RU216370U1

RU216370U1 - Foam gas-liquid apparatus

Info

Publication number: RU216370U1
Application number: RU2022128439U
Authority: RU
Inventors: Ольга Николаевна Кораблева; Алексей Валерьевич Леонтьев
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2023-01-31

Abstract

Предложенное устройство относится к таким, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической, металлургической промышленности и в структурах МЧС. Газожидкостный аппарат для получения пены содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, диспергатор, смеситель. Верхняя часть смесителя выполнена в виде конфузора, нижняя - в виде диффузора, а внутри смесителя установлены три трехлопастных пропеллера. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с получением пены большой кратности при значительном уменьшении гидравлического сопротивления смесителя.

The proposed device refers to those that are used to carry out the processes of mixing liquid with gas, as well as their chemical interaction. It can be used in the oil refining, petrochemical, chemical, food, pharmaceutical, microbiological, metallurgical industries and in the structures of the Ministry of Emergency Situations. SUBSTANCE: gas-liquid apparatus for producing foam contains a housing, an injection chamber, a liquid sprayer, a disperser, and a mixer. The upper part of the mixer is made in the form of a confuser, the lower part is in the form of a diffuser, and three three-bladed propellers are installed inside the mixer. The technical result of the proposed utility model is the solution of problems associated with obtaining high expansion foam with a significant reduction in the hydraulic resistance of the mixer.

Description

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, их химического взаимодействия, а также для получения воздушно-механической пены для тушения пожаров. Данный аппарат может быть использован в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической, металлургической промышленности и в структурах МЧС.The utility model relates to devices that are used to carry out the processes of mixing liquid with gas, their chemical interaction, as well as to produce air-mechanical foam for extinguishing fires. This device can be used in the oil refining, petrochemical, chemical, food, pharmaceutical, microbiological, metallurgical industries and in the structures of the Ministry of Emergency Situations.

Пены находят широкое применение во многих отраслях промышленности и в быту. Огромное значение пены приобрели в пожаротушении, особенно при возгорании емкостей с легко воспламеняющимися жидкостями, при тушении пожаров в закрытых помещениях - в подвалах, на судах и в самолетах. Применяются пены и для теплоизоляции. Известно множество аппаратов для получения пены [Мухленов И.П. и др. Пенный режим и пенные аппараты. - Л.: «Химия», 1977. С. 18-25]. Недостатком этих аппаратов является низкие дисперсность и кратность получаемой пены.Foams are widely used in many industries and in everyday life. Foams have acquired great importance in fire fighting, especially when igniting containers with flammable liquids, when extinguishing fires in enclosed spaces - in basements, on ships and in airplanes. Foams are also used for thermal insulation. There are many devices for producing foam [Mukhlenov I.P. etc. Foam mode and foam apparatuses. - L .: "Chemistry", 1977. S. 18-25]. The disadvantage of these devices is the low dispersion and the ratio of the resulting foam.

Для интенсификации процесса смешения фаз с целью получения высокой дисперсности и кратности пены используют попеременное изменение формы и направления потока, удар потока о твердые преграды - отбойники, закручивание, взаимную эжекцию и инверсию фаз, наложение пульсаций, эффективное распределение газожидкостного потока по всему рабочему объему аппарата.To intensify the phase mixing process in order to obtain a high dispersion and foam ratio, an alternate change in the shape and direction of the flow, impact of the flow against solid barriers - bumpers, swirling, mutual ejection and phase inversion, superposition of pulsations, effective distribution of the gas-liquid flow over the entire working volume of the apparatus are used.

Известно множество смесителей, в которых перемешивание жидкостей и газов возможно в трубопроводах путем искусственной турбулизации потока [Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. - М.: «Химия», 1981. С. 183]. Для этой цели в трубопроводе после ввода компонентов жидких или газообразных смесей размещаются разнообразные неподвижные детали, обеспечивающие многократное изменение величины и направления скорости потока. Можно устанавливать неподвижные элементы различных мешалок, например трехлопастные пропеллеры. Вследствие обтекаемой формы такие трехлопастные пропеллеры имеют низкое гидравлическое сопротивление.There are many mixers in which the mixing of liquids and gases is possible in pipelines by artificial flow turbulence [Gelperin N.I. Basic processes and apparatuses of chemical technology. In two books. - M.: "Chemistry", 1981. S. 183]. For this purpose, after entering the components of liquid or gaseous mixtures, various fixed parts are placed in the pipeline, providing a multiple change in the magnitude and direction of the flow velocity. It is possible to install fixed elements of various agitators, such as three-bladed propellers. Due to their streamlined shape, these three-blade propellers have low hydraulic resistance.

