RU2365404C1

RU2365404C1 - Method for production of multi-component mix fuels and device for its realisation

Info

Publication number: RU2365404C1
Application number: RU2007147449/15A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков; Сергей Вячеславович Борткевич (RU); Сергей Вячеславович Борткевич; Юрий Михайлович Щекочихин (RU); Юрий Михайлович Щекочихин; Алексей Михайлович Болдырев (RU); Алексей Михайлович Болдырев
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-08-27
Also published as: RU2007147449A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention is related to methods for production of multi-component mix fuels and may be used for treatment of existing fuels and in production of new types of mix fuels, for instance, on the basis of phytogenous substances, waste products of live organisms and wastes of agro-industrial complex. In process of mix fuels treatment due to circulation of components through hydrodynamic cavitation device, periodical negative stresses are developed in zone of components treatment in working reservoir, which result in periodic suction of components inside device in mode of self-excited oscillations and generation of hydrodynamic pressure oscillations in frequency band of 6-50000 Herz. Hydrodynamic cavitation device includes axisymmetric vortex chamber. Axis of symmetry of inlet channel is installed at the angle and is displaced in lateral direction relative to axis of symmetry of vortex chamber. Outlet channel is located coaxially to vortex chamber.

EFFECT: production of homogenous mix fuel with high consumer properties.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области топливно-энергетического комплекса и способам получения смесевых топлив, в том числе и биотоплив, включающие устройства для их получения, и может быть использовано при получении новых видов смешанных топлив как на базе известных штатных топлив, так и веществ растительного происхождения, продуктов жизнедеятельности живых организмов и отходов агропромышленного комплекса.The invention relates to the field of fuel and energy complex and methods for producing mixed fuels, including biofuels, including devices for their production, and can be used to obtain new types of mixed fuels based on known standard fuels and substances of plant origin, products vital activity of living organisms and agricultural waste.

Известны способы и соответствующие устройства их осуществления (патенты: РФ №2221633, 2075619, 2115176)), в которых смеси подвергаются кавитационной обработке.Known methods and corresponding devices for their implementation (patents: RF №2221633, 2075619, 2115176)), in which the mixture is subjected to cavitation treatment.

Недостатком данных способов и соответствующих устройств является невысокая эффективность процесса вследствие относительно низких частот колебаний, которыми обрабатывают жидкую среду, поскольку относительная скорость движения микрочастиц жидкости зависит от квадрата частоты колебаний.The disadvantage of these methods and corresponding devices is the low efficiency of the process due to the relatively low vibration frequencies that process the liquid medium, since the relative velocity of the microparticles of the liquid depends on the square of the vibration frequency.

Известно устройство для приготовления эмульсий, в том числе топливных, содержащее приемный бак, подающие насосы, бак-мерник, бак для эмульсии, гидродинамический эмульгатор и трубопроводы для подачи жидких сред, эмульсора и раздачи эмульсии (а.с. СССР №637138, кл. B01 3/08, 06.07.77).A device for the preparation of emulsions, including fuel, containing a receiving tank, feed pumps, measuring tank, emulsion tank, a hydrodynamic emulsifier and pipelines for supplying liquid media, emulsifier and emulsion distribution (AS USSR No. 637138, cl. B01 3/08, 07/06/77).

Недостатком этого устройства является то, что при хранении эмульсии в баке происходит расслаивание эмульсии, что снижает ее качество и уменьшает срок ее хранения.The disadvantage of this device is that when the emulsion is stored in the tank, the emulsion delaminates, which reduces its quality and reduces its shelf life.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является принятый за прототип способ обработки жидких сред, основанный на взаимодействии с препятствием вытекающей из сопла жидкой струи при резком изменении ее направления, возбуждении колебаний волн давления и кавитации (а.с. СССР №497058, кл. B06B 1/15).The closest in technical essence and the achieved result is the method of processing liquid media adopted as a prototype, based on the interaction with an obstacle of a liquid jet emanating from a nozzle with a sharp change in its direction, excitation of pressure and cavitation waves (as USSR AS No. 497058, class. B06B 1/15).

