UA53207A - Спосіб кавітаційної обробки рідинних середовищ і пристрій для його здійснення - Google Patents

Abstract

Спосіб кавітаційної обробки рідинних середовищ включає кавітаційну обробку змішуваних матеріалів при постійній швидкості їх протікання через кавітатор, при подачі на вхід змішувача розділення основного компонента на два потоки при подачі на вхід змішувача. Пристрій для змішування рідинних середовищ містить корпус, два блоки підводу змішуваних компонентів, штуцер, канал підводу та вводу підмішуваних компонентів, кавітуючу крилатку, закручуючі крилатки.

Description

Опис винаходу

Винаходи відносяться до гідродинамічної кавітації та до апаратів типу змішувача рідинних середовищ які 2 можуть використовуватись у нафтохімічній, хімічній, харчовій та переробній промисловості.

Відомий спосіб гідродинамічної активації вапняку, згідно з яким водну суспензію вапняку попередньо піддають гідродинамічній кавітаційній обробці на протязі 5-3Ос і впливу ударних хвиль на протязі 0,2-1с. При цьому проводять рециркуляцію вапняку в режимі кавітаційних автоколивань з частотою 8-60Гц у диапазоні чисел кавітації 0,1-0,5, прискорюючи потік в зоні ударних хвиль від 15 до 25м/с (див. А.С. СРСР Мо1316690, В 01 ГЕ 70 3/22, В 28 С 1/06,1987р.).

Суттєвими недоліками відомого способу є те що: 1) Для створення автоколивань заявленим способом, необхідно тонке регулювання співвідношення тиску середовища, тиску підмішуваємого реагенту та жорсткості пружини, що практично неможливо реалізувати. 2) необхідність сильного підтискання потоку для отримання швидкості рідини порядку 15-25м/с., тому як 12 існує однозначна залежність критичного числа кавітації Хкр від числа Рейнольдса Ке (фіг.1), тому тільки при числах кавітації з- Р-в «а (де Р - тиск у потоці, Р - тиск насичених парів рідини при даній температурі, р кури - густина рідини, М - швидкість витікання струменю)можлива кавітаційна течія.

Відомий спосіб отримання емульсій, вибраний в якості прототипу, який включає кавітаційну обробку змішуємих матеріалів при постійній швидкості їх протікання через кавітатор. На каверну по всьому об'єму впливають вібрацією з частотою, яка дорівнює чи кратна частоті коливань хвостовій частині каверни (див. А.С.

СРСР Мо1713628, В 01 ЕР 3/08, 1992р.).

Суттєвими недоліками відомого способу є те що:

У заявленому способі не передбачена гомогенізація дисперсних часток, що знижає ефективність « застосування отриманої по даному способу емульсії.

Відомий гідродинамічний кавітуючий реактор, який має камеру для обробки потоку волокнистої маси, що складається з конфузору, проточної ділянки та дифузору, співвісно розташованих в камері стриженя з кавітатором та засобом для зворотньо-поступального переміщення стрижня вздовж осі камери. -

Маючи принаймні одну додаткову камеру для обробки потоку волокнистої маси, встановлену після першої о камери, кавітатор виконаний у вигляді крильчаток з протилежно спрямованими лопатями, змонтованими на стрижні відповідно в кожнім з дифузорів камер, лопаті крильчаток мають клиноподібний профіль перерізу, гостру СМ передню кромку, яка спрямована в сторону напрямку потоку, та оснащені механізмом зміни кута їх нахилу с відносно стрижня (див. А.С. СРСР Мо1124063, О 21 В 1/36, 1984р.).

Суттєвими недоліками відомого пристрою є те що: ІФ) 1) При швидкостях 8-1Ом/с - переріз змішувача при зміні умов повинен бути дуже невеликим, згідно з цим вся конструкція має дуже малі розміри з мінімальними зазорами, що робить її непридатною для роботи у промислових умовах. « 2) Наявність зон кавітації у дифузорній частині пристрою, що призводить до розсіювання енергії кавітаційного колапсу бульбашок. - с Відомий кавітаційний змішувач, який включає корпус з патрубками подачі обробляючого матеріалу та регента и відводу отриманої суміші, крильчатки з лопатями кавітуючого профілю, які встановлені в корпусі з можливістю є» їх переміщування по осі.