Наиболее близким конструктивным аналогом является газожидкостный аппарат для получения пены [патент на полезную модель RU №207087, МПК B01F 5/04, опубл. 12.10.2021, БИ №29], который примем в качестве прототипа. Устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель, диспергатор, смеситель выполненный в виде диффузора, внутри которого установлены звездочные рабочие элементы.The closest constructive analogue is a gas-liquid apparatus for producing foam [a patent for utility model RU No. 207087, IPC B01F 5/04, publ. 10/12/2021, BI No. 29], which we will accept as a prototype. The device contains a body, an injection chamber, a sprayer, a disperser, a mixer made in the form of a diffuser, inside which star working elements are installed.

Недостатками прототипа является то, что из-за небольшого входного сечения в смеситель расход газа недостаточен для получения пены большой кратности. Звездочные элементы очень сложны в изготовлении. Кроме этого, длинные диффузоры имеют большое гидравлическое сопротивление.The disadvantages of the prototype is that, due to the small inlet section of the mixer, the gas flow rate is insufficient to obtain high expansion foam. Star elements are very difficult to manufacture. In addition, long diffusers have high hydraulic resistance.

Задачей предлагаемой полезной модели является получение пены большой кратности при значительном уменьшении гидравлического сопротивления смесителя.The objective of the proposed utility model is to obtain high expansion foam with a significant reduction in the hydraulic resistance of the mixer.

Поставленная задача решается за счет того, что в аппарате для получения пены содержащем корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы.The problem is solved due to the fact that in the apparatus for producing foam containing a housing, an injection chamber, a sprayer, a mixer, a dispersant, perpendicular to the axis of the pipe.

Отличительными конструктивными признаками предлагаемой полезной модели является то, что верхняя часть смесителя выполнена в виде конфузора, нижняя - в виде диффузора, а внутри смесителя установлены три трехлопастных пропеллера.Distinctive design features of the proposed utility model is that the upper part of the mixer is made in the form of a confuser, the lower part is in the form of a diffuser, and three three-blade propellers are installed inside the mixer.

За счет удара газожидкостного потока о твердые преграды (трехлопастные пропеллеры) происходит изменение направления потока внутри смесителя.Due to the impact of the gas-liquid flow on solid barriers (three-bladed propellers), the direction of the flow inside the mixer changes.

На фиг. 1 изображен газожидкостный аппарат для получения пены.In FIG. 1 shows a gas-liquid apparatus for producing foam.

Устройство содержит корпус 1, инжекционную камеру 2, распылитель 3, диспергатор 5, перпендикулярный к оси смесителя, смеситель 4, верхняя часть которого выполнена в виде конфузора, а нижняя в виде диффузора, внутри которого установлены три трехлопастных пропеллера 9.The device contains a housing 1, an injection chamber 2, a sprayer 3, a disperser 5 perpendicular to the mixer axis, a mixer 4, the upper part of which is made in the form of a confuser, and the lower part is in the form of a diffuser, inside which three three-bladed propellers 9 are installed.

Аппарат работает следующим образом.The device works as follows.

