RU2111048C1

RU2111048C1 - Plant for preparation of mixtures

Info

Publication number: RU2111048C1
Application number: RU97100332/25A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Диденко; Владимир Анатольевич Сеницкий
Original assignee: Владимир Степанович Диденко; Владимир Анатольевич Сеницкий
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1998-05-20

Abstract

FIELD: devices for mixing liquids; applicable in chemical, oil refining and oil producing industries. SUBSTANCE: plant has vessel, device for filling and emptying the vessel, mixer, pump and pipeline system. Mixer is made of three successively arranged slotted conical dispersers with central angle at vertex equalling 30, 90 and 150 deg, respectively. Sprayers are secured to end part of pressure pipeline having three lateral cutouts which communicate the internal space of pipeline with intercom space of dispersers. EFFECT: extended process potentialities of plant, higher efficiency and acceleration of process of mixing of liquids and reduced power consumption. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для смешивания жидкостей и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности. The invention relates to a device for mixing liquids and can be used in the chemical, oil refining and petroleum industries.

Известно устройство для перемешивания в емкости с переменным уровнем заполнения (авт. св. СССР N 1607917, кл. B 01 F 5/10, 1990), которое снабжено конической вставкой, установленной на уровне перфорации внутри колонны вершиной вниз и заглушающей ее верхний торец, и соплом, направленным в днище емкости и соединенным с нагревательным трубопроводом насоса. Интенсификация процесса перемешивания достигается путем увеличения относительного количества жидкости, подаваемой с верхних слоев. A device for mixing in a container with a variable level of filling (ed. St. USSR N 1607917, class B 01 F 5/10, 1990), which is equipped with a conical insert installed at the level of perforation inside the column with the top down and drowning its upper end, and a nozzle directed to the bottom of the tank and connected to the heating pipe of the pump. The intensification of the mixing process is achieved by increasing the relative amount of fluid supplied from the upper layers.

Такое устройство имеет застойные зоны между разными уровнями перфорации, поэтому в активную циркуляцию не вовлечены отдельные объемы жидкости. Сопло, размещенное эксцентрично, не обеспечивает равномерное распределение нагнетаемой жидкости по объему емкости и, следовательно, одинаково интенсивное перемешивание ее содержимого. Эти факторы приводят к увеличению времени циркуляции жидкости и снижают качество получаемой смеси. Such a device has stagnant zones between different levels of perforation, therefore, individual volumes of liquid are not involved in the active circulation. The nozzle placed eccentrically does not provide a uniform distribution of the injected liquid throughout the volume of the container and, consequently, equally intensive mixing of its contents. These factors lead to an increase in the fluid circulation time and reduce the quality of the resulting mixture.

Известно устройство для смешивания жидкостей в резервуарах (авт. св. СССР N 1722552, кл. B 01 F 5/04, 1992), которое состоит из установленных в резервуаре эжекторов-смесителей, расположенных на трубопроводе на равных расстояниях друг от друга и направленных под углом к продольной и поперечной осям резервуара, при этом вырезы на диффузорах эжекторов-смесителей выполнены по винтовой линии, что должно приводить к повышению эффективности смешения и улучшения эксплуатационных характеристик. A device for mixing liquids in tanks is known (ed. St. USSR N 1722552, class B 01 F 5/04, 1992), which consists of ejectors-mixers installed in the tank, located on the pipeline at equal distances from each other and directed under angle to the longitudinal and transverse axes of the tank, while the cutouts on the diffusers of the ejectors-mixers are made along a helix, which should lead to increased mixing efficiency and improved operational characteristics.

Однако устройство не обеспечивает одинаковое истечение подмешиваемой жидкости через все сопла за счет отбора жидкости и потерь напора по длине трубы. Отрицательно сказывается на процессе смешивания и локальное вовлечение жидкости, находящейся в резервуаре, в эжекторы-смесители с образованием застойных зон. Однократное перемешивание жидкостей без повторения циркуляционных циклов при таких характеристиках устройства не обеспечивает высокой однородности получаемой смеси. However, the device does not provide the same outflow of the mixed fluid through all nozzles due to the selection of fluid and pressure losses along the length of the pipe. Negatively affects the mixing process and the local involvement of the liquid in the tank in the ejector mixers with the formation of stagnant zones. A single mixing of liquids without repeating the circulation cycles with such characteristics of the device does not provide high uniformity of the resulting mixture.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков и расширение технологических возможностей установки, повышение эффективности и ускорение процесса смешивания, снижение энергозатрат, сокращение потерь легких фракций смешиваемых жидкостей, например, легких углеводородов. The objective of the invention is to eliminate these disadvantages and expand the technological capabilities of the installation, increase efficiency and speed up the mixing process, reduce energy consumption, reduce losses of light fractions of mixed liquids, for example, light hydrocarbons.

