 forårsaker turbulens i barytt-bentonitt-fluidstrømmen 200 og leder den mot den nedstrøms ledeplate 164. The barite-bentonite fluid has a higher density than the salt solution fluid, and is thus introduced through the first fluid guiding device 140. The upstream guide plate 162 has a semi-circular profile with a surface area that is half the cross-sectional area of the first fluid guiding device 140. The upstream guide plate 162 is fixed to the rear wall portion 152 of the first fluid guide device 140, so that the upstream surface 170 is perpendicular to the direction of flow. The upstream baffle 162 causes turbulence in the barite-bentonite fluid flow 200 and directs it toward the downstream baffle 164.

Den nedstrøms ledeplate 164 er festet til det fremre veggparti 154 av den første fluidledeinnretning 140, slik at den oppstrøms overflate 170 er perpendikulær på den innvendige overflate 148 av den første ledeinnretningsvegg 146. Ledeplateavstanden 176 er tilnærmet lik den første ledeinnretningsdiameter 150. Som det kan ses på fig. 9, leder den nedstrøms ledeplate 164 strømmen 200 av barytt-bentonitt- fluid inn i det primære miksekammer 110 nær det bakre parti 134 av det første innløp 114. The downstream baffle 164 is attached to the front wall portion 154 of the first fluid baffle 140 so that the upstream surface 170 is perpendicular to the inner surface 148 of the first baffle wall 146. The baffle spacing 176 is approximately equal to the first baffle diameter 150. As can be seen on fig. 9, the downstream baffle 164 directs the stream 200 of barite-bentonite fluid into the primary mixing chamber 110 near the rear portion 134 of the first inlet 114.

Strømmen 205 av saltløsningsfluid, som har en lavere tetthet enn strømmen 200 av barytt-bentonitt-fluid, ble innført gjennom den annen fluidledeinnretning 180. Ikke noe tredje fluid ble innført til det primære miksekammer 110. The stream 205 of brine fluid, which has a lower density than the stream 200 of barite-bentonite fluid, was introduced through the second fluid guide 180. No third fluid was introduced into the primary mixing chamber 110.

Strømmen 205 av saltløsningsfluid med lavere tetthet strømmet lett inn i det primære miksekammer 110. Strømmen 200 av barytt-bentonitt-fluid med høy tetthet strømmet gjennom strømmen 205 av saltløsningsfluid, nesten til det annet innløp 116. Et tynt grensesjikt av effektivt mikset fluid 220 ble utviklet nær det annet innløp 116. En virvel 210 nær den oppstrøms ende 124 av det primære miksekammer 110 forårsaket miksing av de to fluidstrømmer 200, 205. Mellom den nedstrøms ledeplate 164 og den nedstrøms ende 122 av det primære miksekammer 110, ble strømmen 200 av barytt-bentonitt-fluid og strømmen 205 av saltløsningsfluid mikset for å danne et område med effektivt mikset fluid 220. The lower density brine fluid stream 205 readily flowed into the primary mixing chamber 110. The high density barite bentonite fluid stream 200 flowed through the brine fluid stream 205 almost to the second inlet 116. A thin boundary layer of efficiently mixed fluid 220 was developed near the second inlet 116. A vortex 210 near the upstream end 124 of the primary mixing chamber 110 caused mixing of the two fluid streams 200, 205. Between the downstream baffle 164 and the downstream end 122 of the primary mixing chamber 110, the stream 200 of barite-bentonite fluid and stream 205 of brine fluid mixed to form a region of effectively mixed fluid 220.

Området med effektivt mikset fluid 220 sammen med området med ineffektivt mikset fluid 222 eller strømmen 200 av umikset barytt-bentonitt-fluid og strømmen 205 av saltløsningsfluid fortsatte gjennom det primære kammers utløp 120 til det sekundære blandekammer 190 og gjennom den første statiske mikser 192a. Det skal påpekes at strømmen 200 av barytt-bentonitt-fluid med høyere tetthet fortrengte strømmen 205 av saltløsningsfluid og kom inn i det sekundære blandekammer 190 langs den side som er lengst fra det første innløp 114. The region of efficiently mixed fluid 220 together with the region of ineffectively mixed fluid 222 or stream 200 of unmixed barite-bentonite fluid and stream 205 of brine fluid continued through the primary chamber outlet 120 to the secondary mixing chamber 190 and through the first static mixer 192a. It should be noted that the stream 200 of higher density baryte bentonite fluid displaced the stream 205 of brine fluid and entered the secondary mixing chamber 190 along the side farthest from the first inlet 114.

