RU2716428C1 - Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids - Google Patents

Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2716428C1
RU2716428C1 RU2019130685A RU2019130685A RU2716428C1 RU 2716428 C1 RU2716428 C1 RU 2716428C1 RU 2019130685 A RU2019130685 A RU 2019130685A RU 2019130685 A RU2019130685 A RU 2019130685A RU 2716428 C1 RU2716428 C1 RU 2716428C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixing
liquids
cavitation
tank
complex
Prior art date
Application number
RU2019130685A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Юрьевич Харитонов
Original Assignee
Вячеслав Юрьевич Харитонов
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 Вячеслав Юрьевич Харитонов filed Critical Вячеслав Юрьевич Харитонов
Priority to RU2019130685A priority Critical patent/RU2716428C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2716428C1 publication Critical patent/RU2716428C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40Mixing liquids with liquids; Emulsifying

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to production of hydrocarbon mixtures, for example, oils for internal combustion engines, hydraulic devices, transmissions, lubricant-cooling liquids and other, and can also be used for mixing and dissolving medium-phase complexes, the phase in which is composed of micro-, nano- and finely dispersed substances, and compounds aggregated into micelles. Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous fluids includes initial components storage container, cavitation unit, end product storage capacity, pumps, pumping over the liquid, pressure sensors, at least one tank for preliminary mixing of liquids, at least one mixer, changing into vacuum chamber, cavitator, coil, filters, shutoff valves.
EFFECT: technical result of the invention is more thorough mixing of liquids of different viscosity into a homogeneous mass without heating, shorter time for obtaining the finished product, as well as simplification of the device for mixing liquids.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области производства углеводородных смесей, например, масел для двигателей внутреннего сгорания, гидравлических устройств, трансмиссий, смазочно-охлаждающих жидкостей и прочих, а также может быть применена для смешивания и растворения комплексов среда-фаза, фазу в котором составляют микро-, нано- и тонкодисперсные вещества, и соединения, агрегатированные в мицеллы (подавляющее большинство пакетов легирующих присадок).The invention relates to the production of hydrocarbon mixtures, for example, oils for internal combustion engines, hydraulic devices, transmissions, cutting fluids and others, and can also be used for mixing and dissolving medium-phase complexes, the phase of which is micro-, nano - and finely dispersed substances, and compounds aggregated into micelles (the vast majority of packages of dopants).

При производстве товарных масел долгое время повсеместно применялось блендирование. Основным преимуществом блендирования является его относительная простота. Однако по мере улучшения смазочных материалов усложнялся и их состав. Они становились все более сложными, многокомпонентными и трудно смешиваемыми структурами, и блендирование уже не обеспечивает хорошее качество товарного продукта. Минусами блендирования можно считать следующее:In the production of marketable oils, blending has long been widely used. The main advantage of blending is its relative simplicity. However, as lubricants improved, their composition became more complex. They became more and more complex, multicomponent, and difficult to mix, and blending no longer provides a good quality product. The disadvantages of blending are the following:

- недостаточное дробление мицелл присадок, а значит меньшая площадь взаимодействия со средой;- insufficient crushing of micelles of additives, which means a smaller area of interaction with the medium;

- нестабильное качество при смешивании базовых масел различной природы с легирующими присадками, в результате чего по истечении времени возникает полное или частичное расслоение полученного продукта;- unstable quality when mixing base oils of various nature with alloying additives, as a result of which, over time, a complete or partial separation of the resulting product occurs;

- огромные энергозатраты при технологическом нагреве всей массы готовящегося продукта (нагрев от 70°С до 90°С);- huge energy consumption during technological heating of the entire mass of the prepared product (heating from 70 ° C to 90 ° C);

- поэтапный ввод и растворение в базовых маслах полимеров (модификаторов вязкости и депрессоров) и легирующих присадок.- phased introduction and dissolution in base oils of polymers (viscosity modifiers and depressants) and dopants.

При других методах растворения, таких как вибрация, ультразвук и т.п., основную трудность вызывает растворение полимеров, так как до растворения в масле полимеры имеют высокую склонность к механической деструкции и «грубое» воздействие может привести к значительному изменению их структуры, что негативно сказывается на качестве товарного масла.With other dissolution methods, such as vibration, ultrasound, etc., the main difficulty is the dissolution of polymers, since before dissolving in oil, polymers have a high tendency to mechanical degradation and a “rough” effect can lead to a significant change in their structure, which negatively affects the quality of marketable oil.

Из уровня техники известен способ приготовления водотопливной эмульсии, статическое кавитационное устройство для эмульгирования и гидродинамическое многосекционное кавитационное устройство гомогенизации эмульсии (патент на изобретение RU 2202406, опубл. 20.04.2003, Бюл. №11). Способ включает смешение жидкого топлива и воды, эмульгирование в статическом кавитационном устройстве, очистку и окончательную обработку в гидродинамическом кавитационном многосекционном устройстве, каждая секция которого содержит ротор и статор. Статическое кавитационное устройство выполнено в виде трубы с внутренней трубчатой перегородкой. Кавитаторы из пластин размещены в кольцевой полости и внутри центральной трубы. На входе установлена вихревая камера. Гидродинамическое кавитационное устройство содержит несколько секций, встречно-направленных и имеющих статоры с конфузорами и роторы с диффузорами. Однако это изобретение относится к технологии получения водотопливных эмульсий, используемых в качестве топлив. К недостаткам этого устройства можно отнести то, что оно не способно смешивать вязкие вещества и рассчитано только на легкотекучие, а значит и легкосмешиваемые вещества.The prior art method for preparing a water-fuel emulsion, a static cavitation device for emulsification and a hydrodynamic multi-section cavitation device for homogenizing an emulsion (patent for invention RU 2202406, published on 04/20/2003, Bull. No. 11). The method includes mixing liquid fuel and water, emulsifying in a static cavitation device, cleaning and finishing in a hydrodynamic cavitation multisection device, each section of which contains a rotor and a stator. The static cavitation device is made in the form of a pipe with an internal tubular partition. Cavitators of plates are placed in the annular cavity and inside the central pipe. A swirl chamber is installed at the entrance. The hydrodynamic cavitation device contains several sections, counter-directed and having stators with confusers and rotors with diffusers. However, this invention relates to a technology for producing water-fuel emulsions used as fuels. The disadvantages of this device include the fact that it is not able to mix viscous substances and is designed only for flowing, and therefore easily miscible substances.

Наиболее близким техническим решением является линия холодного смешивания масел (патент на полезную модель RU 134927 U1, опубл. 27.11.2013 г.), в котором применена кавитация для смешивания масла и жидкости при нагревании с использованием давления и тепла кавитационных пузырьков. К недостаткам описанного технического решения можно отнести то, что устройство не предназначено для смешивания нескольких смазочных материалов. За ближайший аналог в ней принята кавитационная колонна, являющаяся основной составной частью линии «холодного» смешивания смазочных материалов. Снижение давления создает кавитационная колонна, и она, выступая в виде кавитатора, в то же время не позволяет производить смешивание более трех базовых масел, тогда как современные масла могут включать в свой состав до шести базовых масел различной природы (дистилляты, продукты гидроизомеризации, полиальфаолефины, эстеры, алкилированные нафталины, полиалкиленгликоли, продукты на основе жирных кислот). Кроме того, в описанной колонне не предусмотрено перед обработкой смеси кавитацией предварительное смешивание базовых масел с высокомолекулярными полимерами, которые служат модификаторами трения в большинстве современных, высокотехнологичных маслах, и при использовании описанной кавитационной колонны необходимо нормирование температуры смеси.The closest technical solution is the cold oil mixing line (patent for utility model RU 134927 U1, published on November 27, 2013), in which cavitation is used to mix oil and liquid during heating using pressure and heat from cavitation bubbles. The disadvantages of the described technical solutions include the fact that the device is not intended for mixing several lubricants. For the closest analogue, it adopted a cavitation column, which is the main component of the line of "cold" mixing of lubricants. A cavitation column creates a pressure drop, and, acting as a cavitator, at the same time it does not allow mixing of more than three base oils, whereas modern oils can include up to six base oils of various nature (distillates, hydroisomerization products, polyalphaolefins, esters, alkyl naphthalenes, polyalkylene glycols, fatty acid-based products). In addition, in the described column, before mixing the mixture with cavitation, preliminary mixing of base oils with high molecular weight polymers, which serve as friction modifiers in most modern, high-tech oils, is not provided, and when using the described cavitation column, it is necessary to normalize the temperature of the mixture.

Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является разработка комплекса кавитационно-вакуумного смешения вязких жидкостей, способного решать широкий спектр задач, в котором отсутствуют статор и ротор, мембраны, где кавитация инициируется за счет резкого сброса давления, вакуум в камере создается за счет разряжения создаваемого потоком жидкости. В заявленной кавитационно-вакуумной установке смешения вязких жидкостей нет необходимости дорабатывать продукт после выхода из второго блока, продукт уже выходит в товарном виде, и данную установку можно сразу подключать к линии розлива продукции.The task to which the technical solution is directed is to develop a complex of cavitation-vacuum mixing of viscous fluids that can solve a wide range of problems in which there are no stator and rotor, membranes, where cavitation is initiated due to a sharp pressure relief, the vacuum in the chamber is created by vacuum created by fluid flow. In the claimed cavitation-vacuum installation for mixing viscous liquids there is no need to modify the product after leaving the second unit, the product is already in its commercial form, and this installation can be immediately connected to the product bottling line.

Задача решается тем, что комплекс кавитационно-вакуумного смешения вязких жидкостей, включающий емкость хранения исходных компонентов, кавитационную установку, емкость хранения конечного продукта, насосы, перекачивающие жидкость, датчики давления, отличающийся тем, что также содержит, по меньшей мере, одну емкость для предварительного смешения жидкостей, по меньшей мере, один смеситель, переходящий в вакуумную камеру, кавитатор, змеевик, фильтры, запорную арматуру, при этом емкость для предварительного смешения жидкостей оснащена насосом, качающим жидкость из нижней части емкости в коллектор, расположенный сверху, через который происходит сброс жидкости в емкость, где коллектор состоит из трубы, от которой вниз на равном расстоянии отходят несколько труб, в нижней части каждой из которых имеется сопло и по всей длине которых имеются щелевидные отверстия, смеситель представляет собой трубу, в которой установлены рассекатель, представляющий собой диск с отверстиями, пластины, установленные под углом и создающие спиралевидный поток, и на входе в вакуумную камеру внутри трубы установлено сопло, создающее эффект кавитации, вакуумная камера выполнена шарообразной, за вакуумной камерой установлен трубопровод, ведущий через сопло к кавитатору, при этом сопло также содержит пластины, установленные под углом, создающие спиралевидный поток, после кавитатора установлен змеевик, ведущий в емкость хранения конечного продукта, фильтры установлены на входе и выходе комплекса, между всеми элементами комплекса проложены трубопроводы. Комплекс также содержит индукционный нагреватель, расположенный между кавитатором и змеевиком.The problem is solved in that the complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids, including the storage capacity of the starting components, cavitation installation, storage capacity of the final product, pumps, pumping liquid, pressure sensors, characterized in that it also contains at least one container for preliminary mixing liquids, at least one mixer passing into the vacuum chamber, cavitator, coil, filters, shutoff valves, while the tank for preliminary mixing of liquids is equipped with a pump ohm pumping liquid from the lower part of the tank to the collector located above, through which the liquid is discharged into the tank, where the collector consists of a pipe from which several pipes go down at an equal distance, at the bottom of each of which there is a nozzle and along the entire length which have slit-like openings, the mixer is a pipe in which a divider is installed, which is a disk with holes, plates mounted at an angle and creating a spiral flow, and at the entrance to the vacuum chamber inside loss, a nozzle that creates the effect of cavitation is installed, the vacuum chamber is made spherical, behind the vacuum chamber there is a pipeline leading through the nozzle to the cavitator, while the nozzle also contains plates mounted at an angle that create a spiral flow, after the cavitator a coil is installed leading to the storage capacity of the final product, filters are installed at the inlet and outlet of the complex, pipelines are laid between all elements of the complex. The complex also contains an induction heater located between the cavitator and the coil.

