WO2014189479A1 - Гидроударный кавитационный реактор - Google Patents

Гидроударный кавитационный реактор Download PDF

Info

Publication number
WO2014189479A1
WO2014189479A1 PCT/UA2013/000088 UA2013000088W WO2014189479A1 WO 2014189479 A1 WO2014189479 A1 WO 2014189479A1 UA 2013000088 W UA2013000088 W UA 2013000088W WO 2014189479 A1 WO2014189479 A1 WO 2014189479A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
stator
cavitation
fluid
hydropercussion
Prior art date
Application number
PCT/UA2013/000088
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Владимирович АКИМЕНКО
Евгений Ефимович ДОМАНОВ
Валерий Степанович ПЛИЧКО
Владимир Васильевич РОМАНЬКОВ
Original Assignee
Akimenko Yurij Vladimirovich
Domanov Evgenij Efimovich
Plichko Valeriy Stepanovich
Romankov Vladimir Vasilevich
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 Akimenko Yurij Vladimirovich, Domanov Evgenij Efimovich, Plichko Valeriy Stepanovich, Romankov Vladimir Vasilevich filed Critical Akimenko Yurij Vladimirovich
Publication of WO2014189479A1 publication Critical patent/WO2014189479A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/008—Processes for carrying out reactions under cavitation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
    • B01F27/2712—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator provided with ribs, ridges or grooves on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1806—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a turbulent flow of the reactants, such as in centrifugal-type reactors, or having a high Reynolds-number
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0877—Liquid

Definitions

  • the invention relates to devices designed for the treatment of liquids, in particular viscous and heavy oil, and more specifically to a hydraulic shock cavitation reactor, and can be used in the oil and oil refining industries.
  • the hydrodynamic effect on liquids in order to obtain finely dispersed homogeneous mixtures or to carry out chemical reactions is widely used in various industries.
  • the requirements for hydrodynamic devices can vary significantly, depending on the ongoing task.
  • the degree of influence on the liquid being treated in hydrodynamic devices mainly depends on three main parameters - the liquid velocity relative to the solid surface, the gap between the solid surfaces and the time the liquid is in the treatment zone.
  • the energy costs for processing, in addition to the above parameters, also depend on the density and viscosity of the liquid. It is known that when a fluid flows relative to a solid surface, flow layers are formed: viscous (fixed), transitional, logarithmic and turbulent, the thickness of which depends on the Reynolds number (Re):
  • w is the fluid flow velocity relative to the surface
  • d is the gap between solid surfaces
  • v is the kinematic viscosity coefficient
  • the friction coefficient in the layers differs by a factor of ten, nonlinearly increasing from turbulent to viscous.
  • Known rotor-pulsation apparatus containing a rotor and stator disks with gear elements arranged in alternating concentric circles and made with displacement along concentric circles on one of the disks.
  • the distance between adjacent gear elements of one concentric circle is less than or equal to the width of the gear element of the next concentric circle towards the periphery, while the gear elements of one or more concentric circles of the rotor or stator disks are offset by an amount that ensures overlap of the through sections between the gear elements of the adjacent pair concentric circles of the rotor and stator disks when the open position of the through section of any other adjacent pair .
  • the gear elements of the rotor or stator disks are offset by a value that ensures the coincidence of the axes of the through sections of one concentric circles with the axes of the gear elements of other adjacent concentric circles of the same disk; or the gear elements of the rotor or stator disks are offset by a value that provides a ratio between the number of through sections in different concentric circles of the same disk equal to an integer or odd number.
  • the fluid to be processed is supplied through an inlet in the center of the stator, and under the action of the centrifugal force of the rotating rotor rushes to the periphery through the through channels between the gear elements located on the concentric circles of the disks.
  • the gear elements of the rotor and stator create a turbulent mixing mode.
  • the disadvantage of this device is that the design contains redundant functional elements that create unproductive energy costs when processing liquids. Due to the fact that the degree of influence on the fluid is proportional to the peripheral speed of the rotor, which is maximum at the periphery, the greatest efficiency of cavitation is observed only on the outer ring of gear elements, where the peripheral speed the greatest. On the gear elements of the rotor and stator, located closer to the axis of rotation, the energy is mainly spent on mixing and heating, and not on chemical transformations in the treated fluid. In addition, the large surface area with which the moving fluid is in contact creates additional dynamic resistance and, consequently, unproductive energy costs.
  • a cavitation heat generator including a hollow body with a cover, a suction pipe for supplying fluid and a discharge pipe for draining fluid, a rotor located inside the housing, made in the form of a centrifugal wheel with holes around the periphery, a stator installed coaxial to the rotor.
  • the outlet pipe on the housing is installed, for example, tangentially to the cylindrical surface of the housing, the rotor and stator are cylindrical, the holes on the cylindrical surfaces of the rotor and stator are made, for example, in the form of radial slots elongated along the axis of rotation.
  • the disadvantages of the known device according to the prototype include significant unproductive losses, insufficient efficiency of a one-time liquid treatment, as well as the fact that the design features of the rotor-stator pair do not provide complete processing of the entire liquid due to its flow outside the cavitation zone. Namely, this design allows passage of up to 15% of the raw material outside the cavitation zone (not processed and not mixed) due to the high viscosity in the fixed, transitional, logarithmic layers, and the turbulent (working) layer passes about 85% of the liquid [3]. In addition, this device has through slots in the rotor and stator, which determine the direction of flow liquids and allow only its single treatment.
  • the present invention proposed a hydroshock cavitation reactor, which allows, in comparison with the prototype, to process oil and oil products with high viscosity and density at low cost as fully and efficiently as possible.
  • the basis of the invention is the task of improving the hydropercussion cavitation reactor, in which, due to a different design, a significant reduction in unproductive losses and costs is achieved, increasing the efficiency of processing a liquid, mainly heavy oil with high viscosity and density, with its multiple processing and maximum completeness, which allows improve consumer characteristics of processed raw materials.
  • the problem is achieved in that in a hydraulic shock cavitation reactor containing a sealed housing with inlet and outlet nozzles for fluid flow, mounted tangentially to the cylindrical surface of the housing, the rotor and stator are cylindrical and arranged coaxially, according to the invention, the stator is part of the device body, The protrusions are made on the outer surface of the rotor, and the grooves are made on the inner surface of the stator, and the space between the protrusions of the rotor serves to fill the fluid awn.
  • the reduction of unproductive losses is achieved by supplying liquid directly to the area between the protrusions of the rotor - in the region of maximum cavitation impact, where the liquid is processed. Improving the processing efficiency is also achieved due to the multiple cavitation effects in the spaces between the protrusions of the rotor and the grooves of the stator.
  • the maximum completeness of processing which is achieved due to the design features, eliminating the possibility of overflow of untreated fluid outside the zone of cavitation.
  • the consequence of the above listed design features of the device is to reduce the specific energy costs of processing liquids, mainly heavy oil with high viscosity and density.
  • Fig. 1 shows a general view of a hydraulic shock cavitation reactor
  • Fig. 2 shows a general view from side A
  • Fig. 3 is a transverse section perpendicular to the axis of rotation of the rotor
  • Fig. 4. - a longitudinal section perpendicular to the axis of rotation of the rotor and the profile of the protrusions of the rotor and the grooves of the stator
  • Figure 5 shows the filling of the cavities between the rotor and the stator during operation of the device. The direction of rotation of the rotor and fluid movement are shown by arrows.
  • cavitation reactor is illustrated in Fig.1-5, where indicated: 1 - housing, 2 - inlet pipe, 3 - output pipe, 4 - rotor, 5 - stator, 6 - protrusions of the rotor 4, 7 - grooves of the stator 5, 8 - shaft of the rotor 4.
  • Hydroshock cavitation reactor contains a housing 1, the cylindrical part of which is the stator 5.
  • the stator 5 In the stator 5 there is an inlet 2 and an outlet 3 nozzles for the fluid flow (see Fig. 1, 2).
  • the rotor 4 In the stator 5 is located the rotor 4, made in the form of a continuous cylinder, and the stator 5 is made in the form of a hollow cylinder (see Fig.Z).
  • the rotor 4 and the stator 5 are placed coaxially.
  • protrusions 6 are made, for example, in the form of a rectangular parallelepiped, and on the inner surface of the stator 5, grooves 7 are made, for example, of a rectangular shape (see Figure 4).
  • the rotation of the rotor is carried out using an engine (not shown in the drawings) through the shaft 8 (see Figure 1).
  • the proposed hydropercussion cavitation reactor can be used for processing multicomponent liquids, including for the modification of oil and oil products in order to improve their consumer characteristics, in particular, to reduce their viscosity and density.
  • the invention is industrially applicable and can be manufactured by methods known in the industry using known means and equipment.
  • the proposed hydroshock cavitation reactor operates as follows.
  • the processed fluid through the inlet pipe 2 enters the space between the protrusions 6 of the rotor 4 and is captured in the area formed by these protrusions and the inner surface of the stator 5. Then the fluid moves in portions around the circumference in the space between the protrusions 6 of the rotor 4 in the direction of rotation from the input 2 outlet pipe 3.
  • a hydrod dynamic effects on the treated fluid Due to the reflection of the shock wave from the surfaces, the formation of intense turbulent flows and mixing of the liquid.
  • the hydrodynamic effect occurs due to the fact that during the rotation of the rotor 4, the space between its protrusions 6 is partially filled with a vapor-gas mixture (closer to the rotation axis) and partially with liquid (further from the rotation axis), and the grooves 7 of the stator 5 are filled with a mixture of gas, steam and liquids (see Figure 5).
  • the grooves 7 of the stator 5 intersect due to centrifugal force, the liquid rushes from the space between the protrusions 6 of the rotor 4 into the region of the groove 7 at a speed determined by the peripheral speed of the rotor 4.
  • the efficiency and achievement of the technical result of the claimed invention was evaluated by the magnitude of the change in the physicochemical parameters of the processed oil.
  • two cavitation devices were used: a prototype and the proposed device.
  • the rotors in both devices had a diameter of 270 mm.
  • the rotor was driven by an AIRM1 12M2 electric motor with a power of 7.5 kW, a rotational speed of 2895 rpm, an efficiency of 87.5%, coscp - 0.88, a network of 3 x380 V, a rated current of 15 A. With these parameters, the rotor peripheral speed was 40 , 9 m / s.
  • the performance in all experiments and for both devices was set the same and amounted to 0.85 m / h.
  • the shaft power was calculated by the current in the electric motor circuit, which was measured by the UT208 instrument with an error of ⁇ 2% (calculation of the three-phase current power P for star connection) according to the following formula:
  • Pacific Rubiales oil with parameters at 20 ° C was used as a raw material for processing: density 0.976 g / cm " and viscosity 12500 cSt. Processing was carried out in a flow mode. The efficiency of the proposed device was estimated by the specific energy consumption when processing oil to change its viscosity by 1 cSt and density changes by 0.001 g / cm.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обработки жидкостей, в частности вязкой и тяжелой нефти, а точнее к гидроударному кавитационному реактору, и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Гидроударный кавитационый реактор содержит герметичный корпус с входным и выходным патрубками для протока жидкости, установленными по касательной к цилиндрической поверхности корпуса, ротор и статор, которые выполнены цилиндрическими и расположены соосно. В заявленном устройстве статор является частью его корпуса, на внешней поверхности ротора выполнены выступы, а на внутренней поверхности статора - пазы, причем пространство между выступами ротора служит для заполнения обрабатываемой жидкостью. Технический результат - значительное уменьшение непроизводительных потерь, повышение эффективности обработки жидкости, преимущественно, тяжелой нефти с высокой вязкостью и плотностью, при ее многократной максимальной кавитационной обработке.

Description

ГИДРОУДАРНЫЙ КАВИТАЦИОННЫЙ РЕАКТОР
Область техники
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обработки жидкостей, в частности вязкой и тяжелой нефти, а точнее к гидроударному кавитационному реактору, и может быть использована в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Предшествующий уровень техники
Гидродинамическое воздействие на жидкости с целью получения мелкодисперсных однородных смесей или осуществления химических реакций достаточно широко применяется в различных отраслях промышленности. Требования, предъявляемые к гидродинамическим устройствам, могут различаться значительно, в зависимости от осуществляемой задачи. Степень воздействия на обрабатываемую жидкость в гидродинамических устройствах главным образом зависит от трех основных параметров - скорости жидкости относительно твердой поверхности, зазора между твердыми поверхностями и времени нахождения жидкости в зоне обработки. Затраты энергии на обработку, кроме вышеуказанных параметров, зависят еще от плотности и вязкости жидкости. Известно, что при протекании жидкости относительно твердой поверхности формируются слои течения: вязкий (неподвижный), переходной, логарифмический и турбулентный, толщина которых зависит от числа Рейнольдса (Re):
Re ~ wd/v,
где w - скорость течения жидкости относительно поверхности, d - величина зазора между твердыми поверхностями, v - кинематический коэффициент вязкости.
Коэффициент трения в слоях отличается в десятки раз, нелинейно увеличиваясь от турбулентного к вязкому.
Для осуществления физических процессов в жидкостях - смешение, диспергирование, эмульгирование и др., требуются небольшие числа Рейнольдса (Re - 10 ).
Для осуществления химических реакций в жидкостях с использованием кавитации, необходимы числа Рейнольдса Re ~ 103 и выше. В этом случае резко (на порядок и больше) возрастает гидродинамическое сопротивление, и соответственно, затраты энергии на обработку.
Кроме того, для химических реакций, проводимых в условиях кавитации, необходимо многоразовое воздействие на жидкость с интенсивным ее перемешиванием, поскольку реакции идут в малых объемах вблизи малоподвижных пограничных слоев.
Известны гидродинамические устройства, принцип работы которых основан на возбуждении гидродинамических колебаний в роторно-статорной паре с зубчатыми элементами.
Известен роторно-пульсационный аппарат [1], содержащий роторный и статорный диски с зубчатыми элементами, размещенными по чередующимся концентрическим окружностям и выполненными со смещением по концентрическим окружностям на одном из дисков. При этом, расстояние между соседними зубчатыми элементами одной концентрической окружности меньше или равно ширине зубчатого элемента следующей концентрической окружности в направлении к периферии, при этом зубчатые элементы одной или нескольких концентрических окружностей роторного или статорного дисков смещены на величину, обеспечивающую перекрытие сквозных сечений между зубчатыми элементами соседней пары концентрических окружностей роторного и статорного дисков при открытом положении сквозного сечения любой другой соседней пары. При этом, зубчатые элементы роторного или статорного дисков смещены на величину, обеспечивающую совпадение осей сквозных сечений одних концентрических окружностей с осями зубчатых элементов других соседних концентрических окружностей того же диска; или зубчатые элементы роторного или статорного дисков смещены на величину, обеспечивающую отношение между количеством сквозных сечений в разных концентрических окружностях того же диска, равное нецелому или нечетному числу. В данном устройстве обрабатываемая жидкость подается через входное отверстие в центре статора, и под действием центробежной силы вращающегося ротора устремляется к периферии через сквозные каналы между зубчатыми элементами, расположенными по концентрическим окружностям дисков. При этом зубчатые элементы ротора и статора создают турбулентный режим перемешивания.
Недостатком данного устройства является то, что конструкция содержит избыточные функциональные элементы, создающие непроизводительные затраты энергии при обработке жидкости. Вследствие того, что степень воздействия на жидкость пропорциональна окружной скорости ротора, которая максимальна на периферии, наибольшая эффективность кавитационного воздействия наблюдается только на внешнем кольце зубчатых элементов, где окружная скорость наибольшая. На зубчатых элементах ротора и статора, расположенных ближе к оси вращения, энергия в основном расходуется на перемешивание и нагревание, а не на химические превращения в обрабатываемой жидкости. Кроме того, большая площадь поверхностей, с которыми контактирует движущаяся жидкость, создает дополнительное динамическое сопротивление, а следовательно, непроизводительные затраты энергии.
Наиболее близким к заявляемому устройству, является кавитационный теплогенератор [2], включающий полый корпус с крышкой, всасывающий патрубок для подвода жидкости и нагнетательный патрубок для отвода жидкости, ротор, расположенный внутри корпуса, выполненный в виде центробежного колеса с отверстиями по периферии, статор, установленный коаксиально ротору. Выходной патрубок на корпусе установлен, например, по касательной к цилиндрической поверхности корпуса, ротор и статор выполнены цилиндрическими, отверстия на цилиндрических поверхностях ротора и статора выполнены, например, в виде радиальных прорезей, вытянутых вдоль оси вращения.
К недостаткам известного устройства по прототипу следует отнести значительные непроизводительные потери, недостаточная эффективность одноразовой обработки жидкости, а также то, что конструктивные особенности роторно-статорной пары не обеспечивают полную обработку всей жидкости за счет ее протекания вне зоны кавитации. А именно, данная конструкция допускает проход до 15% сырья за пределами зоны кавитации (не обрабатывается и не перемешивается) из-за высокой вязкости в неподвижном, переходном, логарифмическом слоях, а турбулентный (рабочий) слой пропускает около 85% жидкости [3]. Кроме того, данное устройство имеет сквозные прорези в роторе и статоре, которые определяют направление потока жидкости и позволяют провести только ее однократную обработку.
Раскрытие изобретения
В данном изобретении предложен гидроударный кавитационный реактор, позволяющий по сравнению с прототипом максимально полно и эффективно обрабатывать нефть и нефтепродукты с высокой вязкостью и плотностью при низких затратах.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования гидроударного кавитационного реактора, в котором за счет иной конструкции, достигается значительное уменьшение непроизводительных потерь и затрат, повышение эффективности обработки жидкости, преимущественно, тяжелой нефти с высокой вязкостью и плотностью, при ее многократной обработке и максимальной полноте, что позволяет улучшить потребительские характеристики обрабатываемого сырья.
Поставленная задача достигается тем, что в гидроударном кавитационном реакторе, содержащем герметичный корпус с входным и выходным патрубками для протока жидкости, установленными по касательной к цилиндрической поверхности корпуса, ротор и статор, выполнены цилиндрическими и расположены соосно, согласно изобретению, статор является частью корпуса устройства, на внешней поверхности ротора выполнены выступы, а на внутренней поверхности статора - пазы, причем пространство между выступами ротора служит для заполнения обрабатываемой жидкостью.
В целом, отличительные признаки заявляемого гидроударного кавитационного реактора являются существенными и необходимыми для достижения нового по сравнению с прототипом технического результата.
В результате использования заявляемого изобретения обеспечивается получение технического результата, заключающегося в значительном уменьшении непроизводительных потерь, повышении эффективности обработки жидкости, преимущественно, тяжелой нефти с высокой вязкостью и плотностью, при ее многократной кавитационной обработке.
В заявленном гидроударном кавитационном реакторе уменьшение непроизводительных потерь достигается за счет подачи жидкости непосредственно в зону между выступами ротора - в область максимального кавитационного воздействия, где и осуществляется обработка жидкости. Повышение эффективности обработки достигается также за счет многократного кавитационного воздействия в пространствах между выступами ротора и пазами статора. Максимальная полнота обработки, которая достигается за счет особенностей конструкции, исключающей возможность перетекания необработанной жидкости вне зоны кавитационного воздействия. Следствием выше перечисленных особенностей конструкции устройства является снижение удельных затрат энергии на обработку жидкостей, преимущественно, тяжелой нефти с высокой вязкостью и плотностью.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид гидроударного кавитационного реактора, на Фиг.2 показан общий вид со стороны А, на Фиг.З - поперечный разрез перпендикулярно оси вращения ротора, на Фиг.4. - продольный разрез перпендикулярно оси вращения ротора и профиль выступов ротора и пазов статора, на Фиг.5 показано заполнение полостей между ротором и статором при работе устройства. Направление вращения ротора и движения жидкости показаны стрелками.
Предполагаемый вариант осуществления изобретения
Вариант осуществления предлагаемого гидроударного
кавитационного реактора иллюстрируется Фиг.1-5, где обозначено: 1 - корпус, 2 - входной патрубок, 3 - выходной патрубок, 4 - ротор, 5 - статор, 6 - выступы ротора 4, 7 - пазы статора 5, 8 - вал ротора 4.
Гидроударный кавитационный реактор содержит корпус 1 цилиндрической частью которого является статор 5. В статоре 5 имеется входной 2 и выходной 3 патрубки для протока жидкости (см. Фиг.1 ,2). В статоре 5 расположен ротор 4, выполненный в виде сплошного цилиндра, а статор 5 выполнен в виде пустотелого цилиндра (см. Фиг.З). Ротор 4 и статор 5 размещены соосно. На внешней поверхности ротора 4 выполнены выступы 6, например, в виде прямоугольного параллелепипеда, а на внутренней поверхности статора 5 - пазы 7, выполненные, например, прямоугольной формы (см. Фиг.4). Вращение ротора осуществляется с помощью двигателя (на чертежах не показан) через вал 8 (см. Фиг.1).
Промышленная применимость
Предложенный гидроударный кавитационный реактор может быть использован для обработки многокомпонентных жидкостей, в том числе для модификации нефти и нефтепродуктов с целью улучшения их потребительских характеристик, в частности снижения их вязкости и плотности.
Изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено известными в промышленности способами с использованием известных средств и оборудования.
Предлагаемый гидроударный кавитационный реактор работает следующим образом.
Обрабатываемая жидкость через входной патрубок 2 поступае в пространство между выступами 6 ротора 4 и захватывается в область, образуемую этими выступами и внутренней поверхностью статора 5. Далее жидкость порциями перемещается по окружности в пространстве между выступами 6 ротора 4 по направлению вращения от входного 2 патрубка к выходному 3.
В рабочем режиме жидкость в области между выступами 6 ротора 4, при совмещении с пазами 7 статора 5, на высокой скорости перетекает в эти пазы статора 5. При этом происходит многократное кавитационное воздействие на жидкость с образованием гидродинамических импульсов, а также и интенсивное перемешивание в каждой полости, которая образуется при совмещении области пространства между выступами 6 ротора 4 и пазами 7 статора 5. В моменты, когда захваченная порция жидкости между выступами 6 ротора 4 пересекается с пазами 7 статора 5, происходит гидродинамическое воздействие на обрабатываемую жидкость. За счет отражения ударной волны от поверхностей происходит формирование интенсивных турбулентных потоков и перемешивание жидкости. Гидродинамическое воздействие происходит за счет того, что при вращении ротора 4 пространство между его выступами 6 частично заполнено паро-газовой смесью (ближе к оси вращения) и частично жидкостью (далее от оси вращения), а пазы 7 статора 5 заполнены смесью газа, пара и жидкости (см. Фиг.5). При пересечении пазов 7 статора 5 за счет центробежной силы жидкость устремляется из пространства между выступами 6 ротора 4 в область паза 7 со скоростью, которая определяется окружной скоростью ротора 4. При этом формируется область кавитационного воздействия, и происходит гидродинамический импульс сначала в области паза 7 статора 5, а затем, за счет отражения ударных волн, и в области между выступами 6 ротора 4. Данный процесс в одной и той же области повторяется многократно. Те же самые явления происходят и при пересечении выступов 6 ротора 4 со следующими пазами 7 статора 5. При заданных параметрах гидроударного кавитационного реактора (диаметр ротора, число оборотов) кратность обработки в одном цикле определяется числом пазов 7 статора 5, а производительность - размерами области между выступами 6 ротора 4.
Эффективность работы и достижение технического результата заявленного изобретения оценивалась по величине изменения физико- химических параметров обрабатываемой нефти. Для этого использовалось два кавитационных устройства: прототип и предлагаемое устройство. Роторы в обоих устройствах имели диаметр 270 мм. Ротор приводился во вращение электродвигателем АИРМ1 12М2 мощностью 7,5 кВт, частотой вращения 2895 оборотов в минуту, кпд 87,5%, coscp - 0,88, сеть 3 x380 В, номинальный ток 15 А. При указанных параметрах окружная скорость ротора составляла 40,9 м/с. Производительность во всех экспериментах и для обоих устройств устанавливалась одинаковой и составляла 0,85 м /час. Мощность на валу рассчитывалась по току в цепи электродвигателя, который измерялся прибором UT208 с погрешностью ±2% (расчет мощности трехфазного тока Р для соединения звездой) по следующей формуле:
Р = 1,73 U I η cos(p
где U - напряжение сети, I - ток сети, η - кпд электродвигателя, coscp - угол сдвига фаз напряжения и тока.
В качестве сырья для обработки использовалась нефть компании Pacific Rubiales с параметрами при 20°С: плотность 0,976 г/см" и вязкость 12500 сСт. Обработка производилась в проточном режиме. Эффективность работы предлагаемого устройства оценивалась по удельным затратам энергии при обработке нефти для изменения ее вязкости на 1 сСт и изменения плотности на 0,001 г/см .
Результаты исследования представлены в нижеприведенной таблице. Таблица
Figure imgf000012_0001
На основании данных, представленных в нижеприведенной таблице, можно сделать следующие выводы: при обработке тяжелой нефти компании Pacific Rubiales удельные затраты на уменьшение вязкости на 1 сСт у предлагаемого устройства в 1,6 раза ниже, чем у прототипа; удельные затраты на уменьшение плотности на 0,001 г/см у предлагаемого устройства в 3,0 раза ниже, чем у прототипа.
По данному изобретению были изготовлены опытные образцы, которые прошли испытание, подтвердившие получение ожидаемого технического результата и положительного эффекта.
Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления представленного изобретения и достижения указанного выше технического результата при воплощении всей совокупности признаков изобретения, что позволяет создать гидроударный кавитационный реактор с низкими удельными затратами энергии на улучшение потребительских характеристик нефти, преимущественно тяжелой.
Источники информации.
1. Патент РФ J4° 2124935 МПК B01F 5/06, B01F 7/10, заявл. 17.07.1997, опубл. 20.01.1999.
2. Патент РФ N* 2334177 МПК F24J 3/00, заявл. 13.04.2005, опубл. 20.10.2006 (прототип).
3. Протодьяконов И.О., Сыщиков Ю.В. Турбулентность в процессах химической технологии. -Л.: Наука, Л.: Наука, 1983. С.23-24, 27.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ ГИДРОУДАРНЫЙ КАВИТАЦИОННЫИ РЕАКТОР, содержащий герметичный корпус с входным и выходным патрубками для протока жидкости, установленными по касательной к цилиндрической поверхности корпуса, ротор и статор, которые выполнены цилиндрическими и расположены соосно, отличающийся тем, что статор является частью корпуса устройства, на внешней поверхности ротора выполнены выступы, а на внутренней поверхности статора - пазы, причем пространство между выступами ротора служит для заполнения обрабатываемой жидкостью.
PCT/UA2013/000088 2013-05-20 2013-08-13 Гидроударный кавитационный реактор WO2014189479A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201306244U UA85141U (en) 2013-05-20 2013-05-20 Hydropercussion cavitation reactor
UAU201306244 2013-05-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014189479A1 true WO2014189479A1 (ru) 2014-11-27

Family

ID=51933887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2013/000088 WO2014189479A1 (ru) 2013-05-20 2013-08-13 Гидроударный кавитационный реактор

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA85141U (ru)
WO (1) WO2014189479A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160252186A1 (en) * 2013-11-01 2016-09-01 Mitton Valve Technology Inc. Cavitation reactor
WO2017147175A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-31 HST Asset Holdings LLC Well fluid treatment and steam generation using cavitation
ES2632192A1 (es) * 2016-03-07 2017-09-11 Universidad De Zaragoza Dispositivo para el tratamiento mediante cavitación hidrodinámica de líquidos contaminados o infectados
WO2024065073A1 (zh) * 2022-09-26 2024-04-04 深圳市华先医药科技有限公司 一种动态微通道管式连续流反应器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111825202A (zh) * 2020-07-31 2020-10-27 山东大学 一种水力空化结合氧化处理抗生素废水的装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4220239A1 (de) * 1992-06-20 1993-12-23 Basf Ag Mischvorrichtung
RU2026109C1 (ru) * 1991-06-20 1995-01-09 Акционерное общество "Завод отопительного оборудования" Диспергатор гидроударного действия
RU94024601A (ru) * 1994-06-30 1996-04-20 В.И. Тумченок Дезинтеграторное устройство
US6241472B1 (en) * 1999-03-22 2001-06-05 Charles Ross & Son Company High shear rotors and stators for mixers and emulsifiers
RU2334177C2 (ru) * 2005-04-13 2008-09-20 Евгений Георгиевич Порсев Кавитационный теплогенератор

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2026109C1 (ru) * 1991-06-20 1995-01-09 Акционерное общество "Завод отопительного оборудования" Диспергатор гидроударного действия
DE4220239A1 (de) * 1992-06-20 1993-12-23 Basf Ag Mischvorrichtung
RU94024601A (ru) * 1994-06-30 1996-04-20 В.И. Тумченок Дезинтеграторное устройство
US6241472B1 (en) * 1999-03-22 2001-06-05 Charles Ross & Son Company High shear rotors and stators for mixers and emulsifiers
RU2334177C2 (ru) * 2005-04-13 2008-09-20 Евгений Георгиевич Порсев Кавитационный теплогенератор

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160252186A1 (en) * 2013-11-01 2016-09-01 Mitton Valve Technology Inc. Cavitation reactor
US9631732B2 (en) * 2013-11-01 2017-04-25 Mitton Valve Technology Inc. Cavitation reactor comprising pulse valve and resonance chamber
US9915361B2 (en) 2013-11-01 2018-03-13 Mitto Valve Technology Inc. Pulse valve
WO2017147175A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-31 HST Asset Holdings LLC Well fluid treatment and steam generation using cavitation
ES2632192A1 (es) * 2016-03-07 2017-09-11 Universidad De Zaragoza Dispositivo para el tratamiento mediante cