RU2371245C2 - Reactor and cavitation device - Google Patents
Reactor and cavitation device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2371245C2 RU2371245C2 RU2007135140/15A RU2007135140A RU2371245C2 RU 2371245 C2 RU2371245 C2 RU 2371245C2 RU 2007135140/15 A RU2007135140/15 A RU 2007135140/15A RU 2007135140 A RU2007135140 A RU 2007135140A RU 2371245 C2 RU2371245 C2 RU 2371245C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- processed product
- output
- generator
- reactor
- reactor according
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Группа изобретений относится преимущественно к химической аппаратуре и предназначена для активации:The group of inventions relates mainly to chemical equipment and is intended to activate:
- окислительно-восстановительных реакций в жидкой фазе между растворенными веществами и продуктами диссоциации воды, возникающими в кавитационных пузырьках и переходящими в раствор после их схлопывания;- redox reactions in the liquid phase between the dissolved substances and the products of dissociation of water that occur in cavitation bubbles and pass into the solution after their collapse;
- реакций между растворенными газами и веществами с высокой упругостью пара внутри кавитационных пузырьков;- reactions between dissolved gases and substances with high vapor pressure inside cavitation bubbles;
- цепных реакций в растворе, которые индуцируются нерадикальными продуктами расщепления, а каким-либо другим веществом, присутствующим в системе и расщепляющимся в кавитационной полости;- chain reactions in solution, which are induced by non-radical cleavage products, and by some other substance present in the system and cleaved in the cavitation cavity;
- реакций с участием макромолекул (например, деструкция углеводородов).- reactions involving macromolecules (e.g., destruction of hydrocarbons).
В частности, заявляемые объекты обеспечивают предварительное окисление нефтяного сырья путем образования свободных радикалов, перекисных и других содержащих кислород соединений при производстве нефтебитумов. Реактор и кавитационная камера являются также средствами интенсификации тепло - и массообмена, сатурации, смешения и гомогенизации, а также могут применяться в микробиологическом производстве и системах водоочистки в качестве дезинтегратора микроорганизмов и клеточных оболочек.In particular, the claimed objects provide preliminary oxidation of crude oil by the formation of free radicals, peroxides and other oxygen-containing compounds in the production of petroleum bitumen. The reactor and cavitation chamber are also means of intensifying heat and mass transfer, saturation, mixing and homogenization, and can also be used in microbiological production and water treatment systems as a disintegrator of microorganisms and cell membranes.
Известна «Установка для термической переработки тяжелых нефтесодержащих фракций» по патенту RU 2215775. Она содержит рабочую емкость для исходного сырья, устройства для обработки исходного сырья, разделения обработанного сырья, а также охлаждения и конденсации конечного продукта, сообщенные между собой. Устройство для обработки исходного сырья содержит кавитатор в виде многоступенчатого роторно-пульсационного аппарата, а также генератор и излучатель электромагнитных колебаний в виде размещенной в емкости для исходного сырья биметаллической антенны. Для продуктивного воздействия генератора электромагнитных колебаний и роторно-пульсационного аппарата на сырье требуются неприемлемо большие удельные затраты энергии, что ограничивает промышленное применение.The well-known "Installation for the thermal processing of heavy oily fractions" according to patent RU 2215775. It contains a working capacity for the feedstock, a device for processing feedstock, separation of the processed feedstock, as well as cooling and condensation of the final product, interconnected. A device for processing the feedstock contains a cavitator in the form of a multi-stage rotary-pulsation apparatus, as well as a generator and emitter of electromagnetic waves in the form of a bimetallic antenna located in the tank for the feedstock. For the productive impact of an electromagnetic oscillation generator and a rotary-pulsation apparatus on raw materials, unacceptably large specific energy costs are required, which limits industrial application.
Известен кавитационный реактор (патент RU 2029611 - наиболее близкий аналог для реактора), который содержит проточную камеру с входным и выходным устройствами, установленный в камере кавитатор, сосуд с воздушной подушкой, а также генератор гидроударов. Последний установлен на выходе проточной камеры и выполнен в виде ударного клапана с внешним приводом. Имеется клапан избыточного давления, подсоединенный к проточной камере за кавитатором. Клапаном избыточного давления (назван в описании изобретения «обратным») оборудован также кавитатор. Клапан этот открывается при гидроударе и пропускает волну давления в направлении, противоположном направлению рабочего потока. Последнее обстоятельство ослабляет дискретно-импульсное воздействие на обрабатываемые жидкости, поскольку ударная волна не направляется на кавитатор, а пропускается сквозь него, при этом демпфируясь газовой подушкой сосуда. Таким образом, взаимное расположение элементов и связи между ними неоптимальны, а внешний механический привод ударного клапана удорожает конструкцию и снижает ее надежность.Known cavitation reactor (patent RU 2029611 - the closest analogue for the reactor), which contains a flow chamber with inlet and outlet devices, a cavitator installed in the chamber, a vessel with an air cushion, and a water hammer generator. The latter is installed at the outlet of the flow chamber and is made in the form of a shock valve with an external drive. There is an overpressure valve connected to the flow chamber behind the cavitator. The overpressure valve (referred to in the description of the invention as "reverse") is also equipped with a cavitator. This valve opens during water hammer and transmits a pressure wave in the direction opposite to the direction of the working flow. The latter circumstance weakens the discrete-pulse effect on the processed fluids, since the shock wave is not directed to the cavitator, but is transmitted through it, while being damped by the gas cushion of the vessel. Thus, the relative position of the elements and the connections between them are not optimal, and the external mechanical drive of the shock valve increases the cost of the structure and reduces its reliability.