Техническим результатом, достигаемым совокупностью существенных признаков, является более тщательное перемешивание жидкостей разной вязкости в однородную массу без нагрева, сокращение сроков получения готового продукта, а также упрощение устройства комплекса смешения жидкостей. Смешение жидкостей возможно также и при отрицательных температурах.The technical result achieved by the set of essential features is a more thorough mixing of liquids of different viscosities into a homogeneous mass without heating, reducing the time for obtaining the finished product, as well as simplifying the construction of a complex for mixing liquids. Mixing liquids is also possible at low temperatures.

Комплекс кавитационно-вакуумного смешения вязких жидкостей позволяет получать смазочное масло улучшенного качества на неограниченном количестве базовых масел с легирующими присадками и добавками в виде высокомолекулярных полимеров за счет внутреннего устройства, которое обеспечивает равномерное перемешивание смеси.The complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids allows to obtain improved quality lubricating oil on an unlimited number of base oils with alloying additives and additives in the form of high molecular weight polymers due to the internal device, which ensures uniform mixing of the mixture.

Комплекс предназначен для однородного смешения нефтепродуктов с вязкостным диапазоном 5 сСт -100000 сСт.The complex is designed for homogeneous mixing of petroleum products with a viscosity range of 5 cSt -100000 cSt.

Комплекс также может найти применение, например, при:The complex can also find application, for example, with:

- смешении жидкостей на основе трудносмешиваемых компонентов (дистилляты, продукты гидроизомеризации, полиальфаолефины, эстеры, алкилированные нафталины, жирные кислоты, и другие кислоты слабых оснований);- mixing liquids based on difficult to mix components (distillates, hydroisomerization products, polyalphaolefins, esters, alkyl naphthalenes, fatty acids, and other acids of weak bases);

- создании водотопливных эмульсий;- the creation of water-fuel emulsions;

- растворении труднорастворимых фаз в агрегатах растворов. Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:- dissolution of sparingly soluble phases in aggregates of solutions. The invention is illustrated by drawings, which depict:

- на фиг. 1 - один из вариантов возможной схемы комплекса;- in FIG. 1 - one of the options for a possible scheme of the complex;

- на фиг. 2 - схема коллектора;- in FIG. 2 is a collector diagram;

- на фиг. 3 - схема вакуумной камеры;- in FIG. 3 is a diagram of a vacuum chamber;

- на фиг. 4 - схема кавитатора, установленного за вакуумной камерой, где:- in FIG. 4 is a diagram of a cavitator mounted behind a vacuum chamber, where:

1 - емкость с исходным компонентом1 - capacity with the source component

2 - емкость предварительного перемешивания2 - pre-mixing tank

3 - коллектор3 - collector

4 - выход жидкости после предварительного перемешивания из первого блока4 - liquid exit after preliminary mixing from the first block

5 - вход жидкости во второй блок5 - fluid inlet to the second block

6 - кавитатор6 - cavitator

7 - вакуумная камера7 - vacuum chamber

8 - прибор, измеряющий давление8 - pressure measuring device

9 - сопло9 - nozzle

10 - индукционный нагреватель10 - induction heater

11 - змеевик11 - coil

12 - в емкость для хранения готовой продукции12 - in the container for storage of finished products

13 - основная труба коллектора13 - the main pipe of the collector

14 - сопла коллектора14 - collector nozzles

15 - щелевые отверстия15 - slotted holes

16 - отводная трубка16 - branch pipe

17 - зона вакуума17 - vacuum zone

18 - жидкость18 - liquid

19 - зона кавитации19 - cavitation zone

20 - пластина с отверстием20 - plate with hole

21 - направляющие (пластины) для закручивания потока.21 - guides (plates) for swirling the flow.

На фиг. 1 линиями показаны трубопроводы, стрелками обозначено направление движения потока жидкости.In FIG. 1 lines show pipelines, arrows indicate the direction of fluid flow.

Комплекс кавитационно-вакуумного смешения вязких жидкостей состоит из двух блоков для смешения жидкостей. Первый блок служит для предварительного перемешивания, второй для окончательного перемешивания.The complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids consists of two blocks for mixing liquids. The first block serves for pre-mixing, the second for final mixing.

Первый блок состоит из, по меньшей мере, одной емкости 2, каждая объемом 10 м3, трубопроводов, запорной арматуры, насосов и фильтров. Количество емкостей зависит от объема производства. Фильтры располагаются на входе в емкость. Емкость оснащена насосами, качающими жидкость из нижней части емкости в коллектор (гребенку) 3, расположенный сверху горизонтально и параллельно емкости, через который происходит сброс жидкости в емкость. Коллектор 3 (гребенка) состоит из общей трубы 13, от которой вниз на равном расстоянии отходят в емкость три трубы, в нижней части каждой из труб имеется сопло 14, по всей длине труб с четырех сторон и на высоту 3/4 от объема емкости имеются щелевидные отверстия 15, необходимые для увеличения пропускной способности.The first block consists of at least one tank 2, each with a volume of 10 m 3 , pipelines, valves, pumps and filters. The number of tanks depends on the volume of production. Filters are located at the entrance to the tank. The tank is equipped with pumps pumping fluid from the bottom of the tank to the collector (comb) 3, located horizontally and parallel to the tank from above, through which the liquid is discharged into the tank. The collector 3 (comb) consists of a common pipe 13, from which three pipes go down at an equal distance to the tank, at the bottom of each pipe there is a nozzle 14, along the entire length of the pipes on four sides and to a height of 3/4 of the tank slit-like openings 15 necessary to increase throughput.

Второй блок состоит из трубопроводов, запорной арматуры, вакуумных камер 7, смесителей, индукционного нагревателя 10 (по необходимости), змеевика 11, насоса, фильтров и приборов контроля. Фильтры располагаются на входе и выходе второго блока.The second block consists of pipelines, valves, vacuum chambers 7, mixers, induction heater 10 (if necessary), coil 11, pump, filters and control devices. Filters are located at the input and output of the second unit.