Кільцевий обтікувач з кавітаторами, має на зовнішній та внутрішній поверхні закріплені лопаті крильчаток, при цому останні мають взаємопротилежне спрямування, патрубок подачі регента має на вихідній частині його 1 дві встановлені концентричне по осі корпусу труби, які утворюють два виходи для регента на матеріал, причому сю вихід по ходу руху матеріалу виконаний у вигляді конфузору, обтікувач підпружинений та встановлений з можливістю переміщення по осі з допомогою кулькової муфти на напрямку проти руху матеріалу виходу з іме) утворюванням кільцевої камери, а кавітатори розташовані в конфузорі (див. А.С. СРСР Мо1176933, В 01 Е 7/04, о 50 1985р.).

Суттєвими недоліками відомого пристрою є те що: що 1) Наявність кількох зон кавітаційного колапсу з різноманітними гідродинамічними умовами протікання кавітації, тобто з різноманітними частотними характеристиками зон кавітації в одному об'ємі, що призводить до значної витрати енергії. 2) при затратах рідинних потоків які зустрічаються в промислових установках, щоб отримати вказану з» швидкість, площина поперечного перерізу повинна складати не більше кількох десятків квадратних міліметрів, що дуже часто являється неможливим, наприклад, із-за наявності домішок чи неоднорідностей діаметром 0,1-1,О0мм.

В основу першого із винаходів поставлена задача удосконалення способу кавітаційної обробки рідинних бо середовищ шляхом розподілу основного компоненту на два потоки, при подачі на вхід змішувача, направлення цих потоків на блоки підмішуємих компонент зі швидкістю 2-8м/с, спрямування рідини з осьовою швидкістю під кутом атаки о. на закручуючи потік крилатки і після закручуючих крилаток потік направляють під кутом атаки о» під кутом атаки кавітуючих крилаток ої закручений потік направляють на кавітуючі крилатки за кавітуючими бо крилатками втягуються на канали підводу перша та друга підмішуємі компоненти з одночасною обробкою технологічної сировини забезпечується гомогенізація дисперсних часток з рідинним середовищем при критичних числах кавітації і низьких швидкостях технологічного потоку і за рахунок цього - забезпечують одержання

З-компонентної суміші з заданим складом компонентів, з більш низькими енергетичними витратами.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі кавітаційної обробки рідинних середовищ який включає кавітаційну обробку змішуваємих матеріалів при постійній швидкості їх протікання через кавітатор згідно винаходу при подачі на вхід змішувача основний компонент розділяють на два потоки, направляють потоки на блоки підмішуємих компонент, зі швидкістю 2-м/с, при чому осьову швидкість доводять до 17-ЗОм/с, а абсолютну до 20-ЗОм/с, при цьому потік рідини з осьовою швидкістю Мос спрямовують під кутом атаки о. на закручуючий потік крилатку і після закручуючої крилатки потік направляють під кутом о» (де о» - кут закрутки 70 потоку), при чому величина осьової швидкості закрученого потоку Мос дорівнює величині осьовій швидкості набігаючего потоку Мос, ІМ'осі-ІМосі, і під кутом атаки кавітуючих крилаток а) закручений потік направляють на кавітуючі крилатки.

На кавітуючих крилатках число кавітації має значно менше значення, чим на закручуючих, тому що воно зворотно пропорційно квадрату швидкості потоку що набігає в-В. При критичних числах кавітації і х ре ав! 2 низьких швидкостях технологічного потоку потік закручується в той же бік, в який він закручується кавітуючей крилаткою, на кут достатній для отримання швидкості закрученого потоку, при якій число кавітації стає менше критичного ухукр:

Обробка технологічної серовини з використанням кавітації забезпечує одержання фракцій розміром 1 -10 мкм. Таким чином забезпечується якісне змішування рідинних середовищ, тобто досягається очікуваний технологічний результат.

За рахунок якісного змішування при критичних числах кавітації і низьких швидкостях технологічного потоку, шляхом закрутки потоку в той же бік, в який він закручується кавітуючей крилаткою, на кут достатній для ов отримання швидкості закрученого потоку забезпечується якісна, стійка до розшарування компонентів суміш.

Таким чином досягається очікуваний технічний результат. «

В основу другого з винаходів поставлена задача створення пристрою для змішування (компонентів) рідинних середовищ в якому шляхом встановлення закручоючої крилатки перед кавітуючою та виконання диска кавітуючої крилатки з відношенням 0,2 «А»:0,8, та диска закручуючей крилатки з відношенням 1,0«А.4-1,8, потік їм зо закручується на кут достатній для отримання швидкості при якій число кавітації стає меншим критичного при числах Рейнольдса 0«Ре-с5,0 105 фіг.1, і тим самим забезпечується якісна і стійка до розшарування з заданим - складом суміш (рідина). Ге

Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для змішування рідинних середовищ, що містить корпус, два блоки підводу змішуємих компонент, обидва блоки включають штуцер, канал підводу, вводу підмішуємих о

Компонент, встановлену на зовнішній поверхні каналу вводу компонент, кавітуючу крилатку згідно винаходу ( перед кавітуючою крилаткою встановлена закручуюча крилатка при цьому дискове відношення закручоючої крилатки А; складає 1,0«:А.--1,8, а дискове відношення кавітуючої крилатки А» складає 0,2«А»:0,8, при чому відстань між кавітуючою і закручоючою крилаткою дорівнює 1-(0,5-1,2)5 (де Б - довжина хорди лопаті « закручуючей крилатки, ГІ. - відстань між крилатками).

За рахунок встановлення перед кавітуючою крилаткою закручуючей крилатки при дисковому відношенні - с закручоючої крилатки 1,0с5А--1,8, і дисковому відношенню кавітуючої крилатки 0,2:А»:0,8, при відстані між "з кавітуючою і закручоючою крилаткою І -(0,5-1,2)05, при малій осьовій швидкості потоку досягається велика " швідкість обтікання кавітаційної крилатки з забезпеченням режиму кавітації, достатнім для отримання технологічного ефекту потоку і за рахунок цього - забезпечують одержання 3З-компонентної суміші з заданим складом компонентів, з більш низькими енергетичними витратами. 1 Приклад. с Припустимо, що кут атаки закручуючей крилатки о.4-60", тоді згідно з графіком фіг.2 кут закрутки потоку становить о5-78" при дисковому відношенні А/.0,1. Для оцінки можливого кута атаки кавітуючей крилатки о відносно закрученого потоку скористуємося наступними міркуваннями: так як, після кавітуючей крилатки потік ав! 250 буде закручений додатково на кут оо, (де о» - кут закрутки потоку після кавітуючей крилатки) то загальний кут -ч закрутки потоку повинен не підвищувати 90", тобто дотоо90" та до«90" -78" «187. Така закрутка згідно графіку фіг.2 можлива при куті атаки кавітуючей крилатки «47202 при дисковому відношенні А»-0,4. При цому швидкість закрученого потоку зростуть після закручуючей крилатки у 1/со5787-4,8 раз, а після кавітуючей крилатки у 1/соз88" 18 раз.

Спосіб кавітаційної обробки рідинних середовищ і пристрій для його здійснення забезпечує закручення » потоку після обтікання ним нерухомої крилатки, на фіг.2 показаний графік зміни кута закрутки потоку в залежності, від кута атаки та дискового відношення крилатки, профіль лопатів якої складається з дужок окружності, потік закручується на кут достатній для отримання швидкості при якій число кавітації стає меншим бо Критичного при числах Рейнольдса О«Кех5,0 105 фіг.1, на фіг.3 показана схема запропонованого способу, на схемі приведено циліндричний переріз двох нерухомих співвісних крилаток, які мають однаковий внутрішній та зовнішній діаметри.

На фіг.4 показано загальний вигляд запропонованого пристрою. Пристрій містить: корпус змішувача 1 у якому розташовано блоки підмішуваємих компонент Ії, які мають штуцер 2,3, канал підводу 4,5, канал вводу 65 8,7 підмішуваємих компонент у кавітуючий закручений потік, на зовнішній поверхні каналу вводу встановлена кавітуюча крилатка 8,9, перед якою розташована закручуюча крилатка 10,11.

Пристрій працює наступним чином.

Потік основного компоненту, подається на вхід корпусу змішувача 1, розділяється на два потоки, які подаються на блоки підмішуваємих компонент І,ІЇ, потік рідини з осьовою швидкістю М ос, через канали вводу 6,7 натікає під кутом атаки жі на закручуючі потік крилатки 10,11, які закручують потік на кут достатній для отримання швидкості закрученого потоку, при якій число кавітації стає менше критичного при числах Рейнольдса

О«Ке5,0 105,

Після закручуючих крилаток 10,11 потік тече під кутом о», причому величина осьовій складової закрученого потоку М'ос дорівнює величині осьовій швидкості потоку що набігає Мос, ІМ'осіх:ІМосі, завдяки цьому величина 70 швидкості закрученого потоку Мзак Збільшується, так як М | ; під кутом атаки кавітуючей крилатки су ос

І --

Меве | сово закручений потік набігає на кавітуючі крилатки 8, 9, які розташовані на відстані І -(0,5-1,2)0Б, де 6 - довжина хорди лопаті закручуючих крилаток 10, 11. За кавітуючими крилатками 8 та 9 створюється кавітуючі закручені 75 потоки, у які через штуцери 2,3 втягуються на канали підводу 4,5 перша та друга підмішуваємі компоненти.

Таким чином, заявлений спосіб кавітаційної обробки рідинних середовищ і пристрій для його здійснення дозволяють здійснити нову ресурсо- і енергозберігаючу технологію одержання З3-компонентної суміші з заданим складом компонентів, за рахунок кавітаційної обробки, що дозволяє створювати якісну, стійку до розшарування суміш.

Claims (1)

1. Формула винаходу

   1. Спосіб кавітаційної обробки рідинних середовищ, що включає кавітаційну обробку змішуваних матеріалів при постійній швидкості їх протікання через кавітатор, який відрізняється тим, що при подачі на вхід змішувача « основний компонент розділяють на два потоки, направляють потоки на блоки підмішуваних компонентів зі швидкістю 2-8 м/с, причому осьову швидкість доводять до 17-30 м/с, а абсолютну до 20-30 м/с, при цьому потік рідини з осьовою швидкістю Мосс спрямовують під кутом атаки сі на закручуючу потік крилатку і після зо закручуючої крилатки потік направляють під кутом с, де су. 7" Кут закрутки потоку, причому величина осьової швидкості закрученого потоку р дорівнює величині осьової швидкості набігаючого потоку у и |- | і 2 ве є ве|: с під кутом атаки кавітуючих крилаток се. закручений потік направляють на кавітуючі крилатки. с

   1

   2. Пристрій для змішування рідинних середовищ, що містить корпус, два блоки підводу змішуваних ю компонентів, обидва блоки включають штуцер, канал підводу та вводу підмішуваних компонентів, встановлену на зовнішній поверхні каналу вводу компонентів кавітуючу крилатку, який відрізняється тим, що перед кавітуючими крилатками встановлені закручуючі крилатки, при цьому дискове відношення закручуючої крилатки «

   А. складає 10 5 А х18 а дискове відношення кавітуючої крилатки А» складає до А. «08 причому то ши 2 8- 8- 27:

   40. . . ! . .- с відстань між кавітуючою і закручуючою крилатками дорівнює Ї -- (0 5-1 2) , де Б - довжина хорди лопаті : : ч» закручуючої крилатки, Г. - відстань між крилатками. п Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2003, М 1, 15.01.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і 1 науки України. (95) іме) («в) що 60 б5