RU116366U1

RU116366U1 - STATIC MIXER

Info

Publication number: RU116366U1
Application number: RU2011144976/05U
Authority: RU
Inventors: Виктор Яковлевич Суслов
Original assignee: Виктор Яковлевич Суслов
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-05-27

Abstract

Полезная модель относится к технике перемешивания жидкостей и газов в трубопроводах и может быть использована в химической, микробиологической и других отраслях промышленности. Задачей технического решения является гарантированное равномерное распределение макрообъемов текучих сред по объему трубопровода при их турбулентном и ламинарном движении, а также исключение больших локальных касательных напряжений. Поставленная цель достигается благодаря тому, что в статическом смесителе, содержащем цилиндрический корпус и смесительный элемент, предусмотрены следующие отличия: смесительный элемент содержит входную и выходную решетки с размеченными равновеликими зонами, в которых расположены отверстия, причем число отверстий в каждой зоне равно числу зон, а каждое отверстие каждой из зон входной решетки сообщается посредством трубки с одним отверстием каждой из зон выходной решетки. The utility model relates to techniques for mixing liquids and gases in pipelines and can be used in chemical, microbiological and other industries. The objective of the technical solution is the guaranteed uniform distribution of macro-volumes of fluids over the volume of the pipeline during their turbulent and laminar motion, as well as the exclusion of large local shear stresses. The goal is achieved due to the fact that in a static mixer containing a cylindrical body and a mixing element, the following differences are provided: the mixing element contains an input and output grating with marked equal zones in which the holes are located, and the number of holes in each zone is equal to the number of zones, and each hole of each of the zones of the input grating communicates via a tube with one hole of each of the zones of the output grating.

Description

Полезная модель относится к технике перемешивания жидкостей и газов в трубопроводах и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности.The utility model relates to techniques for mixing liquids and gases in pipelines and can be used in the chemical, petrochemical, food, microbiological, pharmaceutical and other industries.

Простейшим способом перемешивания жидкостей и газов (далее - сред) в трубопроводах является перемешивание за счет процессов, свойственных потоку при существующем режиме течения в трубопроводе: в случае турбулентных течений - за счет молекулярной диффузии и турбулентных пульсаций, в случае ламинарных течений - только за счет молекулярной диффузии. Таким способом перемешивания пользуются, если трубопровод имеет длину, достаточную для обеспечения необходимого времени пребывания движущейся среды в трубопроводе. При недостаточной длине трубопровода перемешивание интенсифицируют - чаще всего с помощью статических смесителей, основными частями которых являются цилиндрический, корпус и размещаемый в нем смесительный элемент.The simplest way to mix liquids and gases (hereinafter referred to as media) in pipelines is mixing due to the processes characteristic of the flow under the existing flow regime in the pipeline: in the case of turbulent flows - due to molecular diffusion and turbulent pulsations, in the case of laminar flows - only due to molecular diffusion. This method of mixing is used if the pipeline has a length sufficient to provide the necessary residence time of the moving medium in the pipeline. With insufficient pipeline lengths, mixing is intensified - most often with the help of static mixers, the main parts of which are cylindrical, the housing and the mixing element placed in it.

Смесительные элементы, имея сложную конфигурацию, обеспечивают разделение потока на отдельные струи, создают большие градиенты скоростей, дополнительную турбулентность (в случае турбулентных потоков), высокие локальные касательные напряжения, за счет которых происходит перемешивание среды [1, стр.323], [2]. В случае ламинарных потоков перемешивание может быть интенсифицировано только за счет разделения потока на отдельные струи.The mixing elements, having a complex configuration, provide flow separation into separate jets, create large velocity gradients, additional turbulence (in the case of turbulent flows), high local shear stresses, due to which the medium is mixed [1, p. 323], [2] . In the case of laminar flows, mixing can only be intensified by dividing the stream into separate jets.

Процесс перемешивания может быть условно подразделен на процессы макроперемешивания (переноса по объему трубопровода сравнительно больших объемов среды) и микроперемешивания (переноса более мелких, вплоть до размеров молекул, объемов среды по макрообъемам). Макроперемешивание производится за счет принудительного разделения потока на отдельные струи и крупномасштабных турбулентных пульсаций, микроперемешивание - за счет более мелких турбулентных пульсаций и молекулярной диффузии.The mixing process can be conditionally subdivided into the processes of macro-mixing (transfer of relatively large volumes of medium by volume of the pipeline) and micro-mixing (transfer of smaller, up to the size of molecules, volumes of the medium by macro-volumes). Macro-mixing is carried out due to forced separation of the flow into separate jets and large-scale turbulent pulsations, micro-mixing - due to smaller turbulent pulsations and molecular diffusion.

Траектории струй, образуемых с помощью смесительных элементов аналогов, весьма сложны, малопредсказуемы и не гарантируют качества макроперемешивания и, следовательно, качества перемешивания в целом.The trajectories of the jets formed using analog mixing elements are very complex, unpredictable and do not guarantee the quality of macro-mixing and, therefore, the quality of mixing in general.

Большие касательные напряжения могут привести:Large shear stresses can result in:

- в случае диэлектрических сред - к накоплению статического электричества;- in the case of dielectric media - to the accumulation of static electricity;

- в случае микробиологических жидкостей - к разрушению или повреждению клеток микроорганизмов;- in the case of microbiological fluids, to the destruction or damage of microorganism cells;

- в случае водных растворов полимеров - к деструкции материала. В качестве прототипа выбран смесительный элемент, описанный в статье [3]. Прототип представляет собой одну или несколько гофрированных полос, участки которых расположены под углом друг к другу. Если гофрированных полос несколько, то на их боковых сторонах выполняют пазы для сцепления друг с другом. Прототип имеет все недостатки, указанные выше для аналогов.- in the case of aqueous polymer solutions - to the destruction of the material. As a prototype of the selected mixing element described in the article [3]. The prototype is one or more corrugated bands, sections of which are located at an angle to each other. If there are several corrugated strips, then grooves are made on their lateral sides for coupling with each other. The prototype has all the disadvantages indicated above for analogues.

Задачей технического решения является гарантированное равномерное распределение макрообъемов текучих сред по объему трубопровода при их турбулентном и ламинарном движении, а также исключение больших локальных касательных напряжений. Поставленная цель достигается благодаря тому, что в статическом смесителе, содержащем цилиндрический корпус и смесительный элемент, предусмотрены следующие отличия: смесительный элемент содержит входную и выходную решетки с размеченными равновеликими зонами, в которых расположены отверстия, причем число отверстий в каждой зоне равно числу зон, а каждое отверстие каждой из зон входной решетки сообщается посредством трубки с одним отверстием каждой из зон выходной решетки.The objective of the technical solution is the guaranteed uniform distribution of macro-volumes of fluids over the volume of the pipeline during their turbulent and laminar motion, as well as the exclusion of large local shear stresses. The goal is achieved due to the fact that in a static mixer containing a cylindrical body and a mixing element, the following differences are provided: the mixing element contains an input and output grating with marked equal zones in which the holes are located, and the number of holes in each zone is equal to the number of zones, and each hole of each of the zones of the input grating communicates via a tube with one hole of each of the zones of the output grating.

Конструкция предлагаемого статического смесителя представлена на фиг.1. На фиг.2 представлен вид входной решетки со стороны входа потока, на фиг.3-вид выходной решетки со стороны выхода потока.The design of the proposed static mixer is presented in figure 1. Figure 2 presents a view of the input grille from the side of the inlet stream, figure 3 is a view of the output grille from the side of the stream outlet.

Смеситель содержит цилиндрический корпус 3, приваренные к нему фланцы 2 и 5 и смесительный элемент. Смесительный элемент на входе содержит входную решетку 1, на выходе - выходную решетку 6, причем число отверстий в размеченных равновеликих зонах 7 и 8 решеток 1 и 6 равно числу выделенных на их поверхности зон, а каждое из отверстий одной зоны входной решетки 1 сообщается посредством трубок 4 (на фиг.1 обозначены осевыми линиями) с одним отверстием каждой из зон выходной решетки 6. Трубки 4 изготовлены из металла и обладают способностью принимать остаточные и упругие деформации, достаточные для обеспечения возможности монтажа смесителя. Они закреплены в решетках 1 и 6 с помощью развальцовки. Смесительный элемент скреплен с корпусом 3 посредством сварки решеток 1 и 6 с корпусом 3. На фиг.2 серым цветом выделены все отверстия одной из зон входной решетки 1, на фиг.3 - отверстия выходной решетки 6, с которыми сообщаются посредством трубок 4 отверстия входной решетки 1, выделенные на фиг.2.The mixer comprises a cylindrical body 3, flanges 2 and 5 welded to it, and a mixing element. The mixing element at the inlet contains an input grate 1, at the output an output grate 6, the number of holes in the marked equal-sized zones 7 and 8 of the gratings 1 and 6 equal to the number of zones allocated on their surface, and each of the holes in one zone of the input grate 1 is communicated through tubes 4 (indicated by axial lines in FIG. 1) with one hole in each of the zones of the outlet grill 6. The tubes 4 are made of metal and have the ability to accept residual and elastic deformations sufficient to allow the mixer to be installed. They are fixed in gratings 1 and 6 by means of flaring. The mixing element is fastened to the casing 3 by welding the gratings 1 and 6 with the casing 3. In FIG. 2, all openings of one of the zones of the inlet grating 1 are highlighted in gray; lattice 1, highlighted in figure 2.

Поток смешиваемых сред поступает в отверстия входной решетки 1, проходит по трубкам 4 и выходит через отверстия выходной решетки 6. Объем среды, поступающей в отверстия какой - либо зоны входной решетки 1 распределяется по всем зонам выходной решетки 6 с помощью трубок 4 (см. фиг.2 и фиг.3). Если, например, в отверстия двух зон входной решетки 1 втекает жидкость А, а в отверстия пяти других зон - жидкость Б, то в каждой зоне выходной решетки 6 через два отверстия вытекает жидкость А, через пять других - жидкость Б. После качественного перемешивания макрообъемов сред микроперемешивание за счет процессов, свойственных потоку при существующем режиме течения в трубопроводе, завершается значительно быстрее. Если, тем не менее, имеющейся длины трубопровода недостаточно для обеспечения микроперемешивания, можно использовать дополнительный статический смеситель с небольшим гидравлическим сопротивлением. Возможность появления недопустимо высоких касательных напряжений исключают при проектировании смесителя путем ограничения скорости среды в трубках 4.The flow of mixed media enters the openings of the inlet grate 1, passes through the tubes 4 and leaves through the openings of the outlet grate 6. The volume of medium entering the openings of any zone of the inlet grate 1 is distributed over all zones of the outlet grate 6 using tubes 4 (see Fig. .2 and figure 3). If, for example, fluid A flows into the openings of two zones of the inlet grate 1, and fluid B flows into the openings of the other five zones, then fluid A flows out through two openings in each zone of the outlet grate 6, and fluid B flows through the other five. After qualitative mixing of macro volumes media, micromixing due to the processes characteristic of the flow under the existing flow regime in the pipeline, is completed much faster. If, however, the existing pipe length is not sufficient to provide micro-mixing, an additional static mixer with a small flow resistance can be used. The possibility of unacceptably high tangential stresses is excluded when designing the mixer by limiting the speed of the medium in the tubes 4.

Кроме способа крепления с помощью приваренных к корпусу фланцев (см. фиг.1), смесители могут крепиться к трубопроводу с помощью свободных фланцев, резьбовых соединений, сварки.In addition to the method of attachment using flanges welded to the body (see Fig. 1), the mixers can be attached to the pipeline using free flanges, threaded connections, and welding.

При опасности возникновения вибрации трубок пространство между трубками и цилиндрическим корпусом заливают компаундом.If there is a risk of vibration of the tubes, the space between the tubes and the cylindrical body is filled with a compound.

В качестве трубок могут быть использованы шланги в металлической оплетке, армированные шланги, пластиковые трубки и др.As tubes, metal-braided hoses, reinforced hoses, plastic tubes, etc. can be used.

Уменьшение количества отверстий на поверхности решеток упрощает монтаж смесительного элемента, но приводит к снижению качества макроперемешивания. Уменьшение диаметра трубок упрощает монтаж смесительного элемента, но приводит к возрастанию гидравлического сопротивления смесителя.Reducing the number of holes on the surface of the grates simplifies the installation of the mixing element, but leads to a decrease in the quality of macro-mixing. Reducing the diameter of the tubes simplifies the installation of the mixing element, but leads to an increase in the hydraulic resistance of the mixer.

Возможно использование смесителя с большим, по сравнению с трубопроводом, на котором он устанавливается, диаметром цилиндрического корпуса, со стыковкой смесителя с трубопроводом с помощью конических переходников. Увеличение диаметра смесителя целесообразно при необходимости:It is possible to use a mixer with a larger, in comparison with the pipeline on which it is installed, diameter of a cylindrical body, with the mixer connecting to the pipeline using conical adapters. An increase in the diameter of the mixer is advisable if necessary:

- увеличения диаметра трубок с целью снижения скорости потока в трубках и гидравлического сопротивления смесителя;- increasing the diameter of the tubes in order to reduce the flow rate in the tubes and the hydraulic resistance of the mixer;

- увеличения числа отверстий в решетках и трубок с целью повышения качества перемешивания;- increasing the number of holes in the grids and tubes in order to improve the quality of mixing;

- увеличения пространства около трубок с целью упрощения монтажа смесительного элемента;- increase the space around the tubes in order to simplify the installation of the mixing element;

- крепления трубок с помощью разъемных соединений (требующих большего пространства по сравнению с неразъемными соединениями) при необходимости их периодической замены;- fastening the tubes using detachable connections (requiring more space compared to one-piece connections) if necessary, their periodic replacement;

- унификации смесителя в некотором диапазоне диаметров трубопроводов.- unification of the mixer in a certain range of pipe diameters.

Кроме перемешивания сред разного компонентного состава смесители могут быть использованы для выравнивания температур и поля скоростей потока.In addition to mixing media of different components, mixers can be used to equalize temperatures and the field of flow rates.

1. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. - Л.: Химия, 1984.1. Braginsky L.N., Begachev V.I., Barabash V.M. Mixing in liquid media: Physical foundations and engineering methods of calculation. - L .: Chemistry, 1984.

2. Сайт компании Sulzer Chemtech: 118_static_mixers_ru.pdf «Статические смесители. Технологическое смешение и реакционные технологии»2. Sulzer Chemtech website: 118_static_mixers_ru.pdf “Static mixers. Technological Mixing and Reaction Technologies "

3. Чаусов Ф.Ф. Отечественные статические смесители для непрерывного смешивания жидкости. - Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2009, №3.3. Chausov F.F. Domestic static mixers for continuous mixing of liquids. - Chemical and oil and gas engineering, 2009, No. 3.

Claims

A static mixer comprising a cylindrical housing and a mixing element, characterized in that the mixing element contains an input and output grating with marked equal zones in which the holes are located, the number of holes in each zone being equal to the number of zones, and each opening of each of the zones of the input grating is communicated by means of a tube with one hole in each of the zones of the output grate.