Насос, находящийся на входе во второй блок, забирает жидкость из емкости 2 и через смесители, в которых расположены сопла (конфузоры), рассекатели и вакуумные камеры 7 подает жидкость в индукционный нагреватель 10 (при необходимости), далее через змеевик 11 и фильтр, жидкость подается в емкость для хранения готовой продукции.The pump, which is located at the entrance to the second unit, draws liquid from the tank 2 and through mixers in which nozzles (confusers) are located, dividers and vacuum chambers 7 supplies liquid to the induction heater 10 (if necessary), then through the coil 11 and the filter, the liquid served in a container for storing finished products.

Смеситель представляет собой отрезок трубы, на входе в который имеется рассекатель, представляющий собой диск 20 с семнадцатью отверстиями. Диск выполняется диаметром равным внутреннему диаметру трубы. После рассекателя в трубе под углом установлены пластины 21 создающие спиралевидный поток жидкости и придающий ему ускорение. Пластины установлены одна над другой, и предпочтительно под углом 25-30 градусов. В основном используется четыре пластины высотой 40 мм. От высоты пластины будет зависеть закручивание жидкости в спираль, если ее сделать низкую, густая жидкость не будет закручиваться, а просто перетечет через нее.The mixer is a pipe segment, at the entrance to which there is a divider, which is a disk 20 with seventeen holes. The disk is made with a diameter equal to the inner diameter of the pipe. After the divider, plates 21 are installed at an angle at the pipe, creating a spiral-shaped fluid flow and giving it acceleration. The plates are mounted one above the other, and preferably at an angle of 25-30 degrees. Mostly used four plates with a height of 40 mm. The twisting of the liquid into a spiral will depend on the height of the plate, if it is made low, the thick liquid will not twist, but simply flow through it.

Смеситель заканчивается соплом, за которым следует вакуумная камера. Благодаря наличию сопла перед вакуумной камерой 7 создается эффект кавитации. Таким образом, смеситель выполняет функцию кавитатора (позиция 6-I на фиг. 1). Вакуумная камера выполнена шаровидной формы. Вверху камеры имеется труба, необходимая для подключения моновакуумметра 8 и отводной трубки 16, создающей дополнительное разряжение. За шарообразной камерой имеется трубопровод, ведущий через сопло 9 к кавитатору 6-II. Далее установлен змеевик 11. Змеевик 11 перед емкостью для готовой жидкости осуществляет переход потоков жидкости из ламинарного течения в турбулентный. Фильтры, стоящие после змеевика, обеспечивают чистоту отсева.The mixer ends with a nozzle followed by a vacuum chamber. Due to the presence of a nozzle in front of the vacuum chamber 7, a cavitation effect is created. Thus, the mixer acts as a cavitator (position 6-I in FIG. 1). The vacuum chamber is made spherical in shape. At the top of the chamber there is a pipe necessary for connecting a monovacuum meter 8 and a bypass tube 16, which creates additional vacuum. Behind the spherical chamber there is a pipeline leading through the nozzle 9 to the cavitator 6-II. Next, the coil 11. The coil 11 in front of the tank for the finished fluid transfers the fluid flows from the laminar flow to turbulent. Filters after the coil ensure clean screening.

Оба блока связаны между собой трубопроводами с запорной арматурой.Both blocks are interconnected by pipelines with valves.

Далее описывается принцип действия первого блока.The following describes the principle of operation of the first block.

В одну из емкостей первого блока, в соответствии с техническим заданием, заливаются отвешенные на весах компоненты (базовые масла и присадки). Залив компонентов в емкость может производиться как сверху через горловину, так и через всасывающую магистраль.In accordance with the statement of work, components suspended on the scales (base oils and additives) are poured into one of the tanks of the first block. The components can be poured into the tank both from above through the neck and through the suction line.

Базовые масла, как правило, имеют вязкость от 15 сСт при 20°С до 1000 сСт при 20°С. Присадки, используемые при смешении, имеют вязкость от 30 сСт при 20°С до 10000 сСт. Все компоненты, имеющие вязкость свыше, предварительно необходимо разогреть.Base oils typically have a viscosity of 15 cSt at 20 ° C to 1000 cSt at 20 ° C. Additives used in mixing have a viscosity of 30 cSt at 20 ° C to 10,000 cSt. All components with a viscosity above must first be heated.

Закачивание и предварительное перемешивание компонентов в емкость производится через всасывающую магистраль шестеренным или винтовым насосом способным закачать жидкости с вышеуказанной вязкостью.The components are pumped and pre-mixed into the tank through a suction line with a gear or screw pump capable of pumping liquids with the above viscosity.

После закачивания компонентов в емкость краны открываются таким образом, чтобы обеспечить забор жидкости насосом в нижней части емкости, и сброс обратно в емкость через гребенку сверху. Верхняя гребенка состоит из общей трубы диаметром 89 мм, от которой вниз на равном промежутке отходят в емкость три трубы, диаметром 57 мм. В низ каждой из труб вварено сопло с проходным сечением 15 мм. По всей длине труб, с четырех сторон и на высоту 3/4 от объема имеются щелевидные отверстия шириной 1,5 мм, которые необходимы для увеличения пропускной способности. За счет того, что проход трубопроводов в гребенке заужен, насос создает давление до 10 атмосфер, происходит распыление жидкости через нижние сопла и боковое фонтанирование, т.к. сопла и щелевидные отверстия находятся в жидкости и не контактируют с воздухом, пенообразование остается минимальным. Смешивание производится при окружающей температуре воздуха.After the components are pumped into the tank, the taps open in such a way as to ensure that liquid is drawn in by the pump at the bottom of the tank and dumped back into the tank through a comb on top. The upper comb consists of a common pipe with a diameter of 89 mm, from which three pipes with a diameter of 57 mm go down into the tank at an equal interval. A nozzle with a bore of 15 mm is welded into the bottom of each pipe. Along the entire length of the pipes, from four sides and to a height of 3/4 of the volume, there are slit-like openings 1.5 mm wide, which are necessary to increase the throughput. Due to the fact that the passage of the pipelines in the comb is narrowed, the pump creates a pressure of up to 10 atmospheres, liquid is sprayed through the lower nozzles and side flowing, because nozzles and slit-like openings are in the liquid and do not come in contact with air; foaming remains minimal. Mixing is carried out at ambient air temperature.

Вышеописанным способом обеспечивается предварительное смешение компонентов. Время предварительного смешивания, зависит от объема и вязкости компонентов. При перемесе жидкостей и использования полного объема емкости (10 м3), время перемеса составляет 60 минут, после чего происходит визуальный осмотр смешиваемой жидкости. Жидкость должна выглядеть однородной. Если жидкость не выглядит однородной, время перемеса увеличивают. Отбор пробы производится через кран, находящийся на напорном трубопроводе, насос при этом должен быть выключен, налив в лабораторный стакан производится самотеком.The above method provides preliminary mixing of the components. Pre-mixing time depends on the volume and viscosity of the components. When mixing liquids and using the full volume of the tank (10 m 3 ), the mixing time is 60 minutes, after which a visual inspection of the mixed liquid takes place. The fluid should look uniform. If the liquid does not look uniform, the mixing time is increased. Sampling is carried out through a tap located on the pressure pipe, while the pump must be turned off, pouring into the beaker is carried out by gravity.

Для изменения физико-химических свойств жидкости ее прогоняют через второй блок. Принцип действия второго блока заключается в следующем.To change the physicochemical properties of the liquid, it is driven through the second block. The principle of operation of the second block is as follows.

Насос, находящийся на втором блоке, забирает жидкость из емкости для предварительного смешения и через смесители, в которых расположены сопла, рассекатели и вакуумные камеры подает жидкость в индукционный нагреватель (при необходимости), далее через змеевик и фильтр жидкость подается в емкость для хранения готовой продукции.The pump, located on the second block, draws liquid from the tank for pre-mixing and through the mixers in which the nozzles, dividers and vacuum chambers are located, delivers the liquid to the induction heater (if necessary), then through the coil and filter the liquid is fed into the tank for storing finished products .

На установке предусмотрены смесители с разным размером сопел и рассекателей. Количество смесителей может быть любым и зависит от степени гомогенизации. На фиг. 1 приведен пример с четырьмя смесителями. На данной установке, для лучшей гомогенизации, жидкость может проходить последовательно через две камеры, но за счет запорной арматуры, после первого смесителя потоки можно направить в параллельный трубопровод, который выведет смесь в сопло и дальше в змеевик, фильтр и в емкость с готовой продукцией. Вывод жидкости в сопло является обязательным условием для создания разряжения в вакуумной камере. Можно из схемы исключить сопло, но тогда на выходе из смесителя, для создания разряжения, необходимо устанавливать второй насос. Первый смеситель представляет собой отрезок трубы диаметром 89 мм и длинной 700 мм, на входе в который вварен рассекатель, представляющий собой диск с семнадцатью отверстиями, каждое диаметром 7 мм. Рассекатель работает по принципу сита и разбивает сгустки в жидкости. После рассекателя в трубу под углом вварены пластины, создающие спиралевидный поток жидкости и придающий ему ускорение. Закрученная жидкость входит под давлением 20 атмосфер в сопло имеющее диаметр 15 мм и выходит из него в вакуумную камеру, где происходит резкое сбрасывание давления до минус 0,7 атм в результате чего создается кавитация. В процессе кавитации происходит образование и схлопывание пузырьков газа в жидкости. Для контроля давления в смесителе и с целью предотвращения избыточного давления и разрыва трубопровода перед соплом вварен манометр. В случае избыточного давления, часть жидкости перенаправляется в параллельный смеситель. Уравновешивание давления в параллельных смесителях регулируется запорной арматурой.The installation provides mixers with different sizes of nozzles and dividers. The number of mixers can be any and depends on the degree of homogenization. In FIG. 1 shows an example with four mixers. In this installation, for better homogenization, the liquid can pass sequentially through two chambers, but due to shut-off valves, after the first mixer, the flows can be sent to a parallel pipeline, which will lead the mixture to the nozzle and further to the coil, filter and into the container with the finished product. The withdrawal of fluid into the nozzle is a prerequisite for creating a vacuum in the vacuum chamber. You can exclude the nozzle from the circuit, but then at the outlet of the mixer, to create a vacuum, you must install a second pump. The first mixer is a piece of pipe with a diameter of 89 mm and a length of 700 mm, at the entrance to which a divider is welded, which is a disk with seventeen holes, each with a diameter of 7 mm. The divider works on the principle of a sieve and breaks up clots in a liquid. After the divider, plates are welded into the pipe at an angle, creating a spiral-shaped fluid flow and giving it acceleration. The swirling liquid enters a nozzle having a diameter of 15 mm under a pressure of 20 atmospheres and exits from it into a vacuum chamber, where there is a sharp release of pressure to minus 0.7 atm, resulting in cavitation. In the process of cavitation, the formation and collapse of gas bubbles in the liquid occurs. A pressure gauge is welded in front of the nozzle to control the pressure in the mixer and to prevent overpressure and rupture of the pipeline. In case of overpressure, part of the liquid is redirected to a parallel mixer. Pressure balancing in parallel mixers is regulated by shutoff valves.

Вакуумная камера представляет собой шар диаметром 220 мм. В верх камеры вварена труба 20 мм, необходимая для подключения моновакуумметра и отводной трубки, создающей дополнительное разряжение. Жидкость, входящая в вакуумную камеру, под действием гравитации падает вниз, над ней создается пространство, при открытии крана, находящегося на трубке для разряжения, создается дополнительное разряжение. Эффект разряжения создает в трубке участок трубопровода с меньшим диаметром, в котором из-за уменьшения диаметра трубопровода, происходит увеличение скорости потока.The vacuum chamber is a ball with a diameter of 220 mm. A 20 mm pipe is welded into the top of the chamber, which is necessary to connect a monovacuum meter and a branch pipe, which creates additional vacuum. The liquid entering the vacuum chamber falls down under the action of gravity, space is created above it, when opening the valve located on the tube for discharge, an additional vacuum is created. The effect of rarefaction creates a section of the pipeline with a smaller diameter in the tube, in which, due to a decrease in the diameter of the pipeline, an increase in the flow rate occurs.