Известен гидродинамический кавитационный аппарат (патент RU 2144627 - наиболее близкий аналог для кавитационного аппарата), который выполнен в виде трубы с входными и выходными отверстиями, кавитатором («кавитационной вставкой»), а также цилиндрической и «конфузорной» камерами. Кавитационный аппарат снабжен торцовой крышкой с завихрителем («тангенциальные каналы для подвода жидкости от насоса в цилиндрическую камеру»). Данное устройство имеет ограниченную сферу применения (в качестве смесителя либо дегазатора не содержащих твердых включений жидкостей), поскольку при высоких гидравлических потерях сообщает жидкости малую удельную мощность.Known hydrodynamic cavitation apparatus (patent RU 2144627 - the closest analogue for the cavitation apparatus), which is made in the form of a pipe with inlet and outlet openings, a cavitator ("cavitation insert"), as well as a cylindrical and "confuser" cameras. The cavitation apparatus is equipped with an end cap with a swirl ("tangential channels for supplying fluid from the pump to the cylindrical chamber"). This device has a limited scope of application (as a mixer or degasser that does not contain solid inclusions of liquids), because at high hydraulic losses, the liquid gives a low specific power.
Задачами заявляемой группы изобретений являются:The objectives of the claimed group of inventions are:
- повышение удельной мощности дискретно - импульсного воздействия на обрабатываемые в реакторе жидкости (либо гетерогенные среды);- increasing the specific power of the discrete - pulse effect on the liquid processed in the reactor (or heterogeneous media);
- расширение функциональных возможностей;- expansion of functionality;
- обеспечение надежности работы оборудования.- ensuring the reliability of the equipment.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в реакторе, содержащем генератор гидроударов в обрабатываемом продукте и кавитационный аппарат, средство для циркуляции обрабатываемого продукта, согласно изобретению каналы подачи обрабатываемого продукта на входы генератора гидроударов и кавитационного аппарата отделены друг от друга разобщающим клапаном и в каждом из этих каналов установлен обратный клапан, причем реактор снабжен аккумулятором давления обрабатываемого продукта, вход которого через обратный клапан соединен с первым выходом генератора, а выход - со вторым входом кавитационного аппарата, выход которого и второй выход генератора гидроударов имеют возможность соединения с резервуаром для обрабатываемого продукта.These technical results are achieved by the fact that in a reactor containing a water hammer generator in the processed product and a cavitation apparatus, means for circulating the processed product, according to the invention, the feed channels of the processed product to the inputs of the water hammer generator and cavitation apparatus are separated from each other by a disconnecting valve and in each of these of channels, a check valve is installed, and the reactor is equipped with a pressure accumulator of the processed product, the inlet of which is connected through a check valve the first output of the generator, and an output - to a second input of the cavitation apparatus, the output of which and the second output generator water hammer are connectable to the tank for the treated product.
Реактор может быть снабжен установленным на резервуаре для обрабатываемого продукта резервуаром для реагентов, подаваемых в обрабатываемый продукт, связанным с аккумулятором давления, который может быть установлен на резервуаре для обрабатываемого продукта.The reactor can be equipped with a reagent tank mounted on the tank for the processed product, supplied to the processed product, associated with a pressure accumulator, which can be installed on the tank for the processed product.
Насос может быть размещен в резервуаре для обрабатываемого продукта.The pump can be placed in the tank for the processed product.
Реактор может быть снабжен тройником или эжектором, расположенным в резервуаре для обрабатываемого продукта и содержащим активное и пассивное сопла, камеру смешения обрабатываемого продукта и диффузор, причем выход кавитационного аппарата соединен с активным соплом, второй выход генератора гидроимпульсов - с пассивным, а диффузор сообщен с резервуаром для обрабатываемого продукта.The reactor can be equipped with a tee or ejector located in the reservoir for the processed product and containing an active and passive nozzle, a mixing chamber of the processed product and a diffuser, the output of the cavitation apparatus being connected to the active nozzle, the second output of the hydraulic pulse generator to passive, and the diffuser in communication with the reservoir for the processed product.