В этом способе обработка жидких сред осуществляется генераторам колебаний в условиях нерегулируемой циркуляции жидкой среды во всем объеме смешиваемой среды при случайном распределении глобул диспергируемых компонентов и затухании колебаний волн давления на небольшом удалении от генератора.In this method, the processing of liquid media is carried out by oscillation generators in an uncontrolled circulation of a liquid medium in the entire volume of the mixed medium with a random distribution of globules of dispersible components and damping of pressure wave oscillations at a small distance from the generator.

Поэтому недостатком данного способа является то, что для качественного перемешивания требуются большие затраты (по времени и энергии) и он не дает гарантии получения высокодисперсных эмульсий. Известно устройство, принятое за прототип, содержащее приемный бак, подающие насосы, бак-мерник, гидродинамический эмульгатор, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком бака для эмульсии (а.с. СССР №1060212, кл. B01 3/08, 23.03.82).Therefore, the disadvantage of this method is that high-quality mixing requires high costs (time and energy) and it does not guarantee the production of highly dispersed emulsions. A known device adopted for the prototype, containing a receiving tank, feed pumps, measuring tank, hydrodynamic emulsifier, the inlet of which is connected to the outlet of the emulsion tank (AS USSR No. 1060212, class B01 3/08, 03/23/82 )

Недостатком этого устройства является то, что при циркуляции по замкнутому контуру не обеспечивается равномерность перемешивания вследствие концентрации легкого компонента на поверхности и не гарантируется прокачка через эмульгатор всех слоев объема смеси.The disadvantage of this device is that when circulating in a closed circuit, the uniformity of mixing is not ensured due to the concentration of the light component on the surface and it is not guaranteed that all layers of the mixture can be pumped through the emulsifier.

Задачей изобретения является повышение экономичности способа приготовления и улучшение потребительских качеств получаемых смесевых топлив.The objective of the invention is to increase the efficiency of the cooking method and improve the consumer qualities of the resulting mixed fuels.

Техническим результатом данного изобретения, заключающегося в способе получения смесевых топлив в режиме автоколебаний и устройстве для его осуществления, является получение гомогенного топлива с высокими потребительскими свойствами и теплофизическими характеристиками.The technical result of this invention, which consists in a method for producing mixed fuels in the mode of self-oscillations and a device for its implementation, is to obtain a homogeneous fuel with high consumer properties and thermophysical characteristics.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения многокомпонентных смесевых топлив в режиме автоколебаний, предусматривающем помещение компонентов в рабочую емкость и воздействие на них потоком жидкости от устройства, подсоединенного трубопроводной системой к выходу насоса, вход которого, в свою очередь, соединен посредством трубопроводной системы с рабочей емкостью, заполненной компонентами, осуществляют циркуляцию обрабатываемого смесевого топлива или компонентов топлива через гидродинамическое кавитационное устройство в режиме периодических отрицательных напряжений на обрабатываемую среду, с попеременным засасыванием внутрь гидродинамического кавитационного устройства объемов обрабатываемой среды в режиме автоколебаний и генерирование гидродинамических колебаний давления в полосе частот 6-50000 Гц, при этом получение многокомпонентных смешанных топлив осуществляют при расходе смеси Q через гидродинамическое кавитационное устройство в соответствии с зависимостью:The above technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing multicomponent mixed fuels in the self-oscillation mode, which involves placing the components in a working tank and exposing them to a fluid stream from a device connected by a pipeline system to the pump outlet, the input of which, in turn, is connected via a pipeline systems with a working capacity filled with components circulate the processed mixed fuel or fuel components through a hydrodynamic a cavitation device in the regime of periodic negative voltages on the medium being treated, with alternately sucking into the hydrodynamic cavitation device the volumes of the medium being processed in the self-oscillation mode and generating hydrodynamic pressure fluctuations in the frequency range 6-50000 Hz, while obtaining multicomponent mixed fuels is carried out at a flow rate of Q mixture through hydrodynamic cavitation device in accordance with the dependence:

6d²≤Q≤60d²,6d ² ≤Q≤60d ² ,

где Q - расход жидкости через гидродинамическое кавитационное устройство (м³/с), d - эквивалентный диаметр входного канала (м),

, S - площадь поперечного сечения по крайней мере одного входного канала (м²), π=3,1415.where Q is the flow rate of fluid through a hydrodynamic cavitation device (m ³ / s), d is the equivalent diameter of the input channel (m),

, S is the cross-sectional area of at least one input channel (m ² ), π = 3.1415.