В зависимости от вязкости смеси используются разные смесительные камеры. Проход через определенную камеру регулируется запорной арматурой. Разные размеры сопел необходимы для жидкостей с разными вязкостями и создания эффекта кавитации. Смесительные камеры установлены попарно, первые камеры имеют меньший диаметр сопел, чем находящиеся за ними.Different mixing chambers are used depending on the viscosity of the mixture. The passage through a certain chamber is regulated by shutoff valves. Different nozzle sizes are required for fluids with different viscosities and for creating a cavitation effect. Mixing chambers are installed in pairs, the first chambers have a smaller nozzle diameter than those behind them.

Эффект кавитации создается за счет резкого падения давления при переходе жидкости из конфузора в диффузор, вакуум в камерах - за счет эжекции, создаваемой на участке с трубопроводом меньшего диаметра, но с большей скоростью потока. Оба участка связаны между собой трубопроводами с запорной арматурой. При необходимости эффект эжекции можно отключить.The cavitation effect is created due to a sharp drop in pressure during the transition of fluid from the confuser to the diffuser, and the vacuum in the chambers due to ejection created in the section with a pipeline of smaller diameter, but with a higher flow rate. Both sections are interconnected by pipelines with valves. If necessary, the ejection effect can be turned off.

Для контроля скорости потока, состояния давления и разряжения, камеры снабжены измерителями скорости потока (расходомерами), манометрами и вакуумметрами.To control the flow rate, the state of pressure and discharge, the chambers are equipped with flow rate meters (flow meters), manometers and vacuum gauges.

В связи с тем, что жидкости имеют разную вязкость, предусмотрены камеры с разными диаметрами конфузоров и диффузоров, которые могут работать как совместно при больших вязкостях жидкостей, так и раздельно при малых.Due to the fact that the liquids have different viscosities, chambers with different diameters of confusers and diffusers are provided, which can work both together at high viscosities of liquids and separately at low viscosities.

При необходимости нагрева жидкостей подключается индукционный нагреватель. Змеевик за счет особой конструкции необходим для перехода потоков жидкости из ламинарного в турбулентный. Фильтры обеспечивают чистоту отсева в 15 мкм.If it is necessary to heat the liquids, an induction heater is connected. Due to the special design, the coil is necessary for the transition of fluid flows from laminar to turbulent. Filters provide a screening accuracy of 15 microns.

Для быстрого перехода с одного вида продукции на другой и освобождении трубопроводов и фильтров от жидкости, в установке предусмотрено реверсивное движение. В первом блоке за счет запорной арматуры, во втором за счет реверса насоса.For a quick transition from one type of product to another and the release of pipelines and filters from liquid, the installation provides reverse movement. In the first block due to shutoff valves, in the second due to the reverse of the pump.

Таким образом, в кавитационно-вакуумной установке смешения вязких жидкостей отсутствуют кавитационные колонны, и инициация вакуума происходит за счет разряжения создаваемого эффектом (законом) Бернулли. Разряжение можно регулировать за счет запорной арматуры. Жидкость, попадая в вакуумную камеру (фиг. 3) буквально вскипает, создается большое количество пузырей, которые тоже способствуют перемешиванию и изменению физических свойств. В конусовидной трубе малого диаметра (фиг. 4) за счет повышения скорости потока падает давление и увеличивается разряжение. Чем выше скорость потока, тем выше разряжение. Кавитация создается за счет резкого сбрасывания давления. Давление искусственно создается за счет препятствий в виде перегородок и сопел.Thus, in a cavitation-vacuum installation for mixing viscous liquids there are no cavitation columns, and the initiation of vacuum occurs due to the discharge created by the Bernoulli effect (law). The vacuum can be adjusted by shut-off valves. The liquid, getting into the vacuum chamber (Fig. 3) literally boils, a large number of bubbles are created, which also contribute to mixing and changing physical properties. In a conical pipe of small diameter (Fig. 4), due to an increase in the flow rate, the pressure drops and the vacuum increases. The higher the flow rate, the higher the discharge. Cavitation is created by abrupt depressurization. Pressure is artificially created due to obstacles in the form of partitions and nozzles.

С использованием заявленного технического решения были проведены опытные испытания по смешиванию многокомпонентного товарного синтетического масла SAE 5w-40 состоящего из четырех базовых масел:Using the claimed technical solution, pilot tests were carried out to mix SAE 5w-40 multi-component commercial synthetic oil consisting of four base oils:

- Базовое масло III гр. по API (гидрокрекинг) - 20%;- Base oil III gr. by API (hydrocracking) - 20%;

- Базовое масло IV гр. по API (полиальфаолефины) - 20%;- Base oil IV gr. by API (polyalphaolefins) - 20%;

- Базовое масло V гр. по API (алкилированные нафталины) - 10%;- Base oil V gr. by API (alkyl naphthalenes) - 10%;

- Базовое масло II гр. по API-26,48%, а также присадок:- Base oil II gr. API 26.48%, and additives:

- пакета легирующих присадок HITEC 8788 В - 12%- a package of alloying additives HITEC 8788 V - 12%

- модификатора трения (органомолибден) HITEC 9552 - 0,02%- friction modifier (organomolybdenum) HITEC 9552 - 0.02%

- депрессора полиметилкрилатного - 0,5%- polymethyl acrylate depressant - 0.5%

- загустителя (сополимера олефинов) (раствор в 2-й группе по API) - 11%.- thickener (olefin copolymer) (solution in the 2nd group according to API) - 11%.

Все компоненты были загружены в емкость для предварительного приготовления смеси с гребенкой (фиг. 2), перемешаны в течение 30 минут шестеренным насосом. Далее был осуществлен прогон в один цикл через второй блок при температуре окружающей среды, которая в тот момент времени была равна 10°С. Вся операция смешивания в предлагаемой установке, была осуществлена за 40 минут.All components were loaded into a container for preliminary preparation of the mixture with a comb (Fig. 2), mixed for 30 minutes with a gear pump. Next, a run was carried out in one cycle through the second block at ambient temperature, which at that time was equal to 10 ° C. The entire mixing operation in the proposed installation was carried out in 40 minutes.

Так как ближайший аналог (патент RU 134927) не предназначен для смешивания более трех базовых масел, следовательно, он не может обеспечить получение товарного масла улучшенного качества, которое было получено с использованием заявленного технического решения. Для сравнения показателей качества полученного масла в стандартном реакторе была осуществлена последовательность операций, проводимых при традиционно используемом блендировании.Since the closest analogue (patent RU 134927) is not intended for mixing more than three base oils, therefore, it cannot provide marketable oil of improved quality, which was obtained using the claimed technical solution. To compare the quality indicators of the obtained oil in a standard reactor, a sequence of operations was carried out with traditionally used blending.

Блендирование проводились в следующей последовательности: базовые масла: гр. II + гр. III - нагрев до 75°С + гр. IV нагрев до 75°С + гр. V, нагрев до 75°С, перемешивание в течение часа + депрессор + загуститель, нагрев до 75°С, перемешивание в течение часа + HITEC 8788В, перемешивание в течение часа + HITEC 9552 нагрев до 75°С перемешивание в течение 3 часов.Blending was carried out in the following sequence: base oils: gr. II + gr. III - heating to 75 ° С + gr. IV heating to 75 ° C + gr. V, heating to 75 ° C, stirring for an hour + depressor + thickener, heating to 75 ° C, stirring for an hour + HITEC 8788B, stirring for an hour + HITEC 9552 heating to 75 ° C stirring for 3 hours.

При использовании традиционного блендирования на производство 1 м3 товарного масла затрачивается приблизительно 7,5 часов, в отличие от 40 минут при использовании предлагаемого технического решения. Кроме того, надо отметить, что энергозатраты при холодном способе несравненно более низкие, т.к. не требуется дополнительного нагрева смеси.When using traditional blending, approximately 7.5 hours are spent on the production of 1 m 3 of marketable oil, in contrast to 40 minutes when using the proposed technical solution. In addition, it should be noted that the energy consumption in the cold method is incomparably lower, because no additional heating of the mixture is required.

Полученные с помощью заявленного комплекса масла выходят с более лучшими показателями, чем полученные традиционным путем (блендированием). Например, индекс вязкости после установки выше, чем после реактора и составляет 175 против 173, температура застывания получается ниже -48 градусов, тогда как при традиционном способе - 46 градусов. Деструкция также лучше после установки 6% против 7%.Obtained using the claimed complex of oils come out with better performance than those obtained in the traditional way (blending). For example, the viscosity index after installation is higher than after the reactor and is 175 versus 173, the pour point is below -48 degrees, whereas in the traditional way it is 46 degrees. Destruction is also better after setting 6% versus 7%.

Чтобы подтвердить способность комплекса производить товарное масло улучшенного качества, еще раз были проведены опытные испытания получения более сложного масла SAE 0w-30 на основе пяти базовых масел с легирующими присадками, модификатором трения, депрессором и загустителем. Показатели качества полученного товарного масла оказались еще лучше, чем у товарного масла на основе четырех базовых масел. Отмечено уменьшение деструкции загущающей присадки до 5,8%, температуры застывания до -53°С.To confirm the ability of the complex to produce improved quality marketable oil, pilot tests were conducted to obtain more complex SAE 0w-30 oil based on five base oils with alloying additives, a friction modifier, a depressant and a thickener. The quality indicators of the obtained commercial oil were even better than that of commercial oil based on four base oils. A decrease in the thickening additive degradation to 5.8%, pour point to -53 ° C.

Полученное с использованием предлагаемого комплекса масло, подвергалось центрифугированию, а также длительному хранению для осуществления контроля за расслоением и выпадением осадка. При испытании не было зафиксировано расслоения и выпадения осадка, что подтверждает высокую степень гомогенизации смеси.Obtained using the proposed complex oil, was subjected to centrifugation, as well as long-term storage to control separation and precipitation. During the test, no delamination and precipitation were recorded, which confirms the high degree of homogenization of the mixture.

Таким образом, опытные испытания предлагаемого комплекса подтвердили возможность получать смазочное масло улучшенного качества на неограниченном количестве базовых масел с легирующими присадками и добавками в виде высокомолекулярных полимеров с уменьшением механической деструкции последних и повышением степени гомогенизации смеси. Конструкция кавитационной колонны, описанная в ближайшем аналоге, не позволяет получать смазочное масло аналогичного качества. В заявленном комплексе предусмотрен реверс движения жидкостей, который необходим для того, чтобы полностью освободить установку и трубопроводы от предыдущей продукции, предотвращая тем самым смешение разных видов продукции, что неизменно сказывается на ее качестве.Thus, experimental tests of the proposed complex have confirmed the ability to obtain improved quality lubricating oil on an unlimited number of base oils with alloying additives and additives in the form of high molecular weight polymers with a decrease in the mechanical degradation of the latter and an increase in the degree of homogenization of the mixture. The design of the cavitation column, described in the closest analogue, does not allow to obtain lubricating oil of similar quality. The claimed complex provides for a reverse movement of liquids, which is necessary in order to completely free the installation and pipelines from previous products, thereby preventing the mixing of different types of products, which invariably affects its quality.

Claims (2)

1. Комплекс кавитационно-вакуумного смешения вязких жидкостей, включающий емкость хранения исходных компонентов, кавитационную установку, емкость хранения конечного продукта, насосы, перекачивающие жидкость, датчики давления, отличающийся тем, что также содержит, по меньшей мере, одну емкость для предварительного смешения жидкостей, по меньшей мере, один смеситель, переходящий в вакуумную камеру, кавитатор, змеевик, фильтры, запорную арматуру, при этом емкость для предварительного смешения жидкостей оснащена насосом, качающим жидкость из нижней части емкости в коллектор, расположенный сверху, через который происходит сброс жидкости в емкость, где коллектор состоит из трубы, от которой вниз на равном расстоянии отходят несколько труб, в нижней части каждой из которых имеется сопло и по всей длине которых имеются щелевидные отверстия, смеситель представляет собой трубу, в которой установлены рассекатель, представляющий собой диск с отверстиями, пластины, установленные под углом и создающие спиралевидный поток, и на входе в вакуумную камеру внутри трубы установлено сопло, создающее эффект кавитации, вакуумная камера выполнена шарообразной, за вакуумной камерой установлен трубопровод, ведущий через сопло к кавитатору, при этом сопло также содержит пластины, установленные под углом, создающие спиралевидный поток, после кавитатора установлен змеевик, ведущий в емкость хранения конечного продукта, фильтры установлены на входе и выходе комплекса, между всеми элементами комплекса проложены трубопроводы.1. A complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids, including a storage tank for the starting components, a cavitation unit, a storage tank for the final product, pumps for pumping liquids, pressure sensors, characterized in that it also contains at least one tank for preliminary mixing of liquids, at least one mixer passing into the vacuum chamber, cavitator, coil, filters, shutoff valves, while the tank for pre-mixing liquids is equipped with a pump pumping liquid from the bottom of the tank to the collector located on top, through which the liquid is discharged into the tank, where the collector consists of a pipe, from which several pipes go down at an equal distance, in the lower part of each of which there is a nozzle and along the entire length of which there are slit-like openings , the mixer is a pipe in which a divider is installed, which is a disk with holes, plates mounted at an angle and creating a spiral flow, and a nozzle is installed at the entrance to the vacuum chamber inside the pipe, creating a cavitation effect, the vacuum chamber is spherical, behind the vacuum chamber there is a pipeline leading through the nozzle to the cavitator, while the nozzle also contains angled plates creating a spiral flow, after the cavitator a coil is installed leading to the storage tank of the final product, the filters are installed pipelines were laid at the entrance and exit of the complex, between all elements of the complex. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что также содержит индукционный нагреватель, расположенный между кавитатором и змеевиком.2. The complex according to claim 1, characterized in that it also contains an induction heater located between the cavitator and the coil.
RU2019130685A 2019-09-30 2019-09-30 Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids RU2716428C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130685A RU2716428C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130685A RU2716428C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2716428C1 true RU2716428C1 (en) 2020-03-11

Family

ID=69898679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130685A RU2716428C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716428C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996035505A1 (en) * 1995-05-12 1996-11-14 Ppv Verwaltungs Ag Control arrangement for an apparatus for producing a fuel mixture
RU2202406C2 (en) * 2001-01-12 2003-04-20 Баев Владимир Сергеевич Method of preparation of water-and-fuel emulsion, static cavitation unit for emulsification and hydrodynamic multi-section cavitation unit for homogenization of emulsion
JP2007032937A (en) * 2005-07-27 2007-02-08 Nippon Yuusen Kk Mixed fuel preparation device
RU134927U1 (en) * 2013-08-15 2013-11-27 Сергей Сергеевич Медянский LINE OF "COLD" MIXING OF LUBRICANTS
RU2519466C1 (en) * 2013-01-29 2014-06-10 Юрий Андреевич Кривошеин Installation for production of fuel mixtures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996035505A1 (en) * 1995-05-12 1996-11-14 Ppv Verwaltungs Ag Control arrangement for an apparatus for producing a fuel mixture
RU2202406C2 (en) * 2001-01-12 2003-04-20 Баев Владимир Сергеевич Method of preparation of water-and-fuel emulsion, static cavitation unit for emulsification and hydrodynamic multi-section cavitation unit for homogenization of emulsion
JP2007032937A (en) * 2005-07-27 2007-02-08 Nippon Yuusen Kk Mixed fuel preparation device
RU2519466C1 (en) * 2013-01-29 2014-06-10 Юрий Андреевич Кривошеин Installation for production of fuel mixtures
RU134927U1 (en) * 2013-08-15 2013-11-27 Сергей Сергеевич Медянский LINE OF "COLD" MIXING OF LUBRICANTS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105043933B (en) A kind of high parameter fracturing fluid property test evaluation device
US20140202702A1 (en) In-Line, High Pressure Well Fluid Injection Blending
RU2716428C1 (en) Complex of cavitation-vacuum mixing of viscous liquids
RU2678712C1 (en) Stand for study of liquid flow in pipeline
Dol et al. Experimental study on the effects of water-in-oil emulsions to wall shear stress in the pipeline flow
CN109248623B (en) Continuous acid liquor mixing process for acidification and device thereof
CN103308375B (en) A kind of Novel crude oil sample detection mixer
RU2689493C1 (en) Device for homogenizing heavy fuel hydrodynamic treatment for marine diesels
CN201906579U (en) Multi-stage emulsification device for blended fuel
CN106680145A (en) Liquid pipeline friction drag determining device and method for using same
RU2633568C2 (en) Method of processing emulsion
CN209408864U (en) A kind of aerated blocks casting device
RU2018800C1 (en) Bed for investigating dynamics of gas saturated and two-phase gas liquid flows in relief pipelines
CN211706460U (en) Pipeline mixer
RU66221U1 (en) AUTOMATED PLANT FOR PROCESSING OIL-CONTAINING LIQUIDS
RU134927U1 (en) LINE OF "COLD" MIXING OF LUBRICANTS
RU172821U1 (en) CAVITATION COLUMN
RU2659747C1 (en) Stand for research of agents for reducing hydraulic resistance during transportation of oil or oil products through a pipeline
RU2622414C1 (en) Liquid and gas mixing device
RU61709U1 (en) DEVICE FOR OBTAINING WATER-OIL AND EMULSION BY MECHANICAL MIXING OF OIL, WATER AND EMULSIFIER
WO2011090436A1 (en) Apparatus and method for producing an emulsion of a fuel and an emulsifiable component
RU2262035C1 (en) Method of transfer of viscous oils and petroleum products
WO2015023212A1 (en) Line for cold blending lubricants
AU2011280263B2 (en) An emulsifier, and method of deriving parameters for an emulsifier
RU2782587C1 (en) Mixing liquid device