De statiske miksere 192a, 192b som ble brukt i det sekundære blandekammer 190 var av den type som tidligere er beskrevet og som blir solgt av Westfall. Ved strømming gjennom den første statiske mikser 192a, forble kun en tynn strøm av barytt-bentonitt-fluid 200 umikset i det senterplan som er vist på fig. 9. De ytre kanter av fluidet i det sekundære blandekammer 190 mellom den første og annen statiske mikser 192a, 192b var strøm 205 av umikset saltløsningsfluid eller områder med ineffektivt mikset fluid 222. Senterpartiet i fluidstrømmen var et område av effektivt mikset fluid 220. The static mixers 192a, 192b used in the secondary mixing chamber 190 were of the type previously described and sold by Westfall. When flowing through the first static mixer 192a, only a thin stream of barite-bentonite fluid 200 remained unmixed in the center plane shown in FIG. 9. The outer edges of the fluid in the secondary mixing chamber 190 between the first and second static mixers 192a, 192b were flow 205 of unmixed salt solution fluid or areas of ineffectively mixed fluid 222. The center part of the fluid flow was an area of effectively mixed fluid 220.

Fordi de statiske miksere 192a, 192b som ble brukt hadde to symmetriakser (som vist på fig. 11), ble den annen statiske mikser 192b holdt på plass i det sekundære blandekammer 190, slik at det hadde en 90 graders forskyvningsvinkel fra den første statiske mikser 192a. Dette tar hånd om det relativt mindre tverrsnittsareal av den første statiske mikser 192a sammenlignet med den annen statiske mikser 192b. Because the static mixers 192a, 192b used had two axes of symmetry (as shown in Fig. 11), the second static mixer 192b was held in place in the secondary mixing chamber 190 so that it had a 90 degree offset angle from the first static mixer 192a. This takes care of the relatively smaller cross-sectional area of the first static mixer 192a compared to the second static mixer 192b.

Ved utløp fra den annen statiske mikser 192b, hadde strømmen 200 av barytt-bentonitt-fluid i det modellerte plan blitt blandet med strømmen 205 av saltløsnings-fluid, i det minste i en viss utstrekning. Det vises til fig. 10, hvor et tverrsnittsriss av den miksede strøm som forlater den annen statiske mikser 192b er vist. Det skal påpekes at, selv om det gjensto områder med ineffektivt mikset fluid 222, er det ingen områder hvor det gjensto en umikset barytt-bentonittstrøm 200. Videre er mye av senterområdet, et område med effektivt mikset fluid 220. Upon exit from the second static mixer 192b, the stream 200 of barite-bentonite fluid in the modeled plane had mixed with the stream 205 of brine fluid, at least to some extent. Reference is made to fig. 10, where a cross-sectional view of the mixed stream exiting the second static mixer 192b is shown. It should be noted that, although areas of ineffectively mixed fluid 222 remained, there are no areas where an unmixed barite-bentonite flow 200 remained. Furthermore, much of the center area is an area of effectively mixed fluid 220.

Nøyaktigheten ved modellen ble deretter testet i en prototyp av et in-line blandeapparat 100. Resultatene fremkommer på fig. 13, som grafisk viser blandingen ved forskjellige strømningsmengder, både beregnet og målt. Fra grafen kan det ses at resultatene som målt med en slamvekt, er svært nær de beregnede resultater. De forskjellige resultater som fremkom med densitometeret skyldtes kalibrering av utstyret. The accuracy of the model was then tested in a prototype of an in-line mixer 100. The results appear in fig. 13, which graphically shows the mixture at different flow rates, both calculated and measured. From the graph it can be seen that the results, as measured by a sludge weight, are very close to the calculated results. The different results obtained with the densitometer were due to calibration of the equipment.

Det forstås at variasjoner kan gjøres i det foregående uten å avvike fra opp-finnelsens omfang. For eksempel er den foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til miksingen av barytt-bentonitt-fluid med saltløsningsfluid, men er like anvendbar på en hvilken som helst applikasjon som involverer miksing av fluidstrømmer hvor et første fluid har en høyere tetthet enn et annet eller tredje fluid. It is understood that variations can be made in the foregoing without deviating from the scope of the invention. For example, the present invention is not limited to the mixing of barite-bentonite fluid with brine fluid, but is equally applicable to any application involving the mixing of fluid streams where a first fluid has a higher density than a second or third fluid.

Selv om den gjenstand det kreves beskyttelse for har blitt beskrevet med hensyn på et begrenset antall utførelser, vil fagpersoner innen teknikken, som har fordel av å ha denne offentliggjøring, forstå at det kan tenkes ut andre utførelser som ikke avviker fra omfanget av den gjenstand det kreves beskyttelse for, slik den her er beskrevet. Omfanget av den gjenstand det kreves beskyttelse for skal følgelig begrenses kun av de vedheftede krav. Although the subject matter for which protection is claimed has been described with respect to a limited number of embodiments, those skilled in the art having the benefit of this disclosure will appreciate that other embodiments may be devised that do not depart from the scope of the subject matter protection is required for, as described here. The scope of the object for which protection is required shall therefore be limited only by the attached claims.