Осуществляют циркуляцию обрабатываемого смесевого топлива или компонентов топлива через гидродинамическое кавитационное устройство в условиях нелинейного резонанса и генерирования колебаний волн давления, соответствующих собственной частоте колебаний многофазной среды, находящейся в емкости.The processed mixed fuel or fuel components is circulated through a hydrodynamic cavitation device under conditions of nonlinear resonance and the generation of pressure wave oscillations corresponding to the natural frequency of oscillations of the multiphase medium in the tank.

Технический результат достигается также тем, что в предлагаемом устройстве для получения многокомпонентных смесевых топлив, содержащем рабочую емкость, соединенную посредством трубопроводной системы с входом насоса, выход которого, в свою очередь, соединен с помощью трубопроводной системы с создающей поток жидкости насадкой, насадка выполнена в виде гидродинамического кавитационного устройства, включающем осесимметричную вихревую камеру, по крайней мере, с одним входным каналом, ось симметрии которого расположена под углом и смещена в боковом направлении по отношению к оси симметрии вихревой камеры, и соосно расположенным с вихревой камерой осесимметричным выходным каналом, при этом угол φ между осью симметрии входного отверстия и осью симметрии вихревой камеры изменяется в пределах от 30 до 110 градусов, боковое смещение входного канала гидродинамического кавитационного устройства по отношению к оси симметрии вихревой камеры определяется соотношением:The technical result is also achieved by the fact that in the proposed device for producing multicomponent mixed fuels containing a working tank connected by means of a pipeline system to the pump inlet, the output of which, in turn, is connected using a pipeline system with a nozzle creating a fluid flow, the nozzle is made in the form hydrodynamic cavitation device, including an axisymmetric vortex chamber, with at least one inlet channel, the axis of symmetry of which is angled and offset in the lateral direction with respect to the axis of symmetry of the vortex chamber, and the axisymmetric output channel coaxially located with the vortex chamber, while the angle φ between the axis of symmetry of the inlet and the axis of symmetry of the vortex chamber varies from 30 to 110 degrees, the lateral displacement of the inlet channel of the hydrodynamic cavitation device with respect to the axis of symmetry of the vortex chamber is determined by the ratio:

(D-d)/2≤x≤d,(D-d) / 2≤x≤d,

где x - боковое смещение (м), d - диаметр входного канала (м), D - диаметр вихревой камеры (м).where x is the lateral displacement (m), d is the diameter of the input channel (m), D is the diameter of the vortex chamber (m).

В устройстве возбуждения колебаний давления жидкости, содержащем корпус с внутренней полостью, образованной внутренней камерой и выходным каналом в форме трубки Вентури, и тангенциальными входными отверстиями оси входных тангенциальных отверстий по отношению одна к другой расположены под углом, определяемом из соотношения:In the device for exciting fluid pressure oscillations, comprising a housing with an internal cavity formed by an internal chamber and an output channel in the form of a venturi, and tangential inlet openings, the axes of the inlet tangential openings are located at an angle to one another, determined from the relation:

Ψ=arccos(d/2R),Ψ = arccos (d / 2R),

где Ψ - угол между осями входных тангенциальных отверстий (град.); R - внутренний радиус камеры устройства (м), d - диаметр входных тангенциальных отверстий (м).where Ψ is the angle between the axes of the input tangential holes (deg.); R is the internal radius of the chamber of the device (m), d is the diameter of the input tangential holes (m).

Кроме того, обработка топлива в процессе его получения осуществляется при расходе обрабатываемой многофазной среды Q (м³/с) через входные тангенциальные отверстия, обеспечивающие скорость потока в них в диапазоне 30-130 м/с.In addition, the processing of fuel in the process of its production is carried out at a flow rate of the processed multiphase medium Q (m ³ / s) through tangential inlet openings providing a flow velocity in them in the range of 30-130 m / s.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На Фиг.1 показана схема устройства для получения смесевого топлива. На Фиг.2 показано гидродинамическое кавитационное устройство в продольном разрезе; на Фиг.3 - гидродинамическое кавитационное устройство в поперечном разрезе.Figure 1 shows a diagram of a device for producing mixed fuel. Figure 2 shows a hydrodynamic cavitation device in longitudinal section; figure 3 - hydrodynamic cavitation device in cross section.

Предлагаемое устройство для получения смесевого топлива состоит из насоса 1 (Фиг.1), подающего под давлением обрабатываемую жидкость по напорной линии через трубопроводную систему 4 к гидродинамическому кавитационному устройству 5, которое расположено ниже поверхности обрабатываемой среды 7 в рабочей емкости 6 на расстоянии от дна емкости не выше, чем 0,8H, где H - высота налива жидкости в емкости.The proposed device for producing mixed fuel consists of a pump 1 (Fig. 1), which feeds the processed fluid through a pressure line through a pipeline system 4 to a hydrodynamic cavitation device 5, which is located below the surface of the processed medium 7 in the working tank 6 at a distance from the bottom not higher than 0.8H, where H is the height of the liquid in the tank.

С помощью трубопроводной системы 9 обрабатываемая среда 7 из рабочей емкости 6 подается вновь на вход насоса 1 или непосредственно потребителю. С помощью вентилей 2 и манометра 3 осуществляется регулировка давления напора и расход жидкости через гидродинамическое кавитационное устройство 5, тем самым, изменяя амплитудно-частотную характеристику обработки топлива или его компонентов в режиме автоколебаний.Using the piping system 9, the medium 7 from the working tank 6 is fed back to the inlet of the pump 1 or directly to the consumer. By means of valves 2 and manometer 3, the pressure of the head and the flow rate of the liquid are adjusted through the hydrodynamic cavitation device 5, thereby changing the amplitude-frequency characteristic of the processing of fuel or its components in self-oscillation mode.

Гидродинамическое кавитационное устройство 5 выполнено в виде осесимметричной вихревой камеры 10 с, по крайней мере, одним входным каналом 11, ось симметрии которого расположена под углом Ψ (Фиг.2) к оси симметрии вихревой камеры 10.The hydrodynamic cavitation device 5 is made in the form of an axisymmetric vortex chamber 10 with at least one input channel 11, the axis of symmetry of which is located at an angle Ψ (Figure 2) to the axis of symmetry of the vortex chamber 10.

Заявленный способ реализуется следующим образом. Рабочая емкость 6 заполняется обрабатываемым топливом или его компонентами. После включения насоса 1 в режиме рециркуляции по контуру: выход насоса 1 - трубопроводная система 4 - гидродинамическое кавитационное устройство 5 - компоненты смесевого топлива в рабочей емкости 7 - трубопроводная система 9 - вход насоса 1 с помощью вентилей 2 и манометра 3 устанавливают оптимальные расход обрабатываемой жидкости и давление нагнетания через гидродинамическое кавитационное устройство 5 в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого топлива или компонентов получаемого многокомпонентного топлива 8. Гидродинамическое кавитационное устройство 5 находится ниже поверхности жидкой среды 7. При поступлении обрабатываемой среды из трубопроводной системы 4 через канал 19 (Фиг.2) и, по крайней мере, одного входного канала 11 в осесимметричную вихревую камеру 10 поток обрабатываемой смеси или жидкости закручивается. Вследствие закрутки потока жидкости 17 в вихревой камере 10 на ее оси симметрии образуется область разряжения с развитой кавитацией, от которой отрываются кавитационные каверны с частотой в диапазоне от единиц до сотен Гц, насыщенные кавитационными пузырьками, которые схлопываются в рабочей емкости на определенном расстоянии от выхода из выходного канала 16, вызывая гидродинамические колебания давления в диапазоне частот 200-50000 Гц. Совпадение рабочих параметров гидродинамического генератора колебаний с собственной частотой колебаний многофазной среды в рабочей емкости приводит к автоколебательному режиму в рабочей емкости, что существенно интенсифицирует процесс обработки топлива или его компонентов.The claimed method is implemented as follows. The working tank 6 is filled with the processed fuel or its components. After switching on the pump 1 in the recirculation mode: pump output 1 - pipeline system 4 - hydrodynamic cavitation device 5 - mixed fuel components in the working tank 7 - pipeline system 9 - pump inlet 1 using valves 2 and manometer 3 set the optimal flow rate of the processed fluid and injection pressure through a hydrodynamic cavitation device 5 depending on the physicochemical properties of the processed fuel or components of the resulting multicomponent fuel 8. Hydrodynamic skoe cavitation device 5 is located below the surface of liquid medium 7. When a processing medium from the pipe system 4 via a channel 19 (Figure 2) and at least one input channel 11 in a rotationally symmetrical vortex chamber 10, the flow of processed liquid mixture or twisted. Due to the swirling of the fluid flow 17 in the vortex chamber 10, a vacuum region with developed cavitation is formed on its axis of symmetry, from which cavitation cavities with a frequency in the range from units to hundreds Hz, saturated with cavitation bubbles that collapse in the working tank at a certain distance from the exit from output channel 16, causing hydrodynamic pressure fluctuations in the frequency range 200-50000 Hz. The coincidence of the operating parameters of the hydrodynamic oscillation generator with the natural frequency of oscillations of the multiphase medium in the working capacity leads to a self-oscillating mode in the working capacity, which significantly intensifies the processing of fuel or its components.

Предлагаемый способ и устройство обеспечивают существенную интенсификацию процесса обработки смесевого топлива и, соответственно, обеспечивают гомогенность получаемого топлива, высокие потребительские свойства и теплофизические характеристики.The proposed method and device provide a significant intensification of the processing of mixed fuel and, accordingly, ensure the homogeneity of the resulting fuel, high consumer properties and thermophysical characteristics.

Claims

1. A method of producing multicomponent mixed fuels in the mode of self-oscillations, which provides for the placement of components in a working tank and exposure to them with a fluid stream from a device connected by a pipeline system to the pump outlet, the input of which, in turn, is connected to a working tank filled with components characterized in that they circulate the processed mixed fuel or fuel components through a hydrodynamic cavitation device in the period mode negative negative stresses on the medium being treated, with alternately sucking into the hydrodynamic cavitation device the volumes of the medium being processed in the self-oscillating mode and generating hydrodynamic pressure fluctuations in the frequency range of 6-50000 Hz, while the production of multicomponent mixed fuels is carried out when the mixture Q flows through the hydrodynamic cavitation device in accordance with with dependency:
6d ² ≤Q≤60d ² ,
where Q is the flow rate of fluid through a hydrodynamic cavitation device (m ³ / s), d is the equivalent diameter of the input channel (m),

S is the cross-sectional area of at least one input channel (m ² ), π = 3.1415.

2. A device for producing multicomponent mixed fuels, comprising a working tank connected via a pipeline system to the pump inlet, the output of which, in turn, is connected via a pipeline system to a nozzle creating a fluid flow, characterized in that the nozzle is made in the form of a hydrodynamic cavitation device including an axisymmetric vortex chamber with at least one inlet channel, the axis of symmetry of which is angled and laterally displaced with respect to the axis and the symmetry of the vortex chamber, and the axisymmetric output channel coaxially located with the vortex chamber, the angle φ between the symmetry axis of the inlet and the axis of symmetry of the vortex chamber varying from 30 to 110 °, the lateral displacement of the input channel of the hydrodynamic cavitation device with respect to the axis of symmetry vortex chamber is determined by the ratio:
(Dd) / 2≤x≤d,
where x is the lateral displacement (m), d is the diameter of the input channel (m), D is the diameter of the vortex chamber (m).