Механизм инициирования гидроударов может быть выполнен в виде перфорированной перегородки, установленной у второго выхода генератора и закрепленной на перегородке направляющей, на которой с возможностью перемещения и взаимодействия с седлом установлена тарелка, подпружиненная относительно перегородки, или в виде установленной торцом на его втором выходе спиральной пружины цилиндрической или конической формы, на втором торце которой закреплена пробка.The mechanism of initiation of water hammer can be made in the form of a perforated partition mounted at the second output of the generator and fixed on the partition of the guide, on which, with the possibility of movement and interaction with the saddle, a plate is installed, spring-loaded relative to the partition, or in the form of a coil spring mounted on the second output of it or conical shape, on the second end of which a cork is fixed.
Обратный клапан, установленный на входе генератора гидроударов, и разобщающий клапан могут быть установлены в общем корпусе, соединены друг с другом штоком, подпружиненным относительно корпуса, причем каждый из клапанов имеет возможность взаимодействия со своим седлом, а длина штока превышает расстояние между седлами, а корпус с обратным и разобщающим клапанами может быть размещен в резервуаре для обрабатываемого продукта, при этом как минимум, один из его элементов, имеющих возможность контакта с обрабатываемым продуктом, может быть выполнен из соединения материалов: политетрафторэтилен - полиметилметакрилат или из материалов аналогичных физико-химических свойств.The non-return valve installed at the inlet of the hydroshock generator and the uncoupling valve can be installed in a common housing, connected to each other by a rod, spring-loaded relative to the housing, each of the valves being able to interact with its seat, and the stem length exceeds the distance between the seats, and the housing with check and disconnect valves can be placed in the reservoir for the processed product, while at least one of its elements that can contact the processed product can be in Full of compound materials: polytetrafluoroethylene - polymethyl methacrylate or from materials similar physicochemical properties.
В кавитационном аппарате, содержащем корпус с входным и выходным каналами, образованную в корпусе камеру, а также кавитатор, новым является то, что кавитационный аппарат снабжен вторым входным каналом, сообщенным с камерой, имеющим возможность соединения с выходом аккумулятора давления обрабатываемой среды и расположенным тангенциально относительно внутренней поверхности камеры, а кавитатор установлен в выходном канале.In a cavitation apparatus comprising a housing with input and output channels, a chamber formed in the housing, as well as a cavitator, it is new that the cavitation apparatus is equipped with a second input channel in communication with the camera, which is able to connect tangentially with the output of the pressure accumulator of the medium being processed the inner surface of the chamber, and the cavitator is installed in the output channel.
Кавитационный аппарат может быть снабжен завихрителем потока обрабатываемой среды, расположенным в камере аппарата, выполненным в виде лопаток, закрепленных в камере, а в корпусе кавитационного аппарата у первого входа может быть установлено турбинное колесо с возможностью авторотации, при этом, как минимум, один из его элементов, имеющих возможность контакта с обрабатываемым продуктом, выполнен из соединения материалов: политетрафторэтилен - полиметилметакрилат или из материалов аналогичных физико-химических свойств.The cavitation apparatus can be equipped with a swirler of the medium flow, located in the apparatus chamber, made in the form of blades fixed in the chamber, and a turbine wheel with the possibility of autorotation can be installed in the housing of the cavitation apparatus at the first inlet, with at least one of its elements having the ability to contact with the processed product is made from a combination of materials: polytetrafluoroethylene - polymethylmethacrylate or from materials of similar physical and chemical properties.
В заявленной группе изобретений одно из решений (кавитационный аппарат) является частью другого (реактор), а следовательно, заявленная группа изобретений полностью соответствует условию единства изобретения, установленному п.2.3. «Правил составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение». Естественно, что это не означает, что кавитационный аппарат не может быть использован самостоятельно или в составе других устройств.In the claimed group of inventions, one of the solutions (cavitation apparatus) is part of another (reactor), and therefore, the claimed group of inventions fully complies with the condition for the unity of the invention established by clause 2.3. "Rules for the compilation, filing and consideration of applications for the grant of a patent for an invention." Naturally, this does not mean that the cavitation apparatus cannot be used independently or as part of other devices.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленной группе изобретений, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию патентоспособности «новизна».When conducting patent research from the prior art, no solutions were identified that are identical to the claimed group of inventions, and therefore, the claimed group of inventions meets the condition of patentability “novelty”.
Сущность заявленной группы изобретений не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».The essence of the claimed group of inventions does not follow explicitly from the solutions known from the prior art, and therefore, the claimed group of inventions meets the eligibility condition "inventive step".
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практической реализации решений группы изобретений.The information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the solutions of the group of inventions.