Claims

1. Apparatus (100) for homogenizing at least two fluids from corresponding fluid conduits within a single downstream fluid conduit, comprising: a first fluid conduit device (140) that receives a flow (102) of a first fluid having a first density, wherein the first fluid guiding device further comprises: a first guiding device wall (146) which has an inner surface (148); a plurality of baffles (160) extending inwardly from the interior surface to apply shear to the flow of the first fluid; a second fluid guiding device (180) receiving a flow (104) of a second fluid having a second density; a primary mixing chamber (110) that includes a chamber wall (112) through which a plurality of fluid inlets (114, 116) and a primary chamber outlet (120) are defined, wherein the first fluid guiding device and the second fluid guiding device are in fluid communication with the primary mixing chamber through corresponding fluid inlet to the primary mixing chamber; a secondary mixing chamber (190) in fluid communication with the primary chamber outlet; at least one static mixer fixed within the secondary mixing chamber; and an apparatus outlet that provides fluid communication between the secondary mixing chamber and a downstream apparatus characterized in that the at least one static mixer further comprises: a first static mixer (192a) fixed within the secondary mixing chamber upstream of a second static mixer (192b); wherein each of the first static mixer and the second static mixer includes an opening (194) having an opening profile, the opening profile in the first static mixer being oriented at 90 degrees from the opening profile in the second static mixer.

2. Apparatus as stated in claim 1, characterized in that the first fluid is led to the primary mixing chamber at a first guiding device angle (144) in relation to a direction of flow through the primary chamber outlet.

3. Apparatus as stated in claim 2, characterized in that the second fluid is led to the primary mixing chamber at a second guiding device angle (186) in relation to the direction of flow through the primary chamber outlet.

4. Apparatus as set forth in any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises: a third fluid guiding device which guides a flow of a third fluid into the primary mixing chamber through a corresponding fluid inlet.

5. Apparatus as stated in any one of the preceding claims, characterized in that the first density of the first fluid is greater than the second density of the second fluid.

6. Apparatus as set forth in any one of the preceding claims, characterized in that the guide plates extend from opposite sides of the inner surface of the first guide device wall and are separated by a guide plate distance (176) sufficient for a current of the first fluid through the first fluid guide means maintains turbulent flow between the first guide plate and the second guide plate.

7. Apparatus as stated in any one of the preceding claims, characterized in that the guide plates are positioned at a right angle in relation to the inner surface of the first guide device wall.

8. Apparatus as set forth in any one of claims 1-6, characterized in that the guide plates are positioned so that a surface facing upstream forms an obtuse angle with the inner surface of the first guide device wall.

9. Method for homogenizing a plurality of fluids, comprising: directing a stream (102) of a first fluid having a first density through a first flow guiding device (140) into a primary mixing chamber (110); creating turbulence and shear in the first fluid flow by disturbing the direction and velocity of the first fluid flow through the first flow directing means; directing a flow (104) of a second fluid having a second density through a second flow directing means (180) into the primary mixing chamber; mixing the first fluid and the second fluid in the primary mixing chamber to form a mixed primary fluid; and transferring shear to the mixed primary fluid to homogenize the first and second fluids as the mixed primary fluid is directed downstream toward an apparatus outlet, characterized in that transferring shear to the mixed primary fluid comprises: passing the mixed primary fluid through a first static mixer (192a ) and a second static mixer (192b), the first static mixer being upstream of the second static mixer, and the first static mixer and the second static mixer including an opening (194) having an opening profile, the opening profile of the first static mixers are oriented at 90 degrees from the opening profile of the other static mixer.

10. Procedure as specified in claim 9, characterized in that the second density is less than the first density.

11. Procedure as stated in claim 9 or 10, characterized in that the formation of turbulence and shear further comprises: providing a series of offset baffles (160) extending into the first fluid flow through the first flow guide.

12. A method as set forth in any one of claims 9-11, characterized in that transferring shear to the mixed primary fluid comprises: passing the mixed primary fluid through the first and second static mixers; wherein the second static mixer is separated from the first static mixer by a separation distance sufficient for cumulative turbulence to be applied from the second static mixer.

13. A method as set forth in any one of claims 9-12, characterized in that it further comprises: directing a third fluid having a third density through a third flow guiding device, into the primary mixing chamber, to form the mixed primary fluid.