RU2550203C2 - Combined universal static mixer-activator - Google Patents

Combined universal static mixer-activator Download PDF

Info

Publication number
RU2550203C2
RU2550203C2 RU2012153260/05A RU2012153260A RU2550203C2 RU 2550203 C2 RU2550203 C2 RU 2550203C2 RU 2012153260/05 A RU2012153260/05 A RU 2012153260/05A RU 2012153260 A RU2012153260 A RU 2012153260A RU 2550203 C2 RU2550203 C2 RU 2550203C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
activator
disk
mixer
channels
Prior art date
Application number
RU2012153260/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012153260A (en
Inventor
Юрий Валентинович Воробьев
Юрий Юрьевич Воробьев
Original Assignee
Юрий Валентинович Воробьев
Юрий Юрьевич Воробьев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Валентинович Воробьев, Юрий Юрьевич Воробьев filed Critical Юрий Валентинович Воробьев
Priority to RU2012153260/05A priority Critical patent/RU2550203C2/en
Publication of RU2012153260A publication Critical patent/RU2012153260A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550203C2 publication Critical patent/RU2550203C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to static mixer-activator for multiphase systems and can be used for affecting the structure of system of a separate fluid. It comprises four serial sections. First said section swirls the system. Second section subjects it to cavitation. Third section separates fluids in small intersecting jets. Fourth section levels fluid flow rates. Combined, said section mix and varies the structure owing to disturbance of initial intermolecular interaction.
EFFECT: higher homogeneity of liquid-phase system.
8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к статическому смесителю-активатору, предназначенному для многофазных систем в качестве как смесителя, так и активатора посредством механического воздействия на структуру указанных систем или активатора однофазной жидкой среды. Смеситель-активатор содержит четыре последовательно установленные секции различного принципа действия. В первой секции осуществляются два вида механического воздействия - квазиударное и вихревое; во второй - двукратное кавитационное действие; в третьей секции поток жидкости разделяется на малые пересекающиеся струи, которые создают высокий уровень турбулентности. Первую секцию можно назвать вихревой, вторую - двойного кавитационного действия, третью - турбулизатором. В четвертой секции осуществляется перевод турбулентного режима в ламинарный режим течения. В совокупности указанные смесители выполняют как функции активного смешения, так и структурирующую функцию за счет нарушения исходного межмолекулярного взаимодействия. Последняя секция предназначена для завершающей стадии самоорганизации структуры обрабатываемой среды, связанной с изменением концентрации ее компонентов или появлением новых компонентов.The invention relates to a static mixer-activator, designed for multiphase systems as both a mixer and an activator by mechanical action on the structure of these systems or an activator of a single-phase liquid medium. The mixer-activator contains four sequentially installed sections of different operating principles. In the first section, two types of mechanical action are carried out - quasi-shock and vortex; in the second - double cavitation action; in the third section, the fluid flow is divided into small intersecting jets, which create a high level of turbulence. The first section can be called a vortex, the second - of double cavitation action, the third - turbulizer. In the fourth section, the turbulent regime is transferred to the laminar flow regime. Together, these mixers perform both the active mixing function and the structuring function due to the violation of the initial intermolecular interaction. The last section is intended for the final stage of self-organization of the structure of the processed medium associated with a change in the concentration of its components or the emergence of new components.

Технический результат состоит в повышении степени гомогенности жидкофазной среды, а также в изменении концентрации ее компонентов и изменении состава.The technical result consists in increasing the degree of homogeneity of the liquid-phase medium, as well as in changing the concentration of its components and changing the composition.

Изобретение относится к статическим смесительным устройствам, содержащим несколько последовательно расположенных смесителей различного способа действия и к области смешения многофазных систем, в том числе являющихся дисперсионной средой и дисперсной фазой, а также к области направленной активации и изменения свойств как указанных систем, так и отдельно взятой жидкой среды.The invention relates to static mixing devices containing several sequentially arranged mixers of a different mode of action and to the mixing field of multiphase systems, including those being a dispersion medium and a dispersed phase, as well as to the field of directional activation and change of properties of both these systems and a single liquid Wednesday.

Цель - повышение эффективности смешения и структурирование, в результате которых молекулы и молекулярные цепи приобретают такое строение, которое обеспечивает направленное изменение свойств и состава исходной обрабатываемой среды.The goal is to increase the efficiency of mixing and structuring, as a result of which molecules and molecular chains acquire such a structure that provides a directed change in the properties and composition of the initial processed medium.

Указанная цель достигается последовательным применением нескольких статических смесителей различных конструкций и принципов действия, расположенных в одном прямоточном аппарате, через который под давлением проходит обрабатываемая среда. Такая конструкция позволяет получить универсальный статический смеситель-активатор.This goal is achieved by the consistent application of several static mixers of various designs and operating principles located in one direct-flow apparatus through which the medium to be processed passes under pressure. This design allows you to get a universal static mixer-activator.

Как правило, достижение указанной цели посредством одного какого-либо типа статического смесителя требует доводки его конструктивных и технологических параметров применительно к конкретным смешиваемым или активируемым жидкофазным системам, что часто является длительным и трудоемким процессом.As a rule, achieving this goal by means of one type of static mixer requires refinement of its design and technological parameters as applied to specific miscible or activated liquid-phase systems, which is often a long and laborious process.

Поэтому последовательное применение нескольких статических смесителей различных конструкций, расположенных в одном прямоточном корпусе, позволяет получить универсальный статический смеситель-активатор.Therefore, the consistent use of several static mixers of various designs located in one direct-flow housing allows you to get a universal static mixer-activator.

