RU2133143C1

RU2133143C1 - Static mixer

Info

Publication number: RU2133143C1
Application number: RU98108494A
Authority: RU
Inventors: В.А. Кузнецов; Б.П. Туманян; П.В. Кузнецов
Original assignee: Учебно-научно-производственная фирма "ТУМА"
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-07-20

Abstract

FIELD: oil-refining industry; chemical industry. SUBSTANCE: static mixer has body with tapered bottoms and branch pipes for delivery of basic component and component to be mixed and for removal of finished product. Mixing members made in the form of beveled sections of tubes are arranged in body at an angle of its longitudinal axis. Every mixing member is provided with at least one guide blade mounted inside along its axis so that its output end is turned with respect to input end through 30-90 deg of every mixing member is fitted with longitudinal partition installed at an angle to its longitudinal axis with equidistant shift from its different sides by value of 0.1-0.4 of its radius. As a result, speed of radial motion of flows in mixing members rises. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к смесительной технике и может быть использовано для приготовления смесей из различных компонентов в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. The invention relates to a mixing technique and can be used to prepare mixtures of various components in the oil refining and chemical industries.

Известен статический смеситель, содержащий корпус с установленными в нем смесительными элементами, выполненными в виде пакетов гофрированных полос и закрепленными в корпусе посредством сегментных накладок. Known static mixer comprising a housing with installed in it mixing elements, made in the form of packets of corrugated strips and fixed in the housing by means of segment overlays.

(Авторское свидетельство СССР N 1542597, B 01 F 5/06, 1990 г.)
Недостатком данного статического смесителя является повышенное гидравлическое сопротивление и сложность монтажа смесительных элементов в его корпусе. Кроме того, наблюдается быстрое забивание пространства между гофрированными полосами различными перемешиваемыми компонентами.(USSR author's certificate N 1542597, B 01 F 5/06, 1990)
The disadvantage of this static mixer is the increased hydraulic resistance and the complexity of mounting the mixing elements in its housing. In addition, there is a rapid clogging of the space between the corrugated strips of various mixed components.

Известен статический смеситель, образованный цилиндрическим корпусом с патрубками ввода и вывода обрабатываемой среды, в полости которого последовательно размещены завихрители в виде плоских пластин, лопастей и лопаток сложной формы. За счет определенной последовательности их установки несколько возрастает степень гомогенизации обрабатываемой среды, так как одни элементы как бы "подготавливают" ее поток для других. Known static mixer formed by a cylindrical body with nozzles for input and output of the processed medium, in the cavity of which swirlers are sequentially placed in the form of flat plates, blades and blades of complex shape. Due to a certain sequence of their installation, the degree of homogenization of the medium being treated increases somewhat, as some elements seem to “prepare” its flow for others.

(Патент США, N 4461579, B 01 F 5/00, 1984 г.)
Однако и этот смеситель достаточно сложен, а кроме того, не обеспечивает высокой степени гомогенизации.(U.S. Patent No. 4,461,579, B 01 F 5/00, 1984)
However, this mixer is quite complicated, and in addition, does not provide a high degree of homogenization.

Известен статический смеситель, содержащий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода смешиваемых компонентов, установленные в корпусе последовательно завихрители со сквозными отверстиями и расположенные между ними с образованием со стенками корпуса канала сверхзвукового профиля завихрителя без отверстий, при этом один из последних расположен в этом ряду последним. A static mixer is known that contains a cylindrical body with nozzles for input and output of the mixed components, swirlers with through holes installed sequentially in the body and located between them to form a supersonic swirl profile without holes with the channel body walls, one of the latter being the last in this row.

(Патент RU N 2079350, B 01 F 5/00, 1997 г.)
Данная конструкция позволяет несколько интенсифицировать процесс смешения, однако не исключается образование застойных зон.(Patent RU N 2079350, B 01 F 5/00, 1997)
This design allows you to somewhat intensify the mixing process, however, the formation of stagnant zones is not excluded.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является статический смеситель фирмы "Прематехника", содержащий корпус с коническими днищами с патрубками ввода основного и подмешиваемого компонентов и вывода готового продукта. В корпусе размещены смесительные элементы, выполненные в виде кососрезанных отрезков труб, и установленных последовательно в один ряд под углом к его продольной оси. The closest in technical essence and the achieved result is a static mixer company "Prematehnika", containing a housing with conical bottoms with pipes for the input of the main and mixed components and the output of the finished product. Mixing elements are placed in the housing, made in the form of oblique sections of pipes, and installed sequentially in one row at an angle to its longitudinal axis.

(Материалы симпозиума - презентация фирмы "Прематехника" (D-6000, Франкфурт/М 1, Ратенаулплатц, 2-8), 8-10 апреля 1992 г., Уфа, Уфимский нефтеперерабатывающий завод, часть 3, раздел 12)
Недостатком указанного статического смесителя является недостаточная степень смешения перемешиваемых компонентов, обусловленная низкой скоростью радиального перемещения потоков в смесительных элементах.(Materials of the symposium - presentation of Prematechnika (D-6000, Frankfurt / M 1, Ratenaulplatts, 2-8), April 8-10, 1992, Ufa, Ufa Oil Refinery, part 3, section 12)
The disadvantage of this static mixer is the insufficient degree of mixing of the mixed components, due to the low speed of the radial movement of flows in the mixing elements.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса смешения за счет увеличения скорости радиального перемещения потоков в смесительных элементах. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the mixing process by increasing the speed of the radial movement of flows in the mixing elements.

Указанный технический результат достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем корпус с коническими днищами с патрубками ввода основного и подмешиваемого компонентов и вывода готового продукта и размещенные в нем смесительные элементы, выполненные в виде косо срезанных отрезков труб, внешний диаметр которых меньше внутреннего диаметра корпуса смесителя и установленных под углом к его продольной оси, согласно изобретению каждый смесительный элемент снабжен установленным внутри вдоль его оси средством для интенсификации процесса смешивания. The specified technical result is achieved by the fact that in a static mixer containing a housing with conical bottoms with nozzles for inputting the main and mixed components and output of the finished product and mixing elements placed therein, made in the form of obliquely cut pipe sections whose outer diameter is smaller than the internal diameter of the mixer body and installed at an angle to its longitudinal axis, according to the invention, each mixing element is provided with means for intensifying cession mixing.

Согласно изобретению средство для интенсификации процесса смешивания может быть выполнено в виде продольной перегородки, установленной под углом к его продольной оси с равномерным смещением по ее разные стороны на величину 0,1-0,4 его радиуса. According to the invention, the means for intensifying the mixing process can be made in the form of a longitudinal partition mounted at an angle to its longitudinal axis with a uniform offset along its different sides by a value of 0.1-0.4 of its radius.

Согласно изобретению средство для интенсификации процесса смешивания может быть выполнено в виде направляющей лопатки, установленной внутри вдоль его оси таким образом, что выходной ее конец повернут к входному на угол предпочтительно 30-90^o.According to the invention, the means for intensifying the mixing process can be made in the form of a guide vane mounted internally along its axis in such a way that its output end is turned to an input angle of preferably 30-90 ^° .

На фиг. 1 показан статический смеситель по п.п. 1,2, общий вид, совмещенный с разрезом (смесительные элементы условно показаны в одном положении); на фиг. 2 - вид по A с фиг. 1 - истинное расположение смесительных элементов внутри корпуса смесителя; на фиг. 3 - зависимость изменения гидравлического сопротивления смесителя и качества смешения компонентов от величины смещения продольных перегородок в смесительных элементах. In FIG. 1 shows a static mixer according to paragraphs. 1,2, a general view combined with a section (mixing elements are conventionally shown in one position); in FIG. 2 is a view along A from FIG. 1 - the true location of the mixing elements inside the mixer; in FIG. 3 - dependence of changes in the hydraulic resistance of the mixer and the quality of mixing of the components on the displacement of the longitudinal partitions in the mixing elements.

Статический смеситель содержит корпус 1, с коническими днищами 2 и 3. Днище 2 снабжено осевым патрубком 4 ввода основного компонента, а днище 3 - осевым патрубком 5 вывода готового продукта. К корпусу 1 у входного конца прикреплен боковой патрубок 6 для подачи второго подмешиваемого компонента. Внутри корпуса 1 установлены последовательно в один ряд смесительные элементы 7, выполненные в виде косо срезанных отрезков труб с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра корпуса 2. Каждый смесительный элемент 7 снабжен продольной перегородкой 8,, входной и выходной концы которой смещены в разные стороны от его оси на величину предпочтительно 0,1-0,4 радиуса смесительного элемента 7. The static mixer contains a housing 1, with conical bottoms 2 and 3. The bottom 2 is equipped with an axial nozzle 4 for input of the main component, and the bottom 3 is equipped with an axial nozzle 5 for output of the finished product. A side pipe 6 is attached to the housing 1 at the inlet end to supply a second component to be mixed. Inside the housing 1, mixing elements 7 are arranged in series in a row, made in the form of obliquely cut pipe segments with an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing 2. Each mixing element 7 is provided with a longitudinal partition 8, the input and output ends of which are offset in different directions from its axis preferably a value of 0.1-0.4 radius of the mixing element 7.

Статический смеситель работает следующим образом. Static mixer works as follows.

Основной компонент подают в корпус 1 по осевому патрубку 4, прикрепленному аксиально в днище 2, а второй - подмешиваемый компонент подают по боковому тангенциальному патрубку 6. Оба потока этих еще не смешанных компонентов попадают на первый смесительный элемент 7, снабженный продольной перегородкой 8, установленной под углом к набегающим потокам и в пространство между смесительным элементом и корпусом смесителя, и начинают перемещаться не только вдоль корпуса 1 смесителя, но также и поперек его. При этом в любом сечении наблюдаются одновременно и зоны сжатия и зоны разряжения потока. При этом потоки интенсивно перемещаются из зон с повышенным давлением в зоны с более низким давлением, осуществляя радиальный перенос вещества. Дополнительное радиальное перемещение внутри каждого смесительного элемента 7 обеспечивается за счет установки в каждом смесительном элементе продольной перегородки, смещенной в разные стороны относительно его оси на величину 0,1-0,4 радиуса смесительного элемента. Потоки смешиваемых компонентов, двигаясь по изогнутой траектории в корпусе 1 смесителя, приобретают вращательное радиальное движение и при выходе из каждого смесительного элемента 7 и при встрече с потоком, движущимся в корпусе 1 вне этого элемента 7, дополнительно перемешиваются. Последовательная установка в корпусе 1 нескольких смесительных элементов 7 позволяет достичь требуемую степень смешения компонентов. Полученную смесь выводят из корпуса 1 через осевой патрубок. The main component is fed into the housing 1 along the axial nozzle 4, mounted axially in the bottom 2, and the second component to be mixed is fed through the lateral tangential nozzle 6. Both streams of these not mixed components go to the first mixing element 7, equipped with a longitudinal partition 8 mounted under angle to the incident flows and into the space between the mixing element and the mixer body, and begin to move not only along the mixer body 1, but also across it. In this case, in any section, both compression zones and flow rarefaction zones are observed simultaneously. In this case, flows intensively move from zones with high pressure to zones with lower pressure, carrying out radial transfer of matter. Additional radial movement inside each mixing element 7 is provided due to the installation in each mixing element of a longitudinal partition, offset in different directions relative to its axis by a value of 0.1-0.4 radius of the mixing element. The flows of the mixed components, moving along a curved path in the mixer housing 1, acquire a radial rotational movement and, upon exiting each mixing element 7 and when meeting a stream moving in the housing 1 outside this element 7, are additionally mixed. Sequential installation in the housing 1 of several mixing elements 7 allows you to achieve the desired degree of mixing of the components. The resulting mixture is removed from the housing 1 through the axial pipe.

