RU222106U1 - Газожидкостный аппарат для получения пены - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия, и может быть использована в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической, металлургической промышленности и в структурах МЧС.

Газожидкостный аппарат для получения пены содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель, диспергатор, перпендикулярный к оси смесителя, который выполнен в виде сопла Лаваля, в нижней части которого установлены три трехлопастных пропеллера.

Благодаря удлиненной нижней части сопла Лаваля происходит значительное увеличение скорости истечения газожидкостного потока из сопла, а соответственно увеличение тяги, т.е. силы, вызывающей перемещение газожидкостного потока. При этом значительно возрастает расход засасываемого газа, что способствует получению большого количества пены большой кратности.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с получением большого количества пены большой кратности, за счет увеличения скорости истечения газожидкостного потока через смеситель, а соответственно увеличения тяги, т.е. силы, вызывающей перемещение потока.

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.

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. Стр. 18-25]. Недостатком этих аппаратов является низкие дисперсность и кратность получаемой пены.

С целью интенсификации процесса смешения фаз с целью получения высоких 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. Особое место в конструкциях пеногенераторов занимает использование сопла Лаваля [Патент RU №2297260, МПК А62С 5/02, В28С 5/38, опубл. 20.04.2007, БИ №11]. Сопло представляет собой канал особого профиля. На конфузорной (начальной) части поток сильно разгоняется до больших скоростей (иногда до скорости звука). Длина диффузора превышает длину конфузора в несколько раз. Удлинение диффузора способствует увеличению скорости истечения газа через сопло, а соответственно увеличению тяги, т.е. силы, вызывающей перемещение потока.

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. стр. 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.

Наиболее близким конструктивным аналогом является газожидкостный аппарат для получения пены [патент на полезную модель RU №216370, B01F 25/30, B01F 27/91, опубл. 31.01.2023, БИ №4], который примем в качестве прототипа. Устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель, диспергатор, смеситель, верхняя часть которого выполнена в виде конфузора, а нижняя в виде диффузора и внутри смесителя установлены три трехлопастных пропеллера.

Недостатками прототипа является то, что из-за малых скоростей в смесителе невозможно получить большое количество пены большой кратности. Кроме этого смеситель имеет большое гидравлическое сопротивление.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является получение большого количества пены большой кратности.

Технический результат достигается за счет того, что предлагается газожидкостный аппарат для получения пены, содержащий корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы,

Отличительными конструктивными особенностями предлагаемой полезной модели является то, что смеситель газожидкостного аппарата для получения пены выполнен в виде сопла Лаваля, в нижней части которого установлены три трехлопастных пропеллера.

На фиг. 1 изображен газожидкостный аппарат для получения пены.

Газожидкостный аппарат для получения пены содержит корпус 1, инжекционную камеру 2, распылитель 3, диспергатор 5, перпендикулярный к оси смесителя, смеситель 4, выполненный в виде сопла Лаваля, в нижней части которого установлены три трехлопастных пропеллера 9.

Газожидкостный аппарат для получения пены работает следующим образом.

Жидкость под давлением подается в распылитель жидкости 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь поступает в смеситель 4, выполненый в виде сопла Лаваля. Верхняя часть смесителя выполнена в виде короткого конфузора, где газожидкостный поток разгоняется до больших скоростей, что значительно увеличивает тягу, т.е. силу, вызывающую перемещение потока. Нижняя часть смесителя выполнена в виде диффузора, длина которого в несколько раз больше длины конфузора. Внутри нижней части сопла Лаваля 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. Часть газожидкостного потока, который движется вдоль стенок сопла имеют меньшую скорость, чем поток, удаленный от стенок. Образующийся пограничный слой утолщается вниз по потоку, что создает интенсивную турбулизацию потока. За счет удара газожидкостного потока о твердые лопасти пропеллеров и изменения направления потока происходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью. 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. Установленные внутри смесителя три трехлопастных пропеллера также способствуют интенсификации перемешивания за счет изменения направления потока и удара газожидкостного потока о твердые преграды.

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 штуцер 6, а излишняя жидкость отводится через штуцер 8. Непроконтактировавший воздух выходит через штуцер 7.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с получением большого количества пены большой кратности, за счет увеличения скорости истечения газожидкостного потока через смеситель, а соответственно увеличения тяги, т.е. силы, вызывающей перемещение потока.

Это достигается за счет того, что смеситель выполнен в виде сопла Лаваля, в нижней части которого установлены три трехлопастных пропеллера. Благодаря удлиненной нижней части сопла Лаваля происходит значительное увеличение скорости истечения газожидкостного потока из сопла, а соответственно увеличение тяги, т.е. силы, вызывающей перемещение газожидкостного потока. При этом значительно возрастает расход засасываемого газа, что способствует получению большого количества пены большой кратности.

Таким образом, предлагаемый газожидкостный аппарат для получения пены обеспечивает получение большого количества пены большой кратности, за счет увеличения скорости истечения газожидкостного потока из сопла, а соответственно увеличения тяги, т.е. силы, вызывающей перемещение газожидкостного потока.

Claims (1)

1. Газожидкостный аппарат для получения пены, содержащий корпус с инжекционной камерой, распылителем, смесителем и диспергатором, при этом инжекционная камера расположена в верхней части корпуса и сообщена со смесителем, сообщенным с рабочим объемом корпуса, распылитель расположен в верхней части корпуса напротив входа в смеситель, а диспергатор расположен в нижней части корпуса под смесителем перпендикулярно к его оси, отличающийся тем, что смеситель выполнен в виде сопла Лаваля, внутри нижней части которого установлены три трехлопастных пропеллера.

Images