Существует несколько наиболее распространенных типов статических смесителей. К ним прежде всего относятся смесители с винтовыми элементами, которые изготавливаются из плоской тонкой пластины посредством скручивания в левом или правом направлениях (например: патенты США №3286992 и №3643927; патент Великобритании №1413825; авт. свид. СССР №504549 и №804464). Винтовые элементы могут располагаться на поверхности трубки, вала или стержня (например, патенты США №4049241 и №3794300).There are several common types of static mixers. These primarily include faucets with screw elements, which are made of a flat thin plate by twisting in the left or right directions (for example: US patents No. 3286992 and No. 3443927; UK patent No. 1413825; ed. Certificate of the USSR No. 504549 and No. 804464) . Screw elements may be located on the surface of a tube, shaft, or shaft (for example, US Pat. Nos. 4,049,241 and 3,797,300).

Другими широко распространенными являются статические смесители с промежуточными камерами. Перемешивание в них осуществляется за счет создания резкого расширения и сужения пространства внутри цилиндрического корпуса, вызывающих изменение скорости потока и возникновение усиленного вихреобразования, связанного с отрывом потока от стенок (например, патенты США №3404869 и №352391; авт. свид. ЧССР №214380; авт. свид. СССР №103903).Other widespread are static mixers with intermediate chambers. Mixing in them is carried out by creating a sharp expansion and narrowing of the space inside the cylindrical body, causing a change in the flow rate and the appearance of enhanced vortex formation associated with separation of the flow from the walls (for example, US patents No. 3404869 and No. 352391; ed. Certificate Czechoslovakia No. 214380; Auth. Certificate of the USSR No. 103903).

Простым по конструкции, но не менее эффективным является статический смеситель, в котором промежуточные камеры разделены дисками с несколькими сквозными каналами (патент США №3582048).Simple in design, but no less effective is a static mixer, in which the intermediate chambers are separated by disks with several through channels (US patent No. 3582048).

Также широкое распространение получили статические смесители, в которых элементы из взаимно перпендикулярных пластин, ориентированных вдоль цилиндрического корпуса и составляющих пространственную решетку, обеспечивают разделение жидкостей на отдельные струи и их движение по сложным каналам, где они многократно дробятся (например, патент США №3620106).Static mixers are also widely used, in which elements from mutually perpendicular plates oriented along a cylindrical body and constituting a spatial lattice ensure the separation of liquids into separate jets and their movement through complex channels where they are repeatedly crushed (for example, US patent No. 3620106).

Помимо прямого назначения, некоторые типы смесителей могут применяться для активации жидкостей и растворов. Как правило, в конструкцию такого смесителя-активатора встраивается магнит или электромагнит, создающие магнитное поле (например, патенты РФ: №2085277; №2275956; №2224586; №2325223). Существуют активаторы с магнитными элементами, осуществляющие одновременно магнитно-механическую обработку отдельно взятой жидкой среды.In addition to direct use, some types of mixers can be used to activate liquids and solutions. As a rule, a magnet or an electromagnet that creates a magnetic field is embedded in the design of such an activator mixer (for example, RF patents: No. 2085277; No. 2275956; No. 2224586; No. 2225223). There are activators with magnetic elements that simultaneously carry out magneto-mechanical processing of a single liquid medium.

Кроме указанных смесителей, распространение получили смесители с каплевидными элементами, с турбулизирующими вставками (инжекционные и эжекционные).In addition to these mixers, mixers with teardrop-shaped elements, with turbulent inserts (injection and ejection) have gained distribution.

К малораспространенным принципам действия смесителей относятся:The rare principles of the mixers include:

- акустический резонанс (например, патент СССР №909430 и №775514);- acoustic resonance (for example, USSR patent No. 909430 and No. 775514);

- лазерный луч (например, патент РФ №173210);- a laser beam (for example, RF patent No. 173210);

- кавитация (например, патент РФ №2202406);- cavitation (for example, RF patent No. 2202406);

- пропускание электрического тока (например, патент СССР №1780822, РФ №2205681, РФ №2094106);- transmission of electric current (for example, USSR patent No. 1780822, RF No. 2205681, RF No. 2094106);

- смешение с помощью трубки Вентури (например, патент РФ №2093257);- mixing using a venturi (for example, RF patent No. 2093257);

- смешение с помощью пористой вставки (например, патент РФ №2132724).- mixing using a porous insert (for example, RF patent No. 2132724).

Стремление увеличить эффективность малообъемных смесителей за счет усложнения их конструкций привело к появлению многих разновидностей смесительных элементов. Но такое решение указанной проблемы требует высокоточной и сложной технологии изготовления этих элементов и особенно минимизации имеющихся зазоров. Примерами служат патенты РФ №2323771, №2261755, №2080164, №2325221.The desire to increase the efficiency of small-sized mixers due to the complexity of their designs led to the appearance of many varieties of mixing elements. But such a solution to this problem requires a high-precision and complex manufacturing technology of these elements and especially minimize the existing gaps. Examples are Russian patents No. 2323377, No. 2261755, No. 2080164, No. 2322521.

Поставленная в изобретении техническая задача - используя механическое воздействие на жидкофазные системы, получить высокую степень гомогенности при смешении дисперсионной среды и дисперсной фазы, а для отдельно обрабатываемой жидкой среды активацию и рекомбинацию, приводящие к разрыву как межмолекулярных связей, обусловленных Ван-дер-Ваальсовыми силами, так и П-связей.The technical task of the invention is to use a mechanical effect on liquid-phase systems to obtain a high degree of homogeneity when mixing a dispersion medium and a dispersed phase, and for a separately processed liquid medium, activation and recombination, leading to the breaking of intermolecular bonds due to van der Waals forces, and P-bonds.