Жидкость под давлением подается в распылитель жидкости 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь поступает в смеситель 4, верхняя часть которого выполнена в виде конфузора. Благодаря большому входному сечению расход засасываемого газа значительно увеличивается. Нижняя часть смесителя выполнена в виде диффузора. Внутри смесителя установлены три трехлопастных пропеллера. В смесителе осуществляется первая фаза контакта жидкости и газа. В зависимости от режима работы смесителя, его геометрических параметров и перепада давления на распылителе, в смесителе может образовываться газожидкостный двухфазный поток с различным соотношением жидкости и газа. Двухфазный поток может быть с дисперсной жидкой, либо газовой фазой. При определенных условиях может происходить инверсия фаз в самом смесителе, и газовая фаза становится дисперсной. Подобный режим работы наиболее эффективен ввиду того, что в момент инверсии наблюдается наибольшая поверхность контакта газа и жидкости. За счет удара газожидкостного потока о твердые лопасти пропеллеров и изменения направления потока происходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью. Кроме того, в нижней части смесителя (диффузоре) за счет расширения проходного сечения происходит торможение газожидкостного потока. Вследствие падения скорости, давление в направлении течения растет, и кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную. Потерянная часть кинетической энергии потока затрачивается на образование вихрей, работу против сил трения. Кинетическая энергия потока вблизи стенки недостаточна для того, чтобы переместить поток против сил давления, возрастающих в направлении потока. Вблизи этого сечения начинается отрыв потока от стенки и возникает возвратное течение. В результате у стенки диффузора образуются области циркуляции потока. Слой смеси газа и жидкости между оторвавшимся от стенки и основным потоком неустойчив и периодически свертывается в вихри, которые сносятся вниз по потоку. Это приводит к значительной интенсификации процесса перемешивания газа и жидкости за счет увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления. Таким образом, установленные внутри смесителя три трехлопастных пропеллера способствуют интенсификации перемешивания за счет изменения направления потока и удара газожидкостного потока о твердые преграды.The pressurized liquid is supplied to the liquid atomizer 3, sprayed and sucks in the gas entering the injection chamber 2. The resulting gas-liquid mixture enters the mixer 4, the upper part of which is made in the form of a confuser. Due to the large inlet cross section, the flow rate of the sucked gas is significantly increased. The lower part of the mixer is made in the form of a diffuser. Three three-bladed propellers are installed inside the mixer. In the mixer, the first phase of liquid-gas contact takes place. Depending on the mode of operation of the mixer, its geometric parameters and the pressure drop across the atomizer, a gas-liquid two-phase flow with a different ratio of liquid to gas can form in the mixer. A two-phase flow can be with a dispersed liquid or gas phase. Under certain conditions, a phase inversion can occur in the mixer itself, and the gas phase becomes dispersed. This mode of operation is most efficient due to the fact that at the moment of inversion, the largest contact surface of gas and liquid is observed. Due to the impact of the gas-liquid flow on the solid blades of the propellers and the change in the direction of the flow, intensive mixing of the gas with the liquid occurs. In addition, in the lower part of the mixer (diffuser), due to the expansion of the passage section, the gas-liquid flow is decelerated. Due to the drop in velocity, the pressure in the direction of the flow increases, and the kinetic energy of the flow is partially converted into potential energy. The lost part of the kinetic energy of the flow is spent on the formation of vortices, work against friction forces. The kinetic energy of the flow near the wall is not sufficient to move the flow against the pressure forces that increase in the direction of the flow. Near this cross section, the separation of the flow from the wall begins and a reverse flow occurs. As a result, regions of flow circulation are formed near the wall of the diffuser. The layer of mixture of gas and liquid between the flow separated from the wall and the main flow is unstable and periodically curls up into vortices, which are carried downstream. This leads to a significant intensification of the process of mixing gas and liquid due to an increase in the phase contact surface and the rate of its renewal. Thus, three three-bladed propellers installed inside the mixer contribute to the intensification of mixing by changing the direction of the flow and hitting the gas-liquid flow against solid barriers.

При выходе из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется о диспергатор 5, меняет свое направление и поступает в рабочий объем аппарата, где происходит отделения излишней части жидкости от пены. Полученная пена выходит из аппарата через больший боковой штуцер 6, а излишняя жидкость отводится через нижний штуцер 8. Непроконтактировавший воздух выходит через малый боковой штуцер 7.When leaving the mixer, the gas-liquid flow hits the disperser 5 at high speed, changes its direction and enters the working volume of the apparatus, where the excess liquid is separated from the foam. The resulting foam exits the apparatus through the larger side fitting 6, and the excess liquid is discharged through the lower fitting 8. Non-contacted air exits through the small side fitting 7.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с получением пены большой кратности, при значительном уменьшении гидравлического сопротивления смесителя.The technical result of the proposed utility model is the solution of problems associated with obtaining high expansion foam, with a significant reduction in the hydraulic resistance of the mixer.

Это достигается за счет того, что верхняя часть смесителя 4 выполнена в виде конфузора, нижняя - в виде диффузора, а внутри смесителя установлены три трехлопастных пропеллера.This is achieved due to the fact that the upper part of the mixer 4 is made in the form of a confuser, the lower part is in the form of a diffuser, and three three-blade propellers are installed inside the mixer.

Таким образом, предлагаемый газожидкостный аппарат для получения пены обеспечивает получение пены большой кратности при значительном уменьшении гидравлического сопротивления смесителя.Thus, the proposed gas-liquid apparatus for producing foam provides high-expansion foam with a significant decrease in the hydraulic resistance of the mixer.

Claims

A gas-liquid apparatus for producing foam, containing a housing, an injection chamber, a sprayer, a mixer, a disperser perpendicular to the pipe axis, characterized in that the upper part of the mixer is made in the form of a confuser, the lower part is in the form of a diffuser, and three three-bladed propellers are installed inside the mixer.