Конструктивное выполнение узлов и агрегатов группы изобретений, не показанное в материалах заявки, является известным и не составляет предмета патентной охраны в настоящей заявке.The constructive implementation of the nodes and assemblies of the group of inventions, not shown in the application materials, is known and does not constitute the subject of patent protection in this application.
Заявленная группа изобретений иллюстрируется следующими графическими материалами:The claimed group of inventions is illustrated by the following graphic materials:
Фигура 1 - реактор, схема принципиальная;Figure 1 - reactor, circuit diagram;
Фигура 2 - механизм инициирования гидроудара (фрагмент Б на фигуре 1);Figure 2 - mechanism for initiating water hammer (fragment B in figure 1);
Фигура 3 - модификация реактора;Figure 3 - modification of the reactor;
Фигура 4 - рабочая камера кавитационного аппарата, разрез;Figure 4 - working chamber of the cavitation apparatus, section;
Фигура 5 - разрез А-А на фигуре 4;Figure 5 is a section aa in figure 4;
Фигура 6 - завихритель с лопаточным направляющим аппаратом;Figure 6 - swirl with a scapular guide apparatus;
Фигура 7 - механизм инициирования гидроудара;Figure 7 - mechanism for initiating water hammer;
Фигура 8 - модификация реактора;Figure 8 - modification of the reactor;
Фигура 9 - фрагмент фиг.3 (блок обратного и разобщающего клапанов, изображены два крайних положения);Figure 9 is a fragment of figure 3 (block check and uncoupling valves, two extreme positions are shown);
Фигура 10 - модификация реактора;Figure 10 - modification of the reactor;
Фигура 11 - модификация реактора;Figure 11 - modification of the reactor;
Фигура 12 - одно из возможных исполнений эжектора (фрагмент В на фигуре 11).Figure 12 is one of the possible versions of the ejector (fragment B in figure 11).
Элементы объектов группы изобретений на фигурах 1-12 обозначены как:Elements of the objects of the group of inventions in figures 1-12 are indicated as:
1 - генератор гидроударов; 2 - камера; 3 - входной канал камеры; 4 - выходной канал камеры; 5 - кавитатор; 6 - сосуд с газовой подушкой; 7 - механизм инициирования гидроудара; 8 - разобщающий клапан; 9 - обратный клапан; 10 - насос; 11 - резервуар; 12 - входной канал генератора; 13 - первый выходной канал генератора; 14 - второй выходной канал генератора; 15 - дополнительный обратный клапан; 16 - внешний источник газа; 17 - завихритель; 18 - полуоткрытая полость; 19 - входное отверстие выпускного патрубка; 20 - кольцевой канал камеры; 21 - лопаточный направляющий аппарат; 22 - часть рабочей камеры, выполненная из политетрафторэтилена; 23 - часть рабочей камеры, выполненная из полиметилметакрилата; 24 - канал связи полости 18 с клапаном 8; 25 - обратный клапан на выходе канала 24; 26 - перегородка; 27 - седло ударного клапана; 28 - направляющая; 29 - клапанная тарелка; 30 - ступица; 31 - винтовая пружина сжатия; 32 - винтовая пружина растяжения; 33 - пробка; 34 - шток, связывающий обратный и разобщающий клапаны; 35 - седло обратного клапана; 36 - седло разобщающего клапана; 37 - возвратная пружина; 38 - эжектор; 39 - активное сопло эжектора; 40 - пассивное сопло эжектора; 41 - камера смешения; 42 - диффузор; 43 - ось; 44 - турбинное колесо; L - удаление входного отверстия 19 от торцовой поверхности полости 18 (фигура 4).1 - water hammer generator; 2 - camera; 3 - input channel of the camera; 4 - output channel of the camera; 5 - cavitator; 6 - a vessel with a gas cushion; 7 - mechanism for initiating water hammer; 8 - uncoupling valve; 9 - check valve; 10 - pump; 11 - tank; 12 - input channel of the generator; 13 - the first output channel of the generator; 14 - second output channel of the generator; 15 - additional check valve; 16 - external gas source; 17 - swirl; 18 - half-open cavity; 19 - inlet of the exhaust pipe; 20 - annular channel of the camera; 21 - blade guide apparatus; 22 - part of the working chamber made of polytetrafluoroethylene; 23 - part of the working chamber made of polymethyl methacrylate; 24 - communication channel of the
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Реактор содержит связанный с генератором гидроударов 1 кавитационный аппарат, содержащий образованную в корпусе аппарата камеру 2 с входным 3 и выходным 4 каналами и кавитатором 5. В состав реактора входит аккумулятор 6 давления обрабатываемого продукта с газовой подушкой. Генератор гидроударов 1 снабжен механизмом 7 инициирования гидроударов. Циркуляция обрабатываемого продукта по реактору обеспечивается средством, которое может быть выполнено различным образом. Это может быть насос, устройство, генерирующее магнитное поле, которое обеспечивает циркуляцию, циркуляция может быть обеспечена устройством, создающим градиент температур, за счет которого обеспечивается циркуляция, или за счет других устройств, конструкции которых известны.The reactor contains a cavitation apparatus connected to the