Для решения указанной технической задачи следует осуществить механическое воздействие с высокой удельной энергоемкостью и создать высокоразвитую межфазную поверхность.To solve this technical problem, it is necessary to carry out a mechanical action with a high specific energy intensity and create a highly developed interfacial surface.

Применительно к статическим смесителям решение можно получить пропусканием потоков смешиваемых жидкофазных систем или отдельно взятой жидкой среды через движение элементарных объемов, сопровождающееся распределением сталкивающихся молекул по относительным энергиям.With regard to static mixers, a solution can be obtained by passing flows of mixed liquid-phase systems or a single liquid medium through the movement of elementary volumes, accompanied by the distribution of colliding molecules in relative energies.

Подобный подход содержится в патенте RU 2411074 C1, принятом в качестве прототипа. Смешение осуществляют в аппарате с последовательно расположенными секциями, в первой из которых осуществляется кинематическое действие, приводящее к квазиударному воздействию, второй смеситель выполнен с возможностью осуществления кавитационного воздействия, третий смеситель выполнен с возможностью разделения общего потока жидкости на малые пересекающиеся струи.A similar approach is contained in patent RU 2411074 C1, adopted as a prototype. The mixing is carried out in an apparatus with successively arranged sections, in the first of which a kinematic action is carried out, leading to quasi-shock, the second mixer is capable of cavitation, the third mixer is capable of dividing the total liquid flow into small intersecting jets.

Основными недостатками такого решения являются:The main disadvantages of this solution are:

- отсутствие в первой секции вихреобразователей;- lack of vortex generators in the first section;

- использование одноступенчатого кавитационного воздействия;- the use of a single-stage cavitation effect;

- применение в турбулизаторе лепестковых элементов, отогнутых в плоских пластинах, что, хотя и упрощает конструкцию турболизатора, снижает его эффективность;- the use in the turbulizer of petal elements, bent in flat plates, which, although it simplifies the design of the turbolizer, reduces its effectiveness;

- отсутствие секции, в которой ламинарное течение вытягивает молекулярные цепи, упорядочивает расположение длинных и коротких молекулярных цепей и свободных радикалов и тем самым облегчает процесс перехода от хаотичного состояния к самообразованию более коротких молекулярных цепей. - the absence of a section in which the laminar flow stretches the molecular chains, orders the arrangement of long and short molecular chains and free radicals, and thereby facilitates the transition from a chaotic state to self-formation of shorter molecular chains.

Эти недостатки устранены в предлагаемом комбинированном универсальном статическом смесителе-активаторе.These disadvantages are eliminated in the proposed combined universal static mixer-activator.

Принципы смешения и активации, заложенные в предлагаемом смесителе-активаторе, заключаются в следующем.The principles of mixing and activation, incorporated in the proposed mixer-activator, are as follows.

В первой секции происходит разделение общего входящего потока на две и более пересекающихся под некоторым углом струи с пропускной способностью, в совокупности равной или несколько большей пропускной способности подводящего обрабатываемую среду трубопровода. На пересечении указанных струй выполнены вихреобразователи в виде глухих отверстий определенных диаметра и глубины.In the first section, the total incoming stream is divided into two or more jets intersecting at a certain angle with a throughput that is equal to or slightly greater throughput of the pipeline supplying the medium to be treated. At the intersection of these jets vortex generators are made in the form of blind holes of a certain diameter and depth.

В других вариантах глухое отверстие вихреобразователя выполнено на любом участке одной или каждой струи на ее осевой линии или со смещением центра указанного глухого отверстия на величину, несколько меньшую радиуса этого отверстия. В последнем варианте происходит закручивание столбика жидкости, находящегося в вихреобразователе, столкновение струй инициирует процесс смешения, который при больших скоростях приобретает квазиударное действие. Образование вихрей дробит жидкую среду на капли.In other embodiments, the blind hole of the vortex generator is made in any part of one or each jet on its center line or with a shift of the center of the specified blind hole by an amount slightly smaller than the radius of this hole. In the latter case, the column of liquid in the vortex generator is twisted, the collision of the jets initiates the mixing process, which at high speeds acquires a quasi-shock action. The formation of vortices splits the liquid medium into droplets.

Во второй секции осуществляется процесс кавитации за счет того, что жидкая среда продавливается через каналы, выполненные в диске, параллельно его оси и затем попадает в камеру, объем которой обеспечивает перепад давления. Из указанной камеры жидкая среда проходит через каналы, выполненные в другом диске под некоторыми углами к его оси таким образом, что выходящие из указанных каналов струи попадают в другую камеру, где происходит одновременно турбулизация и кавитация.In the second section, the cavitation process is carried out due to the fact that the liquid medium is forced through the channels made in the disk parallel to its axis and then enters the chamber, the volume of which provides a pressure drop. From this chamber, the liquid medium passes through channels made in another disk at certain angles to its axis in such a way that the jets leaving these channels enter another chamber, where turbulization and cavitation occur simultaneously.

В третьей секции лабиринтного типа мини-струи дробятся на капли, размер которых составляет менее 5 микрон, и одновременно при слиянии этих капель происходит процесс самоорганизации молекулярной структуры. Лабиринтный тип смесителя реализуется в виде пространственной лепестковой решетки с двойным изгибом лепестков.In the third section of the labyrinth type, the mini-jets are crushed into droplets whose size is less than 5 microns, and at the same time, when these droplets merge, the molecular structure self-organizes. The labyrinth type of mixer is realized in the form of a spatial petal lattice with double bending of the petals.