Решение задачи достигается тем, что смеситель выполнен из трех последовательно расположенных щелевых конических рассеивателей с центральными углами при вершине соответственно 30, 90 и 150^o, закрепленных на концевом участке нагнетательного трубопровода, имеющего три поперечных выреза, которые соединяют внутреннее пространство трубопровода с межконусными зазорами рассеивателей.The solution to the problem is achieved by the fact that the mixer is made of three consecutive slotted conical diffusers with central angles at the apex of 30, 90, and 150 ^o , respectively, fixed on the end section of the discharge pipeline, which has three transverse cuts that connect the interior of the pipeline to the conical gaps of the diffusers.

На фиг. 1 схематически изображена установка для приготовления смесей, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху. In FIG. 1 schematically shows the installation for the preparation of mixtures, General view; in FIG. 2 - the same side view; in FIG. 3 - the same, top view.

Установка содержит резервуар 1, снабженный нагнетательным 2 и всасывающим 3 трубопроводами, циркуляционный насос 4. Концевой участок нагнетательного трубопровода оборудован смесителем 5, начальный участок всасывающего трубопровода оборудован устройством для наполнения и опорожнения резервуара 6 (патент РФ N 1613425, кл. B 67 D 5/00, 1993). Трубопровод 7 служит для подачи в резервуар исходной жидкости, трубопровод 8 - для подачи подмешиваемой жидкости и трубопровод 9 - для отбора из резервуара приготовленной смеси. The installation comprises a tank 1, equipped with a discharge 2 and suction 3 pipelines, a circulation pump 4. The end section of the discharge pipe is equipped with a mixer 5, the initial section of the suction pipe is equipped with a device for filling and emptying the tank 6 (RF patent N 1613425, class B 67 D 5 / 00, 1993). Pipeline 7 is used to supply the source fluid to the tank, pipeline 8 is used to supply the mixed liquid, and pipeline 9 is used to take the prepared mixture from the tank.

Смеситель 5 выполнен из трех последовательно расположенных щелевых конических рассеивателей 10, 11 и 12 и центральными углами при вершине соответственно 30, 90 и 150^o, закрепленных на концевом участке нагнетательного трубопровода, имеющего три поперечных выреза 13, 14 и 15, которые соединяют внутреннее пространство трубопровода с межконусными зазорами рассеивателей.The mixer 5 is made of three consecutive slotted conical diffusers 10, 11 and 12 and central angles at the apex of 30, 90 and 150 ^o , respectively, mounted on the end section of the discharge pipe having three transverse cutouts 13, 14 and 15 that connect the inner space of the pipeline with conical clearance of diffusers.

Установка для приготовления смесей работает следующим образом. Installation for the preparation of mixtures works as follows.

Исходную жидкость по трубопроводу 7 через устройство для наполнения и опорожнения резервуара 6 подают в резервуар 1 и заполняют его до заданного уровня. Подмешиваемую жидкость по трубопроводу 8 подают на прием насоса 4 и направляют по нагревательному трубопроводу 2 через смеситель 5 в резервуар 1. Затем включают систему циркуляции жидкости: устройство для наполнения и опорожнения резервуара 6 - всасывающий трубопровод 3 - циркуляционный насос 4 - нагнетательный трубопровод 2 - смеситель 5 - резервуар 1. Систему циркуляции жидкости в некоторых случаях включают одновременно с подачей в резервуар подмешиваемой жидкости, например, при ее низкой задаваемой концентрации в смеси. The source fluid through the pipeline 7 through the device for filling and emptying the tank 6 is fed into the tank 1 and fill it to a predetermined level. The mixed liquid is passed through the pipe 8 to the intake of the pump 4 and sent through the heating pipe 2 through the mixer 5 to the tank 1. Then, the liquid circulation system is switched on: a device for filling and emptying the tank 6 - a suction pipe 3 - a circulation pump 4 - a discharge pipe 2 - a mixer 5 - reservoir 1. In some cases, the liquid circulation system is switched on simultaneously with the supply of the mixed liquid to the reservoir, for example, at its low specified concentration in the mixture.