Выполнение и работу реактора рассмотрим на примере использования в качестве вышеуказанного средства насоса. Однако это не означает, что в качестве средства для циркуляции обрабатываемого продукта не может быть использовано иное его исполнение. Реактор также содержит разобщающий 8 и обратный 9 клапаны, а также насос 10 и резервуар 11 для обрабатываемого продукта. Резервуар 11 сообщен со всасывающим патрубком насоса и выходным каналом 4. Возможность размещения камеры 2 и/или других элементов реактора внутри резервуара 11 отражена на фигурах 3 и 8. Генератор 1 выполнен с входным 12 и двумя выходными каналами. Входной канал 12 сообщен с нагнетательным патрубком насоса и разобщающим клапаном 8. Разобщающим клапаном может, в частности, быть клапан избыточного давления. Альтернативное исполнение данного клапана изображено на фигурах 3 и 9, где разобщающий клапан связан общим штоком 34 с обратным клапаном 15. Шток опирается на центральное отверстие седла 36. Тарелка клапана 15 подпружинена относительно седла 36, винтовая пружина сжатия 37 надета на шток 34 и упирается в седло 36. Длина штока 34 превышает расстояние между седлами 35 (обратного клапана) и 36 (разобщающего клапана). При открытом обратном клапане 15 разобщающий клапан 8 закрыт, а при закрытом обратном клапане - открыт.The execution and operation of the reactor will be considered using an example of the use of a pump as the above. However, this does not mean that other means cannot be used as a means for circulating the processed product. The reactor also contains uncoupling 8 and
Первый выходной канал генератора 1 через обратный клапан 9 сообщен с аккумулятором 6.The first output channel of the
Второй выходной канал 14 генератора 1, всасывающий патрубок насоса и выпускной патрубок 4 камеры 2 могут быть сообщены посредством тройника, а также струйного или вихревого эжектора 38 (фиг.11), содержащего активное 39 и пассивное 40 сопла, камеру смешения 41 и диффузор 42 (фиг.12). При этом выходной канал 4 камеры 2 подключен к активному соплу 39, второй выходной канал 14 генератора 1 подключен к пассивному соплу 40, а диффузор 42 сообщен с всасывающим патрубком насоса.The
Возможно исполнение реактора, при котором аккумулятор 6 выполнен с горловиной, соединенной со средней частью камеры 2 кавитационного аппарата соосно ее выходному каналу 4 (фигура 8). Аккумулятор 6 может быть сообщен с внешним источником - резервуаром 16 газа или смесей газов (например, озона в случае использования реактора для окисления битума). Источником может быть, в частности, баллон (фигура 1) с газовым редуктором (не показан) и обратным клапаном. Кавитационный аппарат, как уже было указано выше, содержит камеру 2, которая снабжена завихрителем 17 и полуоткрытой полостью 18. Входное отверстие 19 канала 4 аппарата расположено внутри камеры и сообщено с полостью 18, а кавитатор установлен внутри канала 4. В простейшем случае завихритель может быть образован тангенциальным расположением входного канала по отношению к внутренней поверхности 20 камеры 2 (фигура 5). Завихритель также может содержать лопаточный направляющий аппарат 21 (фигура 6). Завихритель 17 может быть выполнен и в виде улитки (спирального соплового ввода), данное исполнение на фигурах не показано, оно хорошо известно). Кавитатор 5 является элементом, охарактеризованным в формуле на функциональном уровне. На фигурах изображен кавитатор 5 в виде конуса или пирамиды с ребрами для крепления в канале 4. Вершина кавитатора обращена в сторону полуоткрытой полости 18. Данный вариант исполнения является частным и не исчерпывают всех возможных вариантов конструкции кавитатора.Possible execution of the reactor, in which the
Возможно взаимное относительное перемещение полуоткрытой полости 18 и входного отверстия выходного канала 4 вдоль оси камеры 2 (с изменением размера L, фигура 4). Указанная возможность позволяет настраивать аппарат для тех или иных режимов и видов сырья. Разобщающий клапан 8 в частном случае может быть сообщен с резервуаром каналом 24 через полуоткрытую полость 18 камеры 2 и ее выходной канал 4. При этом между клапаном 8 и полуоткрытой полостью 18 может быть размещен обратный клапан 25, «нормально открытый» в сторону выходного канала 4 (фигура 1). Полуоткрытая полость 18 рабочей камеры 2 может содержать диффузор с установленным на оси 43 с возможностью авторотации турбинным колесом 44 (фиг.3). Ось 43 при этом выполнена полой для связи с каналом 24. Все или некоторые части кавитационного аппарата могут быть выполнены из соединения материалов политетрафторэтилен-полиметилметакрилат, либо же из материалов, аналогичных указанным по физико-химическим свойствам. Например, из политетрафторэтилена может быть выполнена деталь 22, а деталь 23 может быть выполнена из полиметилметакрилата (фигура 4).Mutual relative movement of the half-