Четвертая секция предназначена для окончательной самоорганизации структуры в виде коротких молекулярных цепей путем присоединения свободных радикалов. Для этого турбулентность переводится в ламинарное течение с увеличением пристенного трения.The fourth section is intended for the final self-organization of the structure in the form of short molecular chains by the addition of free radicals. For this, turbulence translates into a laminar flow with an increase in wall friction.

В дальнейшем жидкофазную среду назовем обрабатываемой средой.In the future, the liquid-phase medium will be called the processed medium.

Схема комбинированного универсального статического смесителя-активатора представлена на фиг.1.The scheme of the combined universal static mixer-activator is presented in figure 1.

В прямоточном корпусе 1, имеющем внутреннюю цилиндрическую ступенчатую поверхность, расположены указанные секции: первая, вторая, третья и четвертая. Торцы корпуса 1 герметично закрыты торцевыми крышками 2 и 3. Одна из указанных крышек может быть выполнена заодно с корпусом 1. Если корпус 1 состоит из двух состыкованных половин, то их торцы могут быть выполнены глухими.In the direct-flow housing 1 having an inner cylindrical stepped surface, these sections are located: first, second, third and fourth. The ends of the housing 1 are hermetically sealed by the end caps 2 and 3. One of these covers can be made integral with the housing 1. If the housing 1 consists of two joined halves, then their ends can be made blind.

С одного торца корпуса 1, закрытого торцевой крышкой 2, имеющей входной штуцер 4 для подаваемой под давлением обрабатываемой среды, установлен элемент 5, имеющий винтовую цилиндрическую поверхность и показанный на фиг.2a, b, c. На указанной цилиндрической поверхности выполнены по винтовой линии канавки 6 и 7, одна из которых имеет правостороннее, а другая левостороннее направление. Ширина, глубина и форма поперечного сечения канавок 6 и 7 должны в совокупности обеспечивать их пропускную способность, соответствующую пропускной способности сквозного отверстия в указанном входном штуцере 4.From one end of the housing 1, closed by an end cap 2, having an inlet fitting 4 for a pressurized processed medium, an element 5 is installed having a helical cylindrical surface and shown in FIGS. 2a, b, c. On the indicated cylindrical surface, grooves 6 and 7 are made along a helical line, one of which has a right-handed and the other a left-handed direction. The width, depth and cross-sectional shape of the grooves 6 and 7 must together provide their throughput corresponding to the throughput of the through hole in the specified inlet fitting 4.

На пересечении канавок 6 и 7 выполнены глухие отверстия 8 на некоторую глубину, обеспечивающую перепад давления для образования вихря. Число канавок, подобных канавкам 6 и 7, может быть увеличено попарно. В этом случае будет увеличено число их пересечений и число отверстий 8, в которых образуются вихри. Для создания вихрей на других участках канавок 6 или 7 также выполнены глухие отверстия 9, 10, центры которых будут располагаться или на осевой линии указанных канавок или смещены от осевой линии на величину, меньшую радиуса глухих отверстий 9, 10. В последнем случае вихреобразование усиливается под действием на обрабатываемую среду касательных смещений движущейся обрабатываемой среды.At the intersection of grooves 6 and 7, blind holes 8 are made to a certain depth, providing a pressure drop for the formation of a vortex. The number of grooves like grooves 6 and 7 can be increased in pairs. In this case, the number of their intersections and the number of holes 8 in which vortices are formed will be increased. To create vortices in other parts of the grooves 6 or 7, blind holes 9, 10 are also made, the centers of which will either be located on the axial line of these grooves or offset from the center line by an amount smaller than the radius of the blind holes 9, 10. In the latter case, vortex intensification under the action on the medium being treated of tangential displacements of the moving medium.

На торце элемента 5, обращенном ко второй секции, выполнена кольцевая проточка, образующая кольцевую полость, наружный диаметр которой равен наружному диаметру цилиндрической части элемента 5, а внутренний диаметр несколько меньше диаметра окружности внутренней огибающей цилиндрические каналы 12, выполненные в элементе 11, расположенном во второй секции. Элемент 11 является сдвоенным кавитатором.At the end of the element 5 facing the second section, an annular groove is made, forming an annular cavity, the outer diameter of which is equal to the outer diameter of the cylindrical part of the element 5, and the inner diameter is slightly smaller than the diameter of the circumference of the inner envelope, the cylindrical channels 12 made in the element 11 located in the second sections. Element 11 is a dual cavitator.

Во второй секции происходит двукратная кавитационная обработка среды. Она осуществляется в двух камерах элемента 11, в которых последовательно происходит перепад давления. Каждая камера имеет диск 13 с рядом сквозных каналов определенной длины и конфигурации, как правило, цилиндрическими малого диаметра. За диском 13 расположена цилиндрическая кавитационная камера, называемая «камерой озвучивания», за которой находится следующая кавитационная камера с теми же или другими геометрическими параметрами. В этих камерах вследствие перепада давления происходит схлопывание капель с выделением значительной энергии. Диски 13 имеют одну торцевую поверхность скощенной.In the second section, double cavitation treatment of the medium occurs. It is carried out in two chambers of the element 11, in which a differential pressure is successively observed. Each camera has a disk 13 with a number of through channels of a certain length and configuration, usually cylindrical of small diameter. Behind the disk 13, there is a cylindrical cavitation chamber, called a “sounding chamber”, behind which is the next cavitation chamber with the same or different geometric parameters. In these chambers, due to the pressure drop, the droplets collapse with the release of significant energy. The disks 13 have one end surface tapered.

