RU47770U1

RU47770U1 - MIXER FOR LIQUIDS AND GASES

Info

Publication number: RU47770U1
Application number: RU2005117841/22U
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Бедусенко; Н.Г. Зорькин; А.Н. Зорькин; А.А. Прохоров; В.С. Цветков
Original assignee: Бедусенко Николай Николаевич; Зорькин Николай Георгиевич; Зорькин Андрей Николаевич; Прохоров Андрей Александрович; Цветков Виктор Сергеевич
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2005-09-10

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для перемешивания потоков жидкостей или газов или их композиций, и может быть применена при осуществлении процессов перемешивания, эмульгирования и контактного массо и теплообмена. Технической задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение эффективности смешивания жидкости и газа за счет формирования вихревых потоков, определяемых геометрией и относительными размерами проходного канала. Смеситель для жидкости и газа содержит сопловые вставки, образующие входной канал в виде конфузора с выходной щелью, вихревые камеры одного диаметра, расположенные симметрично относительно продольной оси канала и выполненные в виде усеченных цилиндрических поверхностей, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси канала, и выходной канал. Каждая вихревая камера снабжена плоской стенкой, расположенной по касательной к усеченной цилиндрической поверхности вихревой камеры и под углом 90° к продольной оси канала. При этом плоская стенка соединена с выходной щелью конфузора, а ее высота в 2 раза больше высоты выходной щели конфузора.The utility model relates to devices for mixing flows of liquids or gases or their compositions, and can be used in the implementation of processes of mixing, emulsification and contact mass and heat transfer. The technical problem, which this utility model is aimed at, is to increase the efficiency of mixing liquid and gas due to the formation of vortex flows, determined by the geometry and relative sizes of the passage channel. The liquid and gas mixer contains nozzle inserts forming an inlet channel in the form of a confuser with an exit slit, vortex chambers of the same diameter, symmetrically relative to the longitudinal axis of the channel and made in the form of truncated cylindrical surfaces whose axes are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the channel, and output channel. Each vortex chamber is provided with a flat wall located tangentially to the truncated cylindrical surface of the vortex chamber and at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the channel. In this case, the flat wall is connected to the outlet slit of the confuser, and its height is 2 times greater than the height of the outlet slit of the confuser.

Description

Полезная модель относится к устройствам для перемешивания потоков жидкостей или газов или их композиций и может быть применена при осуществлении процессов перемешивания, эмульгирования и контактного массо и теплообмена.The utility model relates to devices for mixing flows of liquids or gases or their compositions and can be used in the implementation of processes of mixing, emulsification and contact mass and heat transfer.

Традиционные массообменные аппараты (мешалки, колонные абсорберы, роторно-пленочные статические смесители и т.д.) в большинстве своем характеризуются недостаточной эффективностью, большой энерго- и металлоемкостью, требуют значительных расходов на их обслуживание и ремонт.Traditional mass transfer devices (mixers, column absorbers, rotor-film static mixers, etc.) are mostly characterized by insufficient efficiency, high energy and metal consumption, require significant costs for their maintenance and repair.

Известен смеситель для жидкостей и газов(а. с. №316482, МПК В 06 В 1/20 БИ №30, 1971), содержащий подводящие трубы, общую камеру с рядом последовательно установленных струйных излучателей с входными соплами, выполненными по форме спирали Архимеда, и общую отводную трубу.Known mixer for liquids and gases (and.with. No. 316482, IPC B 06 V 1/20 BI No. 30, 1971), containing the supply pipe, a common chamber with a number of sequentially installed jet emitters with inlet nozzles made in the form of a spiral of Archimedes, and a common outlet pipe.

Недостатком данного устройства является то, что он является сложным в изготовлении, металлоемким и требует определенного давления в каждом струйном излучателе. Кроме того, он представляет собой значительное дополнительное сопротивление для входных потоков жидкости или газа.The disadvantage of this device is that it is difficult to manufacture, metal-intensive and requires a certain pressure in each jet emitter. In addition, it represents a significant additional resistance to the input flows of liquid or gas.

Известен смеситель, содержащий корпус с центральным каналом и соединенные с последним две цилиндрические камеры (а. с. №1227261, МПК В 06 В 1/20 БИ №16, 1986). Недостатком данного смесителя является невозможность получить высокую степень смешения.A known mixer containing a housing with a Central channel and connected to the latter two cylindrical chambers (and.with. No. 1227261, IPC B 06 V 1/20 BI No. 16, 1986). The disadvantage of this mixer is the inability to obtain a high degree of mixing.

Наиболее близким к заявленному является смеситель для жидкости и газа, содержащий сопловые вставки, образующие входной канал в виде конфузора с выходной щелью, вихревые камеры одного диаметра, Closest to the claimed is a mixer for liquid and gas, containing nozzle inserts forming an inlet channel in the form of a confuser with an outlet slit, vortex chambers of the same diameter,

расположенные симметрично относительно продольной оси канала и выполненные в виде усеченных цилиндрических поверхностей, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси канала, и выходной канал (патент RU №2156171 С2, МПК В 06 В 1/20, 2000).located symmetrically relative to the longitudinal axis of the channel and made in the form of truncated cylindrical surfaces, the axes of which are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the channel, and the output channel (patent RU No. 2156161 C2, IPC B 06 V 1/20, 2000).

Недостатком данного смесителя является невысокая эффективность смешивания жидкости и газа, обусловленная отсутствием условий для создания автоколебательного режима работы вихревых камер.The disadvantage of this mixer is the low efficiency of mixing liquid and gas, due to the lack of conditions for creating a self-oscillating mode of operation of the vortex chambers.

Технической задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение эффективности смешивания жидкости и газа за счет формирования вихревых потоков, определяемых геометрией и относительными размерами проходного канала.The technical problem, which this utility model is aimed at, is to increase the efficiency of mixing liquid and gas due to the formation of vortex flows, determined by the geometry and relative sizes of the passage channel.

Указанный технический результат достигается тем, что каждая вихревая камера снабжена плоской стенкой, расположенной по касательной к усеченной цилиндрической поверхности вихревой камеры под углом 90° к продольной оси канала, и соединенной с выходной щелью конфузора, при этом высота стенки h_ст превышает высоту выходной щели конфузора h_кф в 2 раза.The specified technical result is achieved by the fact that each vortex chamber is provided with a flat wall located tangentially to the truncated cylindrical surface of the vortex chamber at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the channel and connected to the outlet slit of the confuser, while the wall height h _st exceeds the height of the outlet slit of the confuser h _kf 2 times.

Конструкция камеры обеспечивает формирование потока, имеющего на выходе из камер поперечную составляющую скорости, приводящую к пересечению линий тока приблизительно под углом 90°, что и определяет высокую эффективность смешения различных сред в несущем потоке.The design of the chamber ensures the formation of a stream having a transverse velocity component at the outlet of the chambers, leading to the intersection of streamlines at an angle of approximately 90 °, which determines the high efficiency of mixing various media in the carrier stream.

Полезная модель поясняется чертежом фиг.1, на котором представлено продольное сечение смесителя. На фиг.2 изображен вид сверху.The utility model is illustrated by the drawing of figure 1, which shows a longitudinal section of the mixer. Figure 2 shows a top view.

Смеситель содержит сопловые вставки 1 и крышки 2.Сопловые вставки 1 образуют входной канал в виде конфузора 3 с выходной щелью 4. Смеситель содержит также вихревые камеры 5 одного диаметра, расположенные симметрично относительно продольной оси канала и выполненные в виде усеченных цилиндрических поверхностей 6, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси канала, и выходной канал 7 в виде диффузора. Плоская стенка 8 каждой камеры 5 расположена по касательной к усеченной цилиндрической The mixer contains nozzle inserts 1 and covers 2. The nozzle inserts 1 form an inlet channel in the form of a confuser 3 with an outlet slit 4. The mixer also contains vortex chambers 5 of the same diameter, symmetrically relative to the longitudinal axis of the channel and made in the form of truncated cylindrical surfaces 6, whose axes located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the channel, and the output channel 7 in the form of a diffuser. The flat wall 8 of each chamber 5 is located tangentially to the truncated cylindrical

поверхности 6 вихревой камеры под углом 90° к продольной оси канала, и соединена с выходной щелью 4 конфузора, при этом высота стенки 8 h_ст превышает высоту выходной щели 4 конфузора h_кф в 2 раза. Смеситель формирует плоское движение среды во входном конфузоре 3, в выходном диффузоре 7 и циркуляционно-вихревое движение в вихревых камерах 5.surface 6 of the vortex chamber at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the channel, and is connected to the exit slit 4 of the confuser, while the wall height 8 h _st exceeds the height of the exit slit 4 of the confuser h _kf 2 times. The mixer forms a plane motion of the medium in the inlet confuser 3, in the outlet diffuser 7 and the circulation-vortex movement in the vortex chambers 5.

Смеситель работает следующим образом:The mixer works as follows:

Поток жидкости и газа, нагнетаемый насосом под давлением, входит в конфузор 3, проходит вблизи плоской стенки 8, попадает в вихревые камеры 5, где за счет неустойчивости струи на участке от входа до выхода из вихревых камер 5 происходит переброс струи поочередно в каждую из камер с последующим интенсивным вихреобразованием, что и производит эффективное перемешивание жидкости и газа, определяемое геометрическими характеристиками смесителя. Из вихревых камер 5 поток смеси жидкости и газа выходит в диффузор 7, из которого выходит в трубопровод.The flow of liquid and gas pumped by the pump under pressure enters the confuser 3, passes near the flat wall 8, enters the vortex chambers 5, where due to the instability of the jet in the section from the entrance to the exit of the vortex chambers 5, the jet is transferred to each of the chambers followed by intense vortex formation, which produces effective mixing of liquid and gas, determined by the geometric characteristics of the mixer. From the vortex chambers 5, the flow of a mixture of liquid and gas enters the diffuser 7, from which it exits into the pipeline.

При выполнении плоской стенки 8, расположенной по касательной к усеченной цилиндрической поверхности вихревой камеры под углом 90° к продольной оси канала, и соединенной с выходной щелью 4 конфузора, высотой h_ст, превышающей в 2 раза высоту выходной щели 4 конфузора h_кф, обеспечивается создание разрежения в камере, значительно превышающее разрежение центрального канала, вследствие чего вся смесь, устремляясь в область наибольшего разрежения в камере, формирует вихревой тороидальный поток, в котором в поле высоких значений скоростей и градиентов давлений генерируются акустические колебания высокой интенсивности, за счет которых происходит гомогенизация и дисперсионная обработка потока, обеспечивающая дробление частиц и равномерное их распределение в общем потоке. Этот процесс продолжается на выходе из камеры 5 в поле высокочастотных акустических колебаний. Опытным путем установлено, что предложенная геометрия стенки и соотношение размеров обеспечивают принудительное формирование вихревых потоков, When performing a flat wall 8, located tangent to the truncated cylindrical surface of the vortex chamber at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the channel, and connected to the exit slit 4 of the confuser, with a height h _st exceeding 2 times the height of the exit slit 4 of the confuser h _kf , the creation rarefaction in the chamber, significantly exceeding the rarefaction of the central channel, as a result of which the whole mixture, rushing to the region of greatest rarefaction in the chamber, forms a vortex toroidal flow, in which in the field of high values of velocities and ientov pressures generated high intensity acoustic waves, which occurs due to the dispersion and homogenization of the flow processing, providing particle fragmentation and their uniform distribution in the stream. This process continues at the exit of the chamber 5 in the field of high-frequency acoustic vibrations. It was experimentally established that the proposed wall geometry and aspect ratio provide for the forced formation of vortex flows,

позволяющих создать автоколебательный режим работы вихревых камер, оптимальный для наиболее эффективной обработки смеси. Выполнение высоты стенки больше или меньше, чем две высоты выходной щели конфузора резко снижает эффективность смешивания, диспергирования и гомогенизации смеси.allowing to create a self-oscillating mode of operation of the vortex chambers, optimal for the most efficient processing of the mixture. Performing a wall height of greater or less than two heights of the outlet slit of the confuser dramatically reduces the effectiveness of mixing, dispersing and homogenizing the mixture.

Claims

A liquid and gas mixer containing nozzle inserts forming an inlet channel in the form of a confuser with an exit slit, vortex chambers of the same diameter, symmetrically relative to the longitudinal axis of the channel and made in the form of truncated cylindrical surfaces whose axes are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the channel, and an output channel, characterized in that each vortex chamber is provided with a flat wall located tangentially to the truncated cylindrical surface of the vortex chamber and at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the channel, while the flat wall is connected to the outlet slit of the confuser, and its height is 2 times the height of the outlet slit of the confuser.