При расположении генератора 1 вне резервуара 11 предпочтительным является использование механизма 7, который показан на фигурах 2 и 10. Согласно этому исполнению, перед вторым выходным каналом 14 генератора 1 закреплена профилированная перфорированная перегородка 26 с седлом 27. По центру перегородки закреплена неподвижная направляющая 28, на которой с возможностью осевого перемещения установлена клапанная тарелка 29 с опорной ступицей 30. Тарелка 29 подпружинена относительно перегородки посредством винтовой пружины сжатия 31. Следует подчеркнуть, что направляющая 28 может иметь сквозное отверстие для сообщения канала 13 генератора с патрубком 14 камеры (как это изображено на фигуре 10). В случае размещения механизма 7 внутри резервуара 11 (фигуры 3 и 8) его конструкция упрощается (фигуры 7 и 8). При этом механизм 7 выполнен в виде консольно закрепленной на выходном патрубке 14 винтовой пружины 32, закрытой со свободного торца пробкой 33. Пружина 32 может быть пружиной растяжения (фигура 7) или пружиной сжатия (фигура 8). При наличии в конструкции пружины растяжения и отсутствии внешнего воздействия витки ее плотно сомкнуты. При включении насоса 10 давление жидкости на дно пробки 33 преодолевает упругость пружины, между витками образуется зазор. Давление в полости пружины падает, сила упругости возвращает витки пружины в исходное положение, прерывая истечение жидкости. Внезапная остановка потока приводит к гидроудару. Витки вновь расходятся, цикл повторяется. То есть система «пружина-пробка» под действием потока жидкости совершает продольные автоколебания. Пружина 32 может быть конической, при этом пружина заглушается пробкой 33 со стороны большего основания, полость пружины образует диффузор. При наличии в конструкции пружины сжатия (фиг.8), при отсутствии внешнего воздействия между витками пружины имеется гарантированный зазор. При включении насоса 10 давление жидкости на торец пробки 33 преодолевает упругость пружины, сжимая витки до их полного соприкосновения. Патрубок 14 оказывается перекрытым. Внезапная остановка потока приводит к гидроудару. В фазе возникновения в полости пружины пониженного давления сила упругости возвращает витки в исходное положение, возобновляя истечение жидкости. Аналогично описанному выше варианту с пружиной растяжения система «пружина сжатия - пробка» также совершает продольные автоколебания под действием потока жидкости.When the
Входной канал генератора 12 и входной канал 3 камеры 2 могут быть совмещены, при этом первый выходной канал 13 генератора 1 сообщен с выходным каналом 4 камеры 2 (фигура 10).The input channel of the
Реактор работает следующим образом.The reactor operates as follows.
Система заполняется обрабатываемым жидким сырьем. Насосом 10 жидкость из резервуара 11 нагнетается в канал 12 генератора 1. Перепад давления воздействует на клапанную тарелку 29 механизма 7, вынуждая ее преодолеть сопротивление пружины 31 и прижаться к седлу 27. В результате внезапного торможения потока возникает гидравлический удар. Ударная волна отражается от клапанной тарелки 29 и устремляется в полость аккумулятора 6 через обратный клапан 9. Та же волна давления закрывает обратный клапан 15, отсекая генератор 1 от насоса 10. Поскольку насос 10 продолжает нагнетать жидкость, открывается разобщающий клапан 8. Это может происходить, равным образом: а) под действием избыточного давления; б) в результате блокирования клапана 8 с клапаном 15. Из открывшегося (тем или иным образом) клапана 8 жидкость поступает в резервуар 11 (предпочтительно - через полость 18 камеры 2 и канал 4 этой камеры). При достижении волной отрицательного давления ударного клапана обратные клапаны 9 и 15 закрываются, а тарелка 29 и клапан 8 открываются. При срабатывании тарелки 7, клапанов 8, 9 и 15 происходит циклическая смена волн повышенного и пониженного давления. Таким образом, генератор 1 является автогенератором колебаний. Когда происходит фаза разгона жидкости в трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок насоса 10 с каналом 12 генератора 1, сжатый ранее газ в аккумуляторе 6 расширяется и выдавливает жидкость в канал 13. Сырье с избыточным давлением из канала 13 подается в канал 3. Давление обрабатываемого продукта в канале 13 в фазе нагнетания превышает напор насоса в десятки раз. Степень повышения давления лимитируется прочностными характеристиками частей реактора, геометрией аккумулятора 