В третьей секции установлен смесительный элемент 14, составленный из перекрещивающихся лепестков 15, выполненных в тонкостенных пластинах 16 и отогнутых под некоторым углом от плоскости пластины по обе стороны. Элемент 14 образует пространственную систему перекрещивающихся щелей, осуществляющих разделение и воссоединение потоков на молекулярном уровне с многоточечным массобоменом. Обмен энергией при этом позволяет осуществить процесс самоорганизации, связанный с восстановлением структуры разорванных молекулярных цепей, а также их структурированием, отличным от исходной структуры без изменения термодинамического энергетического баланса. Характерной особенностью пластин 16 является наличие двух перегибов лепестков 15 под некоторыми углами, что позволяет создать большую турбулентность, фиг.3a, b, c. Ширина лепестков 15, отогнутых в одну сторону, должна быть равна ширине лепестков, отогнутых в другую сторону.In the third section, a mixing element 14 is installed, composed of intersecting petals 15, made in thin-walled plates 16 and bent at some angle from the plane of the plate on both sides. Element 14 forms a spatial system of intersecting slits, performing the separation and reunion of flows at the molecular level with multipoint mass transfer. In this case, the exchange of energy allows for the self-organization process associated with the restoration of the structure of broken molecular chains, as well as their structuring, different from the original structure without changing the thermodynamic energy balance. A characteristic feature of the plates 16 is the presence of two bends of the petals 15 at certain angles, which allows you to create more turbulence, figa, b, c. The width of the petals 15, bent to one side, should be equal to the width of the petals, bent to the other side.

Четвертая секция последовательно расположена за третьей секцией и предназначена для перевода обрабатываемой среды из турбулентного режима в ламинарный режим, при котором легче осуществляется процесс самоорганизации на молекулярном уровне, заключающийся в изменении фазового состояния или состава вещества при переходе в равновесное состояние. Частным случаем самоорганизации является рекомбинация, объединение свободных радикалов или присоединение сорбированных атомов на поверхности, в том числе пристенной. Так как в ламинарном потоке молекулярные цепи сильнее распрямляются, то создаются более благоприятные условия для рекомбинации. Вследствие этого четвертая секция содержит выходной штуцер 19, внутренний канал 17 которого имеет диаметр, обеспечивающий заданное проходное сечение, соответствующее расходу. В канале 17 вдоль его оси расположен стержень 18 в виде иглы, обращенный заостренным концом против течения обрабатываемой среды, который, помимо стабилизации течения, увеличивает пристенное трение и выравнивает эпюру скоростей.The fourth section is sequentially located behind the third section and is designed to transfer the medium to be processed from the turbulent mode to the laminar mode, in which the process of self-organization at the molecular level, which consists in changing the phase state or composition of the substance upon transition to the equilibrium state, is easier. A special case of self-organization is the recombination, association of free radicals, or the addition of sorbed atoms on the surface, including the wall. Since molecular chains are more straightened in the laminar flow, more favorable conditions for recombination are created. As a result of this, the fourth section contains an outlet fitting 19, the inner channel 17 of which has a diameter providing a predetermined flow area corresponding to the flow rate. In the channel 17 along its axis there is a rod 18 in the form of a needle, facing with a pointed end against the flow of the medium being treated, which, in addition to stabilizing the flow, increases wall friction and evens out the velocity diagram.

Смеситель-активатор действует следующим образом. Насосом, который на фиг.1 не показан, обрабатываемая среда как в виде смешиваемых многофазных систем, так и активируемых, а также активируемая однофазная среда подаются на вход первой секции через входной штуцер 4, который имеет канал, диаметр которого обеспечивает заданный расход, зависящий также от производительности насоса. В первой секции общий поток разделяется посредством канавок 6 и 7, выполненных по винтовой линии с правосторонним и левосторонним направлениями на наружной поверхности цилиндрического элемента 5. Число разделенных таким образом струй равно числу заходов, но не менее двух. Указанные канавки 6 и 7 пересекаются и этим создают столкновение струй, которое при определенных значениях скоростей течения струй приобретает квазиударный характер. Попадая в глухие отверстия вихреобразователей, обрабатываемая среда приобретает псевдокипящее состояние. Вихреобразователи в виде глухих отверстий могут быть выполнены в местах пересечения канавок 6, 7, или на осевой линии канавки, или со смещением осевой линии глухого отверстия относительно осевой линии канавки на величину, несколько меньшую входного диаметра глухого отверстия. В последнем случае происходит подкручивание обрабатываемой среды движущимися в канавках слоями.The mixer activator operates as follows. The pump, which is not shown in Fig. 1, the medium to be processed, both in the form of mixed multiphase systems and activated, as well as an activated single-phase medium, are supplied to the input of the first section through an inlet 4, which has a channel whose diameter also provides a given flow rate, which also depends from pump performance. In the first section, the total flow is divided by means of grooves 6 and 7, made along a helical line with right and left directions on the outer surface of the cylindrical element 5. The number of jets so separated is equal to the number of strokes, but not less than two. These grooves 6 and 7 intersect and this creates a collision of jets, which at certain values of the speeds of the flow of jets acquires a quasi-shock character. Getting into the blind holes of the vortex generators, the processed medium acquires a pseudo-boiling state. Vortex generators in the form of blind holes can be made at the intersection of the grooves 6, 7, or on the axial line of the groove, or with a displacement of the axial line of the blind hole relative to the axial line of the groove by an amount slightly smaller than the input diameter of the blind hole. In the latter case, the medium is twisted by the layers moving in the grooves.

Если в винтообразном элементе 5 выполнено по оси отверстие 20, закрытое со стороны входа в первую секцию, то глухие отверстия 6, 7 выполняются сквозными, так как при этом инициируется дополнительная разность давлений.If in the screw-like element 5, an opening 20 is made along the axis, which is closed from the side of the entrance to the first section, then the blind holes 6, 7 are made through, since this causes an additional pressure difference.

В целом в первой секции происходит первоначальное смешение и дробление на относительно крупные капли обрабатываемой среды.In general, in the first section, initial mixing and crushing into relatively large droplets of the treated medium takes place.

Далее обрабатываемая среда попадает в кольцевую полость и затем в каналы малого диаметра, выполненные в элементе 13, ранее названном первым кавитатором. В каналах указанные капли подергаются внешнему большому давлению и при выходе из каналов вследствие резкого перепада давления указанные пузырьки схлопьваются подобно микровзрыву с выделением значительной энергии. Из первой камеры второй секции обрабатываемая среда попадает в каналы, выполненные во втором кавитаторе, где также подвергается сжатию, величина которого так же, как и в первом кавитаторе зависит от диаметра каналов. Рационально во втором кавитаторе каналы выполнять разного диаметра для усиления турбулентности. Наличие первого и второго кавитаторов позволяет получать указанные пузырьки диаметром 5 мк и меньше, а выделяемая при кавитации энергия позволяет разрывать длинные молекулярные цепи на более короткие, вплоть до отделения концевых свободных радикалов, имеющих одностороннюю связь. В первой и второй секциях происходит как смешение, так и активация обрабатываемой среды. Затем процесс смешения с целью получения требуемой гомогенности и дальнейшая активация происходят в третьей секции, где к указанным процессам присоединяется процесс самоорганизации, связанный с изменением структуры обрабатываемой среды и приводящий к изменению свойств и состава. Для того чтобы процесс самоорганизации проходил более эффективно, служит четвертая секция, имеющая повышенное пристенное трение за счет стержневого элемента 18 в виде иглы, установленного во внутреннем канале выходного штуцера 19, закрепленного в четвертой секции с конца, противоположного заостренному, и диаметры внутреннего канала выходного штуцера и указанного стержня приняты такими, чтобы обеспечивать требуемый расход. Выходной штуцер 19 может быть выполнен заодно с четвертой секцией или отдельно и закреплен на четвертой секции, например, резьбовым соединением. В этом случае выходной штуцер 19 будет сменным в зависимости от диаметра присоединяемого к нему шланга или трубопровода.Then, the medium to be processed enters the annular cavity and then into the channels of small diameter made in element 13, previously called the first cavitator. In the channels, these droplets undergo great external pressure, and when leaving the channels, due to a sharp pressure drop, these bubbles collapse like a microexplosion with the release of significant energy. From the first chamber of the second section, the medium to be processed enters the channels made in the second cavitator, where it is also compressed, the magnitude of which, as in the first cavitator, depends on the diameter of the channels. It is rational in the second cavitator to carry out channels of different diameters to enhance turbulence. The presence of the first and second cavitators allows one to obtain these bubbles with a diameter of 5 microns and less, and the energy released during cavitation allows one to break long molecular chains into shorter ones, up to the separation of terminal free radicals having a one-way bond. In the first and second sections, both mixing and activation of the processed medium takes place. Then, the mixing process in order to obtain the required homogeneity and further activation takes place in the third section, where the self-organization process associated with a change in the structure of the medium being processed and leading to a change in the properties and composition joins these processes. In order for the self-organization process to proceed more efficiently, the fourth section is used, which has increased wall friction due to the rod element 18 in the form of a needle mounted in the inner channel of the outlet fitting 19, fixed in the fourth section from the end opposite to the pointed one, and the diameters of the inner channel of the outlet fitting and said rod is adopted to provide the required flow rate. The outlet fitting 19 may be integral with the fourth section or separately and fixed to the fourth section, for example, by a threaded connection. In this case, the outlet fitting 19 will be interchangeable depending on the diameter of the hose or pipe connected to it.

Claims (8)

