RU198301U1

RU198301U1 - Vortex Jet Mixer

Info

Publication number: RU198301U1
Application number: RU2019128355U
Authority: RU
Inventors: Георгий Маркелович Сидоров; Булат Ахметович Яхин; Виль Файзулович Галиакбаров; Ян Булатович Яхин
Original assignee: Георгий Маркелович Сидоров; Булат Ахметович Яхин
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-06-30

Abstract

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкости и может быть использована в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленностиТехнический результат достигается тем, что в струйном смесителе с вихревыми устройствами, содержащим цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока установлены выполненные в виде тел вращения вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами, снабженными направляющими поток перегородками и камера рабочего агента, а также успокоительная камера. Для повышения эффективности смешения потоков за счет регулирования расхода рабочего агента и степени его диспергирования смеситель снабжен дополнительной камерой рабочего агента, установленной после основной камеры.The utility model relates to mixing devices for mixing liquid streams and can be used in the chemical, oil and oil refining industries. vortex chamber of the mixed component made in the form of bodies of revolution with tangential channels equipped with flow guiding partitions and a chamber of the working agent, as well as a stilling chamber. To increase the efficiency of mixing the streams by regulating the flow rate of the working agent and the degree of its dispersion, the mixer is equipped with an additional chamber of the working agent installed after the main chamber.

Description

Полезная модель относится к смесительным устройствам для смешивания потоков жидкости и может быть использована в химической, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.The utility model relates to mixing devices for mixing fluid flows and can be used in the chemical, oil and oil refining industries.

В настоящее время для смешивания жидкостей разной плотности и склонных к расслоению состава широко используются кавитационные устройства и вихревые смесители различных конструкций.Currently, cavitation devices and vortex mixers of various designs are widely used to mix liquids of different densities and prone to delamination.

Известны кавитационные устройства по патентам US 3743250, 4043539, имеющие множество отклоняющих поток приспособлений для образования вихревого потока с разделением его на части и последующим объединением. Для формирования кавитационных струй, например, в многокамерных устройствах предусмотрены средства для создания разных давлений в камерах, в результате чего пузырьки жидкости на выходе из одной камеры схлопываются в другой камере (US 5971601). В кавитационном устройстве RU 2202406, выполненном в виде трубы с внутренней трубчатой перегородкой, кавитаторы из пластин размещены в кольцевой полости и внутри центральной трубы, а вихревая камера установлена на входе.Known cavitation devices according to patents US 3743250, 4043539, having many deflecting devices for the formation of a vortex flow with its separation into parts and subsequent association. For the formation of cavitation jets, for example, in multi-chamber devices, means are provided for generating different pressures in the chambers, as a result of which the liquid bubbles at the outlet of one chamber collapse in another chamber (US 5971601). In the cavitation device RU 2202406, made in the form of a pipe with an internal tubular partition, cavitators made of plates are placed in the annular cavity and inside the central pipe, and the vortex chamber is installed at the inlet.

Известны вихревые смесители, состоящие из двух коаксиально расположенных труб с закручивающими устройствами с противоположными направлениями закрутки во внутренней трубе и межтрубном пространстве (RU 2414283), либо снабженные закручивающим устройством и перфорированной диафрагмой (RU 2091144).Vortex mixers are known, consisting of two coaxially arranged pipes with swirling devices with opposite swirling directions in the inner tube and annulus (RU 2414283), or equipped with a swirling device and a perforated diaphragm (RU 2091144).

Общим недостатком указанных устройств является невысокая их эффективность и качество получаемой смеси.A common disadvantage of these devices is their low efficiency and the quality of the resulting mixture.

Известен смеситель RU 1375305, конструктивно и функционально приближенный к заявляемому объекту, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемого компонента и рабочего агента и кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, которые ориентированы в противоположную сторону относительно отверстий.Known mixer RU 1375305, structurally and functionally close to the claimed object, which has a housing with nozzle input of the mixed component and the working agent and annular collectors with tangentially directed holes and tangentially directed nozzles that are oriented in the opposite direction relative to the holes.

К недостаткам известного устройства относятся невысокая степень диспергирования рабочего агента и интенсивность перемешивания жидкостей для получения однородного состава.The disadvantages of the known devices include the low degree of dispersion of the working agent and the intensity of mixing liquids to obtain a homogeneous composition.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является смеситель, включающий цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками. В корпусе последовательно по направлению движения потока соосно установлены вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, выполненная в виде цилиндра с цилиндрическими отверстиями или в виде гиперболоида вращения. На выходе корпуса выполнена успокоительная камера в виде набора пластин (RU 2189851, МПК B01F 3/04, опубл. 27.09.2002) - прототип.Closest to the claimed device in technical essence and the achieved result is a mixer comprising a cylindrical body with inlet and outlet pipes. The vortex chamber of the mixed component with tangential channels and the vortex chamber of the working agent with tangential channels, made in the form of a cylinder with cylindrical openings or in the form of a rotation hyperboloid, are coaxially mounted in the housing in series with the flow direction. At the exit of the casing there was a soothing chamber in the form of a set of plates (RU 2189851, IPC B01F 3/04, published on 09.27.2002) - a prototype.

Недостатки прототипа связна с невысокой степенью диспергирования рабочего агента и низкой эффективностью перемешивания жидкостей для получения качественной смеси при изменении расхода смешиваемых потоков. Недостаточная интенсивность процесса перемешивания обусловлена отсутствием возможности регулирования расхода рабочего агента и степени его диспергирования при изменении расхода основного потока.The disadvantages of the prototype is associated with a low degree of dispersion of the working agent and low mixing efficiency of liquids to obtain a high-quality mixture when changing the flow rate of the mixed flows. The insufficient intensity of the mixing process is due to the lack of the ability to control the flow of the working agent and the degree of dispersion when the flow rate of the main stream changes.

Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании устройства, обеспечивающего возможность регулирования степени диспергирования рабочего агента и высокую эффективность перемешивания в широком диапазоне изменения расхода смешиваемых потоков.The task underlying the utility model is to create a device that provides the ability to control the degree of dispersion of the working agent and high mixing efficiency in a wide range of flow rates of the mixed flows.

Технический результат заключается в увеличении интенсивности перемешивания взаимодействующих фаз и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных энергозатрат.The technical result consists in increasing the intensity of mixing of the interacting phases and the uniformity of their distribution with obtaining a homogeneous structure of the mixture without additional energy consumption.

Технический результат достигается тем, что в струйном смесителе с вихревыми устройствами, включающем цилиндрический корпус в котором входной патрубок воды установлен перпендикулярно входному патрубку нефти и выходному патрубку смеси, расположенных на центральной оси корпуса, последовательно по направлению движения потока установленные соосно вихревая камера смешиваемого компонента - нефти, вихревая камера рабочего агента - воды, выполненные с тангенциальными каналами и успокоительная камера в виде радиальных колец, согласно предлагаемому техническому решению для повышения эффективности смешения потоков за счет регулирования расхода рабочего агента-воды и степени его диспергирования, струйный смеситель с вихревыми устройствами снабжен дополнительной камерой рабочего агента-воды меньшего размера, установленной после основной камеры.The technical result is achieved in that in a jet mixer with vortex devices, including a cylindrical body in which the water inlet pipe is installed perpendicular to the oil inlet pipe and the mixture outlet pipe located on the central axis of the body, the vortex chamber of the component to be mixed is installed coaxially in the direction of flow , a vortex chamber of the working agent — water, made with tangential channels and a soothing chamber in the form of radial rings, according to the proposed technical solution for increasing the efficiency of mixing flows by controlling the flow rate of the working agent-water and its dispersion degree, the jet mixer with vortex devices is equipped with an additional chamber smaller working water agent installed after the main chamber.

Полезная модель струйного смесителя с вихревыми устройствами поясняется на примере перемешивания нефти с водой и сопровождающими чертежами, на которых представлены: фиг. 1 - общий вид струйного смесителя с вихревыми устройствами; фиг. 2 - расположение тангенсальных каналов в вихревой камере рабочего агента, сечение А-А на фиг. 1.A useful model of a jet mixer with vortex devices is illustrated by the example of mixing oil with water and the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a general view of a jet mixer with vortex devices; FIG. 2 - the location of the tangential channels in the vortex chamber of the working agent, section AA in FIG. 1.

Струйный смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором последовательно по направлению движения потока установлены соосно вихревая камера 2 смешиваемого компонента - нефти, вихревые камеры 3 рабочего агента - воды. Вихревая камера 2 нефти представляет собой параболоид вращения, снабженный тангенциальными спиралевидными или прямоугольными каналами 4. Вихревые камеры воды 3 и 5 с тангенциальными каналами 6 выполнены в виде цилиндра или усеченного эллипсоида вращения.The jet mixer consists of a cylindrical body 1, in which a coaxially vortex chamber 2 of the component to be mixed — oil, and vortex chambers 3 of the working agent — water, are installed sequentially in the direction of flow. The oil vortex chamber 2 is a rotation paraboloid equipped with tangential spiral or rectangular channels 4. Water vortex chambers 3 and 5 with tangential channels 6 are made in the form of a cylinder or a truncated rotation ellipsoid.

Вихревая камера 2 нефти снабжена направляющими поток перегородками 7 и конусообразной перегородкой 8, вершина которой направлена навстречу потоку нефти. Входной патрубок 9 нефти и выходной патрубок 10 смеси расположены на центральной оси корпуса 1 смесителя, а входные патрубки 11 и 12 воды - перпендикулярно ей. Входные патрубки 11 и 12 снабжены шаровыми кранами 13 и 14 для регулирования расхода воды. На выходном патрубке смеси установлен успокоитель потока 15.The oil vortex chamber 2 is provided with flow guides 7 and a cone-shaped partition 8, the apex of which is directed towards the oil flow. The oil inlet pipe 9 and the mixture outlet pipe 10 are located on the central axis of the mixer body 1, and the water inlet pipes 11 and 12 are perpendicular to it. The inlet nozzles 11 and 12 are equipped with ball valves 13 and 14 to control the flow of water. A flow damper 15 is installed at the outlet of the mixture.

Работа струйного смесителя осуществляется следующим образом. Смешиваемый компонент - поток нефти, подается в корпус 1 смесителя через патрубок 9 и за счет конусообразной перегородки 8, вершина которой направлена навстречу потоку, направляется к периферии корпуса 1. Нефть, проходя по тангенциальным каналам 4, закручивается, образуя периферийные и центральный вихри в вихревой камере 2. Рабочий агент - поток воды, подаваемый в корпус 1 смесителя через патрубок 11 и шаровой кран 13, проходя по тангенциальным каналам 6 в вихревую камеру 3, закручивается в том же направлении, что и поток нефти. В вихревой камере 3 воды, имеющей вытянутую форму, поток воды закручивается сильнее, способствуя созданию акустического волнового поля. Активизированные потоки из вихревых камер 2 и 3 устремляются навстречу друг другу. При соударении закрученных в одну сторону и направленных друг к другу струй происходит дополнительная усиленная раскрутка двух потоков, обеспечивающая интенсификацию процесса с равномерным распределением воды в нефти и гомогенным смесеобразованием.The operation of the jet mixer is as follows. The mixed component - the oil flow, is fed into the mixer housing 1 through the nozzle 9 and due to the conical septum 8, the top of which is directed towards the flow, is directed to the periphery of the housing 1. The oil, passing through the tangential channels 4, is twisted, forming peripheral and central vortices in a vortex chamber 2. The working agent is the water flow supplied to the mixer housing 1 through the pipe 11 and the ball valve 13, passing through the tangential channels 6 into the vortex chamber 3, swirls in the same direction as the oil flow. In the vortex chamber 3 of water having an elongated shape, the water flow swirls more, contributing to the creation of an acoustic wave field. The activated flows from the vortex chambers 2 and 3 rush towards each other. During the collision of jets swirled in one direction and directed towards each other, an additional enhanced spin-up of two flows occurs, which ensures the intensification of the process with a uniform distribution of water in oil and homogeneous mixture formation.

При изменении расхода нефти или увеличении в ней содержания хлористых солей, для достижения оптимального соотношения воды и нефти, степени диспергирования воды и повышения эффективности смешения в предлагаемом струйном смесителе с вихревыми устройствами предусмотрена возможность включения в работу дополнительной камеры рабочего агента 5, за счет открытия шарового крана 14 и подачи через патрубок 12 дополнительного количества воды. При этом водно-нефтяная смесь контактирует дополнительной порцией пресной воды и достигается улучшение эффективности обессоливания нефти. На выходном патрубке смесь проходит через успокоитель потока 15 затем устремляется к выходу из смесителя и выводится через выходной патрубок 10.When changing the oil flow rate or increasing the content of chloride salts in it, in order to achieve the optimum ratio of water and oil, the degree of dispersion of water and to increase the mixing efficiency in the proposed jet mixer with vortex devices, it is possible to include an additional chamber of the working agent 5 by opening the ball valve 14 and supplying through the pipe 12 an additional amount of water. In this case, the water-oil mixture is contacted with an additional portion of fresh water and an improvement in the efficiency of oil desalination is achieved. At the outlet pipe, the mixture passes through a flow damper 15 and then rushes to the outlet of the mixer and is discharged through the outlet pipe 10.

Положительный эффект предлагаемой полезной модели струйного смесителя с вихревыми устройствами достигается снабжением ее дополнительной камерой рабочего агента - воды, установленной после основной камеры, позволяющей регулировать расход рабочего агента и степень ее диспергирования. Регулирование расхода воды и степени ее диспергирования позволяет повысить эффективность смешивания потоков, избежать образования вторичной эмульсии из-за высокой диспергации воды, которое имеет место при использовании нефтерастворимого деэмульгатора для обезвоживания и обессоливания нефти.The positive effect of the proposed utility model of a jet mixer with vortex devices is achieved by supplying it with an additional chamber of the working agent - water, installed after the main chamber, which allows you to adjust the flow rate of the working agent and the degree of dispersion. The regulation of the water flow rate and the degree of its dispersion makes it possible to increase the efficiency of mixing flows, to avoid the formation of a secondary emulsion due to the high dispersion of water, which occurs when using an oil-soluble demulsifier for dehydration and desalting of oil.

Таким образом, достигается высокая эффективность смешения потоков за счет регулирования соотношения расхода нефти и рабочего агента-воды и обеспечения необходимой интенсивности диспергирования воды и равномерности их распределения с получением гомогенной структуры смеси в широком диапазоне изменения расхода смешиваемых потоков за счет использования потенциальной энергии потоков в трубопроводах без дополнительных затрат.Thus, a high efficiency of mixing flows is achieved by regulating the ratio of oil flow and working agent-water and ensuring the necessary intensity of water dispersion and uniform distribution to obtain a homogeneous mixture structure in a wide range of flow rates of the mixed flows through the use of potential energy flows in pipelines without additional costs.

Claims

A jet mixer with vortex chambers, comprising a cylindrical body with inlet and outlet nozzles, in which a vortex chamber of the mixed component with tangential channels, provided with flow guiding baffles, and a working agent chamber with tangential channels, arranged in the form of bodies of revolution, are installed sequentially in the direction of flow in order to increase the efficiency of mixing flows by controlling the flow rate of the working agent and the degree of dispersion, the mixer is equipped with an additional chamber of the working agent installed after the main chamber.