Установка в каждом смесительном элементе продольной перегородки, с равновелико смещенными входным и выходным концами относительно оси смесительного элемента позволит достичь оптимального соотношения степени перемешивания и перепада давления компонентов в статическом смесителе. Как видно из графиков, приведенных на фиг. 3, уменьшение величины смещения продольной перегородки менее 0,1 радиуса смесительного элемента, приводит к снижению перепада давления смесителя, но не обеспечивает достаточную степень смешения компонентов. Увеличение же величины смещения продольной перегородки более 0,4 радиуса смесительного элемента приводит к незначительному росту степени смешения компонентов при существенном повышении перепада давления в смесителе. The installation of a longitudinal partition in each mixing element with equally inlet and outlet ends relative to the axis of the mixing element will allow achieving the optimum ratio of the degree of mixing and the pressure drop of the components in the static mixer. As can be seen from the graphs shown in FIG. 3, a decrease in the displacement of the longitudinal partition of less than 0.1 of the radius of the mixing element leads to a decrease in the pressure drop of the mixer, but does not provide a sufficient degree of mixing of the components. An increase in the displacement of the longitudinal partition of more than 0.4 radius of the mixing element leads to a slight increase in the degree of mixing of the components with a significant increase in the pressure drop in the mixer.

На фиг. 4 показан статический смеситель по пп. 1, 3, общий вид, совмещенный с разрезом; на фиг. 5 - смесительный элемент с направляющей лопаткой; на фиг. 6 - зависимость изменения гидравлического сопротивления и качества смешения статического смесителя от угла поворота выходного конца направляющей лопатки. In FIG. 4 shows a static mixer according to paragraphs. 1, 3, general view combined with a section; in FIG. 5 - mixing element with a guide blade; in FIG. 6 - dependence of changes in hydraulic resistance and mixing quality of a static mixer on the angle of rotation of the output end of the guide vanes.

Статический смеситель содержит корпус 1 с коническими днищами 2 и 3. Днище 2 снабжено осевым патрубком 4 ввода основного компонента, а днище 3 - осевым патрубком 5 вывода готового продукта. К корпусу 1 у входного конца прикреплен боковой патрубок 6 для подачи второго смешиваемого компонента. Внутри корпуса 1 установлены последовательно в один ряд смесительные элементы 7, выполненные в виде косо срезанных отрезков труб с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра корпуса 2. Внутри каждого смесительного элемента закреплена по его оси по крайней мере одна направляющая лопатка 8, выходной конец которой также закреплен в диаметральной плоскости и повернут по отношению к входному концу на угол предпочтительно 30-90^o.The static mixer contains a housing 1 with conical bottoms 2 and 3. The bottom 2 is provided with an axial nozzle 4 for input of the main component, and the bottom 3 is equipped with an axial nozzle 5 for output of the finished product. A side pipe 6 is attached to the housing 1 at the inlet end to supply a second mixed component. Inside the housing 1, the mixing elements 7 are arranged in series in a row, made in the form of obliquely cut pipe segments with an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing 2. At least one guide vane 8 is fixed along its axis and its output end is also fixed in a diametrical plane and is rotated with respect to the input end by an angle of preferably 30-90 ^o .

Основной компонент подают в корпус 1 по осевому патрубку 4 в днище 2, а второй - подмешиваемый компонент подают по боковому патрубку 6. Оба потока этих еще не смешанных компонентов попадают на первый смесительный элемент 7, установленный под углом к набегающим потокам и в пространство между смесительным элементом и корпусом смесителя, и начинают перемещаться не только вдоль корпуса 1 смесителя, но также и поперек его. При этом в любом сечении наблюдаются одновременно и зоны сжатия и зоны разряжения потока. При этом потоки интенсивно перемещаются из зон с повышенным давлением в зоны с более низким давлением, осуществляя радиальный перенос вещества. Радиальное же перемещение внутри каждого смесительного элемента 7 обеспечивается при помощи установленных по его оси и изогнутых вдоль нее направляющих лопаток 8. Поток смешиваемых компонентов, двигаясь вдоль изогнутой по оси смесительного элемента 7 направляющей лопатки 8 приобретают вращательное движение и при выходе из смесительного элемента 7 и при встрече с потоком, движущимся вне этого элемента 7 в корпусе 1, дополнительно перемешиваются. Последовательная установка в корпусе 1 нескольких смесительных элементов 7 позволяет достичь требуемую степень смешения компонентов. Полученную смесь выводят из корпуса 1 через осевой патрубок 5 в днище 3. The main component is fed into the housing 1 along the axial nozzle 4 in the bottom 2, and the second component to be mixed is fed along the side nozzle 6. Both streams of these not mixed components fall onto the first mixing element 7, which is installed at an angle to the incoming flows and into the space between the mixing element and the body of the mixer, and begin to move not only along the body 1 of the mixer, but also across it. In this case, in any section, both compression zones and flow rarefaction zones are observed simultaneously. In this case, flows intensively move from zones with high pressure to zones with lower pressure, carrying out radial transfer of matter. The radial movement inside each mixing element 7 is ensured by means of guide vanes 8 installed along its axis and curved along it. The flow of the mixed components moving along the guide vanes 8 curved along the axis of the mixing element 7 acquire a rotational motion both when leaving the mixing element 7 and when meeting with the flow moving outside this element 7 in the housing 1, are additionally mixed. Sequential installation in the housing 1 of several mixing elements 7 allows you to achieve the desired degree of mixing of the components. The resulting mixture is removed from the housing 1 through the axial pipe 5 in the bottom 3.

