RU2457020C1

RU2457020C1 - Static mixer

Info

Publication number: RU2457020C1
Application number: RU2010148224/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Кузнецов (RU); Владимир Александрович Кузнецов; Павел Владимирович Кузнецов (RU); Павел Владимирович Кузнецов
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-07-27
Also published as: RU2010148224A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mixers to be used in petrochemical and chemical industries. Proposed mixer comprises case with conical bottoms and branch pipes to feed main and mix-in components and to discharge finished product. Said case houses mixing elements made up of pipe lengths cut slantwise and arranged at angle to its lengthwise axis. Every next mixing element is turned relative to previous one through angle defined by the formula α=360/(n-1), where n is the number of mixing elements.

EFFECT: higher process efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для перемешивания различных компонентов и может быть использовано, в частности, в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.The invention relates to devices for mixing various components and can be used, in particular, in the oil refining and chemical industries.

Процессы смешения компонентов, находящихся в различных фазовых состояниях, являются типичными при проведении физико-химических процессов.The processes of mixing components in different phase states are typical during physical and chemical processes.

Известен статический смеситель, содержащий корпус с установленными в нем смесительными элементами, выполненными в виде пакетов гофрированных полос и закрепленными в корпусе посредством сегментных накладок [авт. свид. СССР №1542597, В01F 5/06].Known static mixer containing a housing with installed in it mixing elements, made in the form of packets of corrugated strips and fixed in the housing by means of segment overlays [ed. testimonial. USSR No. 1542597, B01F 5/06].

Недостатками данного статического смесителя являются повышенное гидравлическое сопротивление и сложность монтажа смесительных элементов в его корпусе.The disadvantages of this static mixer are the increased hydraulic resistance and the complexity of mounting the mixing elements in its housing.

Кроме того, из-за наличия в перемешиваемых компонентах различных примесей наблюдается быстрое забивание ими пространства между гофрированными полосами, что приводит к неплановым остановкам оборудования для проведения операции по очистке смесителя от отложений.In addition, due to the presence of various impurities in the mixed components, they rapidly clog the space between the corrugated strips, which leads to unplanned shutdowns of equipment for the operation of cleaning the mixer from deposits.

Кроме того, для данного статического смесителя характерным является низкая степень перемешивания, обусловленная тем, что перемешиваемым компонентам не обеспечено достаточного радиального движения в корпусе смесителя, из-за заполнения последнего гофрированными полосами. Поперечное движение, при котором и происходит собственно перемешивание компонентов, осуществляется только в пространстве от одной гофрированной стенки к другой, что потребует предварительного дозирования компонентов в каждую такую ячейку между гофрированными стенками.In addition, for this static mixer, a low degree of mixing is characteristic, due to the fact that the components being mixed are not provided with sufficient radial movement in the mixer body, due to the filling of the latter with corrugated strips. The transverse movement, during which the mixing of the components occurs, is carried out only in space from one corrugated wall to another, which will require preliminary dosing of the components in each such cell between the corrugated walls.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является статический смеситель фирмы «Прематехника», содержащий корпус с коническими днищами с патрубками ввода основного и подмешиваемого компонентов и вывода готового продукта. В корпусе размещены смесительные элементы, выполненные в виде косо срезанных отрезков труб и установленных последовательно в один ряд под углом к его продольной оси [Материалы симпозиума - презентации фирмы «Прематехника» (D-6000, Франкфурт/М 1, Ратенаулплатц, 2-8), 8-10 апреля 1992 г., Уфа, Уфимский нефтеперерабатывающий завод, часть 3, раздел 12].The closest in its technical essence and the achieved effect is a static mixer manufactured by Prematechnika, which contains a body with conical bottoms with nozzles for the input of the main and mixed components and the output of the finished product. Mixing elements are placed in the casing, made in the form of obliquely cut pipe segments and installed sequentially in one row at an angle to its longitudinal axis [Materials of the symposium - presentation of Prematechnika (D-6000, Frankfurt / M 1, Ratenaulplatts, 2-8) , April 8-10, 1992, Ufa, Ufa Oil Refinery, part 3, section 12].

Выполнение смесительных элементов в виде косо срезанных отрезков труб позволило упростить конструкцию статического смесителя. Установка их в корпусе под углом к его оси позволило интенсифицировать процесс перемешивания, так как радиальное перемещение сред стало возможным по сечению всего корпуса.The implementation of the mixing elements in the form of obliquely cut pipe sections made it possible to simplify the design of the static mixer. Installing them in the housing at an angle to its axis made it possible to intensify the mixing process, since the radial movement of the media became possible along the cross section of the entire housing.

Недостатком этого статического смесителя является недостаточная степень смешения перемешиваемых компонентов, обусловленная низкой скоростью радиального перемещения потоков в смесительных элементах.The disadvantage of this static mixer is the insufficient degree of mixing of the mixed components, due to the low speed of the radial movement of the flows in the mixing elements.

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

Указанный технический результат достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем корпус с коническими днищами с патрубками ввода основного и подмешиваемого компонентов и вывода готового продукта, и размещенные в нем смесительные элементы, выполненные в виде косо срезанных отрезков труб и установленных под углом к его продольной оси, каждый последующий смесительный элемент повернут относительно предыдущего элемента на угол, определяемый по формулеThe specified technical result is achieved by the fact that in a static mixer containing a housing with conical bottoms with nozzles for inputting the main and mixed components and output of the finished product, and mixing elements placed in it, made in the form of obliquely cut pipe sections and installed at an angle to its longitudinal axis , each subsequent mixing element is rotated relative to the previous element by an angle determined by the formula

α=360/(n-1),α = 360 / (n-1),

где n - число смесительных элементов.where n is the number of mixing elements.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что при такой величине угла поворота последний смесительный элемент будет находиться в том же положении, что и первый, обеспечивая радиальный перенос вещества за счет интенсивного перемещения потоков перемешиваемых компонентов из зон с повышенным давлением в зоны с более низким давлением.The essence of the claimed invention lies in the fact that at this angle of rotation the last mixing element will be in the same position as the first, providing radial transport of the substance due to the intensive movement of the flows of the mixed components from areas with high pressure to areas with lower pressure.

На фиг.1 показан статический смеситель, общий вид, совмещенный с разрезом (смесительные элементы условно показаны в одном положении); на фиг.2 - вид по А с фиг.1 - истинное расположение смесительных элементов внутри корпуса смесителя; на фиг.3 - зависимость изменения гидравлического сопротивления и качества смешения статического смесителя от угла поворота смесительных элементов.Figure 1 shows a static mixer, a General view, combined with a cut (mixing elements are conventionally shown in one position); figure 2 is a view along A from figure 1 - the true location of the mixing elements inside the mixer; figure 3 - dependence of changes in hydraulic resistance and mixing quality of a static mixer from the angle of rotation of the mixing elements.

Статический смеситель содержит корпус 1, с коническими днищами 2 и 3. Днище 2 снабжено осевым патрубком 4 ввода основного компонента I, а днище 3 - осевым патрубком 5 вывода готового продукта III. К корпусу 1 у днища 2 прикреплен боковой патрубок 6 для подачи второго смешиваемого компонента II. Внутри корпуса 1 установлены последовательно в один ряд смесительные элементы 7, выполненные в виде косо срезанных отрезков труб с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра корпуса 1. Каждый последующий смесительный элемент повернут по отношению к предыдущему на угол, определяемый формулойThe static mixer contains a housing 1, with conical bottoms 2 and 3. The bottom 2 is equipped with an axial nozzle 4 for input of the main component I, and the bottom 3 is equipped with an axial nozzle 5 for output of the finished product III. A side pipe 6 is attached to the housing 1 at the bottom 2 for supplying a second mixed component II. Inside the housing 1, the mixing elements 7 are arranged in series in a row, made in the form of obliquely cut pipe segments with an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing 1. Each subsequent mixing element is rotated relative to the previous one by an angle defined by the formula

α=360/(n-1).α = 360 / (n-1).

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

Основной компонент I подают в корпус 1 по осевому патрубку 4 в днище 2, а второй - подмешиваемый компонент II подают по боковому патрубку 6. Оба потока этих еще не смешанных компонентов попадают на первый смесительный элемент 7, установленный под углом к набегающим потокам и в пространство между смесительным элементом и корпусом смесителя, и начинают перемещаться не только вдоль корпуса 1 смесителя, но также и поперек его. При этом в любом сечении наблюдаются одновременно и зоны сжатия и зоны разряжения потока. При этом потоки интенсивно перемещаются из зон с повышенным давлением в зоны с более низким давлением, осуществляя радиальный перенос вещества. Дополнительное радиальное перемещение внутри каждого смесительного элемента 7 обеспечивается за счет установки каждого последующего смесительного элемента с поворотом вокруг оси корпуса на угол α=360/(n-1). Потоки смешиваемых компонентов, двигаясь по изогнутым траекториям в корпусе 1 смесителя, приобретают вращательное движение и при выходе из каждого смесительного элемента 7 и встрече с потоками, движущимся в корпусе 1 вне этих элементов 7, дополнительно перемешиваются. Последовательная установка в корпусе 1 нескольких смесительных элементов 7 позволяет достичь требуемой степени смешения компонентов. Полученную смесь III выводят из корпуса 1 через осевой патрубок 5 в днище 3.The main component I is fed into the housing 1 along the axial nozzle 4 in the bottom 2, and the second mixed component II is fed along the side nozzle 6. Both streams of these not yet mixed components enter the first mixing element 7, which is installed at an angle to the incoming flows and into the space between the mixing element and the mixer housing, and begin to move not only along the mixer housing 1, but also across it. Moreover, in any section, both compression zones and flow rarefaction zones are observed simultaneously. In this case, flows intensively move from zones with increased pressure to zones with lower pressure, carrying out radial transfer of matter. Additional radial movement inside each mixing element 7 is ensured by installing each subsequent mixing element with rotation around the axis of the housing by an angle α = 360 / (n-1). The flows of the mixed components, moving along curved paths in the mixer housing 1, acquire a rotational motion and, upon exiting each mixing element 7 and encountering flows moving in the housing 1 outside these elements 7, are additionally mixed. Sequential installation in the housing 1 of several mixing elements 7 allows you to achieve the required degree of mixing of the components. The resulting mixture III is removed from the housing 1 through the axial pipe 5 in the bottom 3.

Установка каждого последующего смесительного элемента с поворотом по отношению к предыдущему элементу на угол, определяемый формулой α=360(n-1), позволит достичь оптимального соотношения степени перемешивания и перепада давления компонентов в статическом смесителе. Как видно из графиков, приведенных на фиг.3, уменьшение угла поворота смесительных элементов приводит к снижению перепада давления, но не обеспечивает достаточную степень смешения компонентов. Увеличение угла поворота смесительных элементов более определяемого формулой приводит к незначительному росту степени смешивания компонентов при существенном повышении перепада давления на смесительном элементе.The installation of each subsequent mixing element with rotation in relation to the previous element at an angle defined by the formula α = 360 (n-1) will allow us to achieve the optimal ratio of the degree of mixing and the pressure drop of the components in the static mixer. As can be seen from the graphs shown in figure 3, a decrease in the angle of rotation of the mixing elements leads to a decrease in pressure drop, but does not provide a sufficient degree of mixing of the components. An increase in the angle of rotation of the mixing elements more defined by the formula leads to a slight increase in the degree of mixing of the components with a significant increase in the pressure drop across the mixing element.

Предварительные испытания по определению эффективности работы предлагаемого статического смесителя, проведенные на установках ОАО «Уфахимпром», показали, что при включении его в технологическую линию смешения фенольно-кислых вод с фенолом скорость коррозии оборудования и трубопроводов за счет более равномерного распределения фенола снизилась в среднем в 4 раза с 0,2 до 0,05 мм/год.Preliminary tests to determine the performance of the proposed static mixer, carried out at the facilities of Ufakhimprom OJSC, showed that when it was included in the production line for mixing phenolic-acid water with phenol, the corrosion rate of equipment and pipelines due to a more uniform phenol distribution decreased on average by 4 times from 0.2 to 0.05 mm / year.

Кроме того, установка предлагаемого статического смесителя, например, в блоке подготовки ингибиторов перед подачей в нефтепровод также позволила снизить скорость коррозии магистральных трубопроводов до 0,08-0,05 мм/год при транспортировке западносибирских нефтей.In addition, the installation of the proposed static mixer, for example, in the inhibitor preparation unit before being fed into the oil pipeline, also made it possible to reduce the corrosion rate of main pipelines to 0.08-0.05 mm / year during transportation of West Siberian oils.

Использование статистического смесителя на блоке биологической очистки воды позволит интенсифицировать процесс за счет получения более развитой поверхности контакта воды и воздуха. При этом время очистки воды от углеводородов снижается в 15-20 раз, а расход воздуха - в 7-8 раз, при достижении проектных показателей качества оборотной воды.Using a statistical mixer on the biological water purification unit will allow to intensify the process by obtaining a more developed contact surface of water and air. At the same time, the time of water purification from hydrocarbons is reduced by 15-20 times, and air consumption - by 7-8 times, when the design indicators of the quality of recycled water are achieved.

Claims

A static mixer comprising a body with conical bottoms with nozzles for introducing the main and mixed components and outputting the finished product and mixing elements placed in it, made in the form of obliquely cut pipe sections whose outer diameter is smaller than the internal diameter of the mixer body and installed at an angle to its longitudinal axis, characterized in that each subsequent mixing element is rotated relative to the previous one by an angle determined by the formula α = 360 / (n-1), where n is the number of mixing elements.