1. Комбинированный универсальный статический смеситель-активатор прямоточного типа, предназначенный для смешения и активации жидких сред с подводом ограниченной плотности энергии при пропускании жидких сред через комбинированную систему неподвижных элементов и являющийся универсальным для многофазных и однофазных сред, состоящий из четырех последовательно расположенных секций, в которых осуществляется процесс смешения или активации и переход от неупорядоченного движения жидкой среды к самоорганизации в виде изменения свойств и состава в соответствии с равновесным состоянием, определяемым энергетическим балансом, отличающийся тем, что первая секция служит для вихреобразования и ослабления таким способом межмолекулярных связей, вторая секция служит как кавитатор и инициирует процесс кавитации с выделением внутренней энергии, третья секция лабиринтного типа служит для осуществления процессов смешения и неупругого соударения струй, сопровождающихся процессом самоорганизации структуры, в четвертой секции осуществляется окончательный переход из турбулентного состояния в ламинарное и самоорганизация жидкой среды за счет пристенного трения.1. Combined universal static mixer-activator of direct-flow type, designed to mix and activate liquid media with a limited energy density supply when passing liquid media through a combined system of fixed elements and is universal for multiphase and single-phase media, consisting of four sections in series, in which the process of mixing or activation is carried out and the transition from the disordered movement of the liquid medium to self-organization in the form of a change in properties and with becoming in accordance with the equilibrium state determined by the energy balance, characterized in that the first section serves to vortex and weaken the intermolecular bonds in this way, the second section serves as a cavitator and initiates the cavitation process with the release of internal energy, the third labyrinth type section serves for mixing and inelastic collision of the jets, accompanied by the process of self-organization of the structure, in the fourth section, the final transition from turbulent states in the laminar and self-organization of the liquid medium due to wall friction. 2. Смеситель-активатор по п.1, отличающийся тем, что первая секция состоит из цилиндрического элемента с канавками определенной ширины и глубины, выполненными на внешней поверхности, и одна канавка имеет осевую линию как винтовую с левосторонним направлением и другая канавка имеет осевую линию как винтовую с правосторонним направлением и это условие распространяется на все другие канавки в соответствии с числом заходов, и в местах пересечения выполнены глухие отверстия, служащие вихреобразователями, и указанные вихреобразователи могут быть выполнены на других участках канавок на соответствующей осевой линии или со смещением центра глухого отверстия от осевой линии на величину меньше диаметра указанного отверстия, и указанный цилиндрический элемент на торце, обращенном к второй секции, имеет кольцевую полость, в которую выходят указанные канавки, и может иметь внутреннее осевое отверстие, закрытое со стороны входа жидкой среды из входного штуцера, и в этом случае ранее указанные глухие отверстия выполняются сквозными.2. The activator mixer according to claim 1, characterized in that the first section consists of a cylindrical element with grooves of a certain width and depth made on the outer surface, and one groove has an axial line as a screw with a left-hand direction and the other groove has an axial line as screw with right-hand direction and this condition applies to all other grooves in accordance with the number of entries, and at the intersection blind holes are made that serve as vortex generators, and these vortex generators can They are made in other sections of the grooves on the corresponding axial line or with the center of the blind hole offset from the axial line by an amount less than the diameter of the specified hole, and the specified cylindrical element at the end facing the second section has an annular cavity into which these grooves exit, and can have an internal axial hole closed on the inlet side of the liquid medium from the inlet fitting, in which case the previously mentioned blind holes are made through. 3. Смеситель-активатор по п.1, отличающийся тем, что вторая секция состоит из элемента, имеющего две ступени - первую и вторую, первая ступень примыкает к указанной кольцевой полости первой секции, и каждая секция состоит из диска, плотно установленного в корпусе смесителя-активатора, и следующей за первым диском первой кольцевой камеры, в первом диске имеются сквозные каналы малого диаметра, соединяющие ранее указанную полость первой секции с первой камерой, при этом суммарная площадь поперечных сечений каналов в первом диске должна обеспечивать требуемую пропускную способность жидкой среды, а первая камера примыкает ко второму диску, также имеющему ряд сквозных каналов, диаметры этих каналов имеют различие по величине и расположению, если указанные каналы не имеют указанных различий, то второй диск выполнен со скошенной плоскостью со стороны первой камеры, также за вторым диском расположена вторая камера, примыкающая к третьей секции.3. The activator mixer according to claim 1, characterized in that the second section consists of an element having two stages - the first and second, the first stage adjoins the specified annular cavity of the first section, and each section consists of a disk tightly mounted in the mixer body -activator, and following the first disk of the first annular chamber, in the first disk there are through channels of small diameter connecting the previously indicated cavity of the first section with the first camera, while the total cross-sectional area of the channels in the first disk must ensure the required capacity of the liquid medium, and the first chamber is adjacent to the second disk, also having a number of through channels, the diameters of these channels have a difference in size and location, if these channels do not have these differences, then the second disk is made with a beveled plane from the side of the first camera , also behind the second disk is a second camera adjacent to the third section. 4. Смеситель-активатор по п.1, отличающийся тем, что третья секция включает объемную пространственную решетку, собранную из элементов в виде гребенок, выполненных из тонких пластин и имеющих с одной стороны или с двух противоположных сторон зубья, одна часть которых отогнута через один зуб от плоскости пластины или все зубья отогнуты от плоскости пластины через один зуб в разные стороны, конфигурация зубьев может дополнительно иметь один или несколько перегибов, а также пропеллерообразную форму.4. The activator mixer according to claim 1, characterized in that the third section includes a three-dimensional spatial lattice assembled from elements in the form of combs made of thin plates and having teeth on one side or two opposite sides, one part of which is bent through one the tooth from the plane of the plate or all the teeth are bent from the plane of the plate through one tooth in different directions, the configuration of the teeth may additionally have one or more bends, as well as a propeller-shaped. 5. Смеситель-активатор по п.4, отличающийся тем, что при сборке плоская часть каждой гребенки может располагаться вдоль осевой линии установочного отверстия, или перпендикулярно, или наклонно относительно указанной осевой линии, конфигурация пространственной решетки соответствует конфигурации установочного отверстия.5. The activator mixer according to claim 4, characterized in that during assembly, the flat part of each comb can be located along the center line of the mounting hole, either perpendicularly or obliquely with respect to the specified center line, the configuration of the spatial grid corresponds to the configuration of the mounting hole. 6. Смеситель активатор по п.1, отличающийся тем, что четвертая секция располагается непосредственно в корпусе или в торцевой крышке, имеющей выходной штуцер, или в выходном штуцере.6. The activator mixer according to claim 1, characterized in that the fourth section is located directly in the housing or in the end cap having an outlet fitting, or in the outlet fitting. 7. Смеситель-активатор по п.6, отличающийся тем, что четвертая секция имеет сквозной канал, в котором размещен стержень, заостренный с конца, обращенного в сторону третьей секции и закрепленный другим концом одним из способов, позволяющих обеспечить заданную пропускную способность указанного сквозного канала.7. The mixer-activator according to claim 6, characterized in that the fourth section has a through channel in which a rod is placed, pointed from the end facing the third section and secured by the other end in one of the ways to ensure a given throughput of said through channel . 8. Смеситель-активатор по п.6, отличающийся тем, что указанный стержень совершает осевые упругие перемещения под действием установленного упругого элемента и пульсаций жидкой среды. 8. The mixer-activator according to claim 6, characterized in that said rod performs axial elastic displacements under the action of an installed elastic element and pulsations of a liquid medium.
RU2012153260/05A 2012-12-10 2012-12-10 Combined universal static mixer-activator RU2550203C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153260/05A RU2550203C2 (en) 2012-12-10 2012-12-10 Combined universal static mixer-activator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153260/05A RU2550203C2 (en) 2012-12-10 2012-12-10 Combined universal static mixer-activator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012153260A RU2012153260A (en) 2014-06-20
RU2550203C2 true RU2550203C2 (en) 2015-05-10

Family

ID=51213519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012153260/05A RU2550203C2 (en) 2012-12-10 2012-12-10 Combined universal static mixer-activator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2550203C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674909C1 (en) * 2018-04-10 2018-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ) Module-attachment to air seeder for treating seeds with protective-stimulating preparations
RU2703600C2 (en) * 2018-04-02 2019-10-21 Анатолий Васильевич Дунаев Method of reducing consumption of liquid hydrocarbon fuel in devices for obtaining heat and mechanical energy

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2965362A (en) * 1957-11-13 1960-12-20 Ingbuero Dipl Ing Friedrich He Device for mixing and homogenizing
US3526391A (en) * 1967-01-03 1970-09-01 Wyandotte Chemicals Corp Homogenizer
SU1156721A1 (en) * 1983-12-12 1985-05-23 Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов Mixer-reactor
SU1168415A1 (en) * 1983-10-25 1985-07-23 Николаевский Филиал Одесского Инженерно-Строительного Института Device for activating cement suspension
SU1391905A2 (en) * 1986-06-03 1988-04-30 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Static mixer for polymeric materials
RU2091146C1 (en) * 1993-10-05 1997-09-27 Зульцер Хемтех Аг Apparatus for homogenizing high-viscosity media
RU2411074C1 (en) * 2009-07-01 2011-02-10 Юрий Валентинович Воробьев Combined static mixer-activator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2965362A (en) * 1957-11-13 1960-12-20 Ingbuero Dipl Ing Friedrich He Device for mixing and homogenizing
US3526391A (en) * 1967-01-03 1970-09-01 Wyandotte Chemicals Corp Homogenizer
SU1168415A1 (en) * 1983-10-25 1985-07-23 Николаевский Филиал Одесского Инженерно-Строительного Института Device for activating cement suspension
SU1156721A1 (en) * 1983-12-12 1985-05-23 Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов Mixer-reactor
SU1391905A2 (en) * 1986-06-03 1988-04-30 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Static mixer for polymeric materials
RU2091146C1 (en) * 1993-10-05 1997-09-27 Зульцер Хемтех Аг Apparatus for homogenizing high-viscosity media
RU2411074C1 (en) * 2009-07-01 2011-02-10 Юрий Валентинович Воробьев Combined static mixer-activator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2266776 C1,) 27.12.2005. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703600C2 (en) * 2018-04-02 2019-10-21 Анатолий Васильевич Дунаев Method of reducing consumption of liquid hydrocarbon fuel in devices for obtaining heat and mechanical energy
RU2674909C1 (en) * 2018-04-10 2018-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ) Module-attachment to air seeder for treating seeds with protective-stimulating preparations

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012153260A (en) 2014-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Passive mixers in microfluidic systems: A review
US3195865A (en) Interfacial surface generator
Parsa et al. Mixing enhancement in a passive micromixer with convergent–divergent sinusoidal microchannels and different ratio of amplitude to wave length
KR101736797B1 (en) Micromixer for mixing fluids
EP3237102B1 (en) Device for cavitational mixing
RU2550203C2 (en) Combined universal static mixer-activator
Xu et al. An oscillating feedback microextractor with asymmetric feedback channels
KR101947084B1 (en) Nano-micro bubble generator and gas mixed nano-micro bubble generating system using the same
RU2411074C1 (en) Combined static mixer-activator
CN109985543B (en) Spindle-shaped passive micro mixer
RU2592801C1 (en) Combined static mixer-activator
US3402916A (en) Fluid mixing device
Wang et al. A micromixer with two-layer crossing microchannels based on PMMA bonding process
Chen et al. Investigation of swirling flows in mixing chambers
WO2012096589A1 (en) Combined direct-flow mixer and activator
Le Van et al. Liquid pumping and mixing by PZT synthetic jet
RU2340656C2 (en) Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end
CN107433213B (en) Three-dimensional parallel type multiple emulsion rapid preparation device
RU2631878C1 (en) Gas-liquid mixture dispergation device
KR100500843B1 (en) Multiple static mixer
RU2237511C2 (en) Static mixer
RU2324078C2 (en) Gas-liquid ejector
RU2625874C1 (en) Hydrodynamic mixer
RU62034U1 (en) LAMINATED MULTI-CHANNEL CAVITATION REACTOR
RU2775588C1 (en) Modular static mixer-activator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150328