6, а также физическими свойствами жидкости и газа в воздушной подушке сосуда. Таким образом, на кавитатор 5 подается обрабатываемое сырье с многократно повышенным давлением по сравнению с напором насоса 10. Возрастает перепад давления перед кавитатором и за ним, следовательно, также и индекс кавитации (объемная концентрация кавитационных пузырьков в камере реактора достигает десятков миллиардов на метр кубический). При коллапсе пузырьков возникают локальные импульсы давления величиной до нескольких тысяч МПа, а повышение температуры в зоне коллапса достигает нескольких тысяч градусов Цельсия. При использовании реактора в производстве нефтебитумов заявленные технические решения устанавливаются на входе в стандартную окислительную колонну в качестве активационного модуля. При этом в резервуар 11 подается исходное сырье (например, в виде смеси слопа, гудрона и асфальта), а в аккумулятор 6 - озон, кислород или сжатый воздух. Волновые и кавитационные воздействия на сырье позволяют вести предварительное окисление при низких температурах (порядка 150 градусов Цельсия) путем интенсивного тепло- и массообмена в пенной среде. В результате повышается производительность процесса, снижаются удельные затраты. Скорость кумулятивных микропотоков в зоне коллапса достигает сверхзвуковых величин. В газовой подушке аккумулчтора 6 генерируются циклические колебания давления и скорости. При подаче газа (смесей газов) в подушку аккумулятора 6 из внешнего источника 16 высокочастотные пульсации в аккумуляторе 6 обеспечивают сатурацию газов в обрабатываемом сырье и высокую степень массообмена.The system is filled with processed liquid raw materials. With
Кавитационный аппарат работает следующим образом.The cavitation apparatus works as follows.
При нагнетании жидкого сырья (или гетерогенной среды, например, взвеси) из завихрителя 17 в камеру 2 создается закрученный поток, который движется по кольцевому каналу 20, образованному стенкой канала 4 и внутренней поверхностью камеры 2. В канале 20 поток ускоряется, его давление падает ниже давления насыщенного пара жидкой фазы. В жидкости образуются кавитационные пузырьки и их ассоциации - каверны. Течение среды в канале сопровождается турбулентными пульсациями давления и скорости в ультразвуковом диапазоне частот. Затем поток попадает по инерции в полуоткрытую полость 18, где происходит его резкое торможение, сопровождающееся скачком давления. Происходит коллапс (схлопывание) кавитационных пузырьков. Поток меняет знак осевой скорости за крайне малое время (без чего невозможно его поступление в отверстие 19 канала 4), что влечет большие сдвиговые напряжения в мазуте, маслах и других обрабатываемых продуктах. Внутри канала 4 активированное сырье натекает на кавитатор 5. За кавитатором 5 создается зона разрежения и возникновение кавитационных пузырьков. В результате последующего быстрого роста давления происходит коллапс пузырьков, сопровождающийся сферическими ударными волнами и множеством кумулятивных микропотоков. Выполнение всех или некоторых частей реактора и/или кавитационной камеры из комбинации материалов политетрафторэтилен -полиметилметакрилат (либо из материалов, аналогичных указанным по физическим свойствам) направлено на повышение эффективности обработки нефтепродуктов и других «не ньютоновых» жидкостей (водных растворов полимеров, обратных эмульсий, масел и др.). Политетрафторэтилен (CF2 - CF2)n имеет, ввиду электроотрицательности фтора, большую величину сродства к электрону. Работа выхода электронов Δ(еφ) для политетрафторэтилена составляет 10,1 эВ. Полиметилметакрилат обладает удельным сопротивлением на шесть порядков меньше, чем политетрафторэтилен. Вот почему возникновение тока эмиссии достигается на деталях из полиметилметакрилата, расположенных по отношению к деталям из (CF2 - CF2)n последовательно по ходу течения сырья. При этом потенциал достигает 50 Кэв и выше. В результате эмиссионный ток возбуждает молекулы сырья, число кавитационных каверн увеличивается при прочих равных условиях.When liquid raw material (or a heterogeneous medium, for example, suspension) is injected from the
Синергия турбулентных пульсаций, кавитации, ударных волн обеспечивает эффективную активацию сырья. Эти воздействия так же эффективно разрушают клеточные оболочки и микроорганизмы, что делает заявляемые технические решения актуальными для биологической водоочистки, а также микробиологического производства.The synergy of turbulent pulsations, cavitation, shock waves ensures the effective activation of raw materials. These effects also effectively destroy cell membranes and microorganisms, which makes the claimed technical solutions relevant for biological water treatment, as well as microbiological production.
Промышленная применимость объектов заявки также подтверждается использованием устройств аналогичного назначения, однако отличающихся конструктивно (Промтов М.А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004). В частности, ультразвуковая обработка тяжелых нефтяных остатков (предшествующая подаче сырья на ректификационную колону) увеличивает выход легких фракций (с температурой кипения до 350°С) на 18…23%. КПД генераторов ультразвука мал, а зона кавитации создается только вблизи излучающих поверхностей (но не в объеме жидкости, как в заявленном реакторе). Удельные затраты энергии на кавитацию в заявленном реакторе, применяемом в комплексе с кавитационным аппаратом, на порядок меньше, чем при использовании промышленных генераторов ультразвука.The industrial applicability of the objects of the application is also confirmed by the use of devices of a similar purpose, but structurally different (Promtov MA Machines and apparatuses with pulsed energetic effects on the processed substances. M.: Publishing House Mashinostroyenie-1, 2004). In particular, ultrasonic treatment of heavy oil residues (preceding the supply of raw materials to the distillation column) increases the yield of light fractions (with a boiling point up to 350 ° C) by 18 ... 23%. The efficiency of ultrasound generators is small, and the cavitation zone is created only near the emitting surfaces (but not in the volume of liquid, as in the claimed reactor). The specific energy consumption for cavitation in the claimed reactor, used in combination with a cavitation apparatus, is an order of magnitude less than when using industrial ultrasound generators.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007135140/15A RU2371245C2 (en) | 2007-09-24 | 2007-09-24 | Reactor and cavitation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007135140/15A RU2371245C2 (en) | 2007-09-24 | 2007-09-24 | Reactor and cavitation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007135140A RU2007135140A (en) | 2009-03-27 |
RU2371245C2 true RU2371245C2 (en) | 2009-10-27 |
Family
ID=40542373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007135140/15A RU2371245C2 (en) | 2007-09-24 | 2007-09-24 | Reactor and cavitation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2371245C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535682C1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for hydrodynamic activation of materials |
RU2585635C1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-05-27 | Закрытое акционерное общество "ВОДАР" | Method for disinfection and cleaning of fluids and process line therefor |
RU2723392C2 (en) * | 2018-05-04 | 2020-06-11 | Юрий Ефимович Ващенко | Hydrodynamic treatment plant for liquid effluents of cattle-breeding farms and industrial enterprises |
-
2007
- 2007-09-24 RU RU2007135140/15A patent/RU2371245C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535682C1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for hydrodynamic activation of materials |
RU2585635C1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-05-27 | Закрытое акционерное общество "ВОДАР" | Method for disinfection and cleaning of fluids and process line therefor |
RU2723392C2 (en) * | 2018-05-04 | 2020-06-11 | Юрий Ефимович Ващенко | Hydrodynamic treatment plant for liquid effluents of cattle-breeding farms and industrial enterprises |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007135140A (en) | 2009-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gogate et al. | Hydrodynamic cavitation reactors: a state of the art review | |
US10596528B2 (en) | Nanobubble-producing apparatus | |
US20100290307A1 (en) | Multi-stage cavitation device | |
US20090188157A1 (en) | Device and method for combining oils with other fluids and mixtures generated therefrom | |
US20160054031A1 (en) | Hiydrodynamic and hydrosonic cavitation generator | |
US9776159B2 (en) | Device for conducting sonochemical reactions and processing liquids | |
CN112871004A (en) | Reciprocating liquid cavitation device | |
RU2371245C2 (en) | Reactor and cavitation device | |
CA2990493A1 (en) | Method and apparatus for processing liquids and conducting sonochemical reactions | |
US20090182159A1 (en) | Apparatus and method for generating cavitational features in a fluid medium | |
RU2392046C2 (en) | Hydrocarbon destruction device and application thereof | |
RU2488432C2 (en) | Making of water-fuel emulsion | |
CN215924720U (en) | Action device for performing hydrodynamic cavitation demulsification on dirty oil sludge | |
CN210700131U (en) | Liquid non-submerged impinging stream reaction device | |
RU2223815C1 (en) | Method of preparation of emulsion and system and device for realization of this method | |
RU2139454C1 (en) | Device for acting on fluid medium flow | |
US10639599B2 (en) | Method and device for cavitationally treating a fluid | |
CN110152588B (en) | Liquid non-submerged impinging stream reaction device and reaction method | |
CN103265130A (en) | Physical oil-water mixed liquid separator | |
CN203264348U (en) | Demulsification reaction tank | |
RU85838U1 (en) | EJECTOR WITH GAS-JET ULTRASONIC GENERATORS | |
RU2335705C2 (en) | Method of operating steam boilers and hydrodynamic generator to this effect | |
RU2543182C2 (en) | Heat-mass-energy exchange method and device for its implementation | |
CN203269692U (en) | Physical type oil-water mixture separation device | |
RU2457896C1 (en) | Method of acoustic processing of multiphase product and device to this end |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100925 |