Установка по оси каждого смесительного элемента по крайней мере по одной направляющей лопатке и изогнутой вдоль нее таким образом, что выходной ее конец повернут по отношению к входному на угол предпочтительно 30-90^o, позволит достичь оптимального соотношения степени перемешивания и перепада давления компонентов в статическом смесителе. Как видно из графиков, приведенных на фиг. 6, уменьшение угла закрутки направляющей лопатки на угол, меньший 30^o, хотя и приводит к снижению перепада давления, но обеспечивает очень низкую степень смешения компонентов. Увеличение же угла закрутки направляющих лопаток на угол более 90^o приводит к незначительному росту степени смешивания компонентов при существенном повышении перепада давления на смесительном элементе.Installing along the axis of each mixing element at least one guide vane and bent along it so that its outlet end is turned at an angle of preferably 30-90 ^o relative to the inlet, will allow to achieve the optimal ratio of the degree of mixing and pressure drop of the components in the static mixer . As can be seen from the graphs shown in FIG. 6, reducing the angle of rotation of the guide vanes by an angle less than 30 ^o , although it leads to a decrease in pressure drop, but provides a very low degree of mixing of the components. The increase in the angle of rotation of the guide vanes at an angle of more than 90 ^o leads to a slight increase in the degree of mixing of the components with a significant increase in the pressure drop across the mixing element.

Предварительные испытания по определению эффективности работы предлагаемого статического смесителя, проведенные на установках АО "Новоил" (г. Уфа) показали, что при включении его в технологическую линию подачи сырой нефти от элеектродегидраторов к печи нагрева, скорость коррозии оборудования и трубопроводов за счет более равномерного распределения содощелочного раствора в нефти снизилась в среднем в 3 раза с 0,15 до 0,05 мм/год. Кроме того, установка предлагаемого статического смесителя в шлемовой линии атмосферных колонн позволила также снизить скорость коррозии данных трубопроводов до 0,07-0,05 мм/год при переработке сернистых башкирских нефтей. Preliminary tests to determine the performance of the proposed static mixer, carried out at the facilities of Novoil JSC (Ufa), showed that when it is included in the processing line for supplying crude oil from electric dehydrators to the heating furnace, the corrosion rate of equipment and pipelines due to a more uniform distribution co-alkaline solution in oil decreased on average 3 times from 0.15 to 0.05 mm / year. In addition, the installation of the proposed static mixer in the helm line of atmospheric columns also allowed to reduce the corrosion rate of these pipelines to 0.07-0.05 mm / year in the processing of sulfur Bashkir oils.

Claims

1. A static mixer comprising a housing with conical bottoms with nozzles for introducing the main and admixed components and outputting the finished product and mixing elements placed in it, made in the form of oblique pipe sections whose outer diameter is smaller than the internal diameter of the mixer body and installed at an angle to its longitudinal axis, characterized in that each mixing element is provided with means installed inside along its axis for intensifying the mixing process.

2. The mixer according to claim 1, characterized in that the means for intensifying the mixing process is made in the form of a longitudinal partition installed at an angle to its longitudinal axis with a uniform offset along its different sides by a value of 0.1 - 0.4 of its radius.

3. The mixer according to claim 1, characterized in that the means for intensifying the mixing process is made in the form of a guide vane mounted internally along its axis so that its outlet end is turned to an input angle of preferably 30 - 90 ^° .