Поток жидкости, прокачиваемой по нагревательному трубопроводу 2, в смесителе 5 распределяется через поперечные вырезы 13, 14 и 15 по трем направлениям в межконусные зазоры рассеивателей 10, 11 и 12, при этом отклонение направлений движения жидкости в рассеивателях от оси концевой части нагнетательного трубопровода составляет соответственно 15, 45 и 75^o. При перемещении в рассеивателях и на выходе из межконусного пространства рассеивателей обеспечивают турбулентный режим движения жидкости.The flow of fluid pumped through the heating pipe 2 in the mixer 5 is distributed through the transverse cutouts 13, 14 and 15 in three directions into the inter-conical gaps of the diffusers 10, 11 and 12, while the deviation of the directions of the fluid in the diffusers from the axis of the end part of the discharge pipe is respectively 15, 45 and 75 ^o . When moving in the diffusers and at the exit of the inter-conical space of the diffusers provide a turbulent mode of fluid movement.

При выходе жидкости из рассеивателей при турбулентном режиме плоская струя, попадания в массу окружающей жидкости, постепенно расширяется в соответствии с гидравлическими законами рассеивания затопленной свободной турбулентной струи (Чугаев Р. Р. Гидравлика (техническая механика жидкости). Изд. 3 допол. и испр. Л.: Энергия, 1975, с.347-349). Начало струи совпадает с выходным сечением межконусного зазора. В связи с наличием поперечных по отношению к поверхности раздела пульсирующих скоростей происходит постоянный обмен частицами жидкости между струей и окружающей ее средой и разрыв ядра постоянных скоростей. Скорость струи падает. Для плоской струи в зависимости от коэффициента структуры, учитывающего структуру потока в выходном сечении, угол рассеивания (расширения) струи α составляет 24 - 32^o. Для использования в практических целях в данном случае с достаточной степенью точности угол рассеивания может быть принят равным 30^o. Тогда при перемещении плоских струй в рассеивателях 10, 11 и 12 под углами к оси концевой части нагнетательного трубопровода соответственно 15, 45 и 75^o при рассеивании каждой струи под углом 30^o общая зона рассеивания по отношению к оси концевой части трубопровода составит 90^o, а суммарный угол зоны рассеивания всего потока в вертикальном сечении резервуара - 180^o. Внешние границы турбулентных пограничных слоев на фиг. 1 очерчены прямыми линиями.When the liquid exits the diffusers in a turbulent mode, the plane jet entering the surrounding fluid mass gradually expands in accordance with the hydraulic laws of dispersion of a flooded free turbulent jet (R. Chugaev, Hydraulics (technical fluid mechanics). Vol. 3 add. And rev. L .: Energy, 1975, p. 347-349). The beginning of the jet coincides with the exit section of the inter-cone gap. Due to the presence of pulsating velocities transverse with respect to the interface, there is a constant exchange of fluid particles between the jet and its surrounding medium and a break of the core at constant velocities. The speed of the jet drops. For a flat jet, depending on the coefficient of the structure, taking into account the structure of the stream in the output section, the scattering angle (expansion) of the jet α is 24 - 32 ^o . For practical use in this case, with a sufficient degree of accuracy, the scattering angle can be taken equal to 30 ^o . Then, when moving flat jets in the diffusers 10, 11 and 12 at angles to the axis of the end part of the discharge pipe, respectively, 15, 45 and 75 ^o when scattering each jet at an angle of 30 ^{o the} total dispersion zone with respect to the axis of the end part of the pipeline will be 90 ^o , and the total angle of the dispersion zone of the entire stream in the vertical section of the tank is 180 ^o . The outer boundaries of the turbulent boundary layers in FIG. 1 outlined by straight lines.

Следовательно, рассеивание подмешиваемой и циркулирующей смеси происходит одновременно по всей зоне резервуара, нижней границей которой является горизонтальная плоскость, проходящая через кромку нижней конической поверхности рассеивателя 12. При этом скорость жидкости при приближении ее к стенкам резервуара и открытой поверхности незначительна, что исключает гидравлические удары и существенно снижает интенсивность массообменных процессов (испарение легких фракций). Consequently, the dispersion of the mixed and circulating mixture occurs simultaneously over the entire zone of the tank, the lower boundary of which is a horizontal plane passing through the edge of the lower conical surface of the diffuser 12. Moreover, the liquid velocity when approaching the walls of the tank and the open surface is insignificant, which eliminates hydraulic shock and significantly reduces the intensity of mass transfer processes (evaporation of light fractions).

Ниже границы смешения находится относительно небольшой объем жидкости, который отбирается в первую очередь через устройство для наполнения и опорожнения резервуара 6 после начала функционирования системы циркуляции и включается в общий процесс перемешивания. Устройство для наполнения и опорожнения резервуара стабилизирует поток и обеспечивает равномерный по горизонтальному сечению резервуара вывод жидкости из заданной на высоте зоны, поэтому на циркуляцию поступает в первую очередь жидкость, находящаяся в зоне резервуара ниже границы смешения. При этом объем уже перемешанной жидкости равномерно опускается на более низкий уровень и при достижении зоны действия устройства для наполнения и сопряжения резервуара включается в циркуляцию. Таким образом, через относительно небольшой промежуток времени вся жидкость резервуара вовлекается в процесс равномерного мягкого перемешивания без образования застойных зон, что обеспечивает высокую однородность получаемой смеси. Below the mixing boundary, there is a relatively small volume of liquid, which is drawn primarily through the device for filling and emptying the tank 6 after the circulation system starts functioning and is included in the general mixing process. A device for filling and emptying the tank stabilizes the flow and ensures a uniform discharge of fluid from a predetermined zone at a horizontal cross-section of the tank, therefore, the liquid that is in the tank zone below the mixing boundary is fed into the circulation first. In this case, the volume of the already mixed liquid evenly drops to a lower level and when it reaches the operating range of the device for filling and conjugating the tank it is included in the circulation. Thus, after a relatively short period of time, all the liquid in the reservoir is involved in the process of uniform gentle mixing without the formation of stagnant zones, which ensures high uniformity of the resulting mixture.

Для усиления эффективности работы смесителя ширину поперечных вырезов 13, 14 и 15 и межконусных зазоров рассеивателей 10, 11 и 12 задают в соответствии с объемом жидкости, находящейся в зоне действия каждого из рассеивателей, т. е. удельный расход рассеиваемой жидкости в каждой зоне должен быть примерно одинаковым. Этот показатель зависит от формы резервуара и уровня в нем жидкости. При расчетах используют известные гидравлические зависимости. To enhance the efficiency of the mixer, the width of the transverse cuts 13, 14 and 15 and the inter-conical gaps of the diffusers 10, 11 and 12 are set in accordance with the volume of liquid in the zone of operation of each of the diffusers, i.e., the specific flow rate of the dispersed liquid in each zone should be about the same. This indicator depends on the shape of the tank and the level of liquid in it. In the calculations using known hydraulic dependencies.

Как один из вариантов, в установке для приготовления смесей может быть использован сдвоенный смеситель, получаемый в результате объединения двух смесителей с ориентацией их в противоположных направлениях. Сдвоенный смеситель устанавливают в центральной точке планируемого объема жидкости, при этом зона его действия удваивается по единовременному охвату объема и составляет 360^o. Этот вариант предпочтительно может быть использован в случае, когда высота резервуара заметно превосходит его радиус, например, в 2 раза. При этом один из смесителей сориентирован в направлении верхней зоны резервуара, второй - в направлении нижней зоны.As one of the options, in the installation for preparing mixtures, a double mixer can be used, obtained by combining two mixers with their orientation in opposite directions. A double mixer is installed at the central point of the planned volume of liquid, while the zone of its action doubles in a single coverage of the volume and is 360 ^o . This option can preferably be used when the height of the tank significantly exceeds its radius, for example, 2 times. In this case, one of the mixers is oriented in the direction of the upper zone of the tank, the second in the direction of the lower zone.

Возможны и другие варианты размещения смесителя в резервуаре. There are other options for placing the mixer in the tank.

Предлагаемая установка для приготовления смесей позволяет интенсифицировать процесс перемешивания жидкостей, сократить время приготовления смесей, повысить качество получаемой смеси, исключить концентрированные динамические нагрузки на конструкцию резервуара, сократить объемы испарения легких фракций в случае перемешивания легколетучих жидкостей, снизить энергозатраты на осуществление процесса перемешивания. The proposed installation for preparing mixtures allows one to intensify the process of mixing liquids, reduce the time for preparing mixtures, improve the quality of the resulting mixture, eliminate concentrated dynamic loads on the tank structure, reduce the volume of evaporation of light fractions in the case of mixing volatile liquids, and reduce energy consumption for the implementation of the mixing process.

Предварительные испытания на нефтеперерабатывающем заводе показали надежность и устойчивость работы установки для приготовления смесей и подтвердили изложенные в описании преимущества ее использования. Preliminary tests at the refinery showed the reliability and stability of the installation for the preparation of mixtures and confirmed the advantages of its use described in the description.

Claims

Installation for preparing mixtures containing a tank, a device for filling and emptying the tank, mixer, pump and piping system, characterized in that the mixer is made of three consecutive slotted conical diffusers with central angles at the apex of 30, 90 and 150 ^o , respectively, mounted on the end section of the discharge pipeline having three transverse cuts that connect the inner space of the pipeline with the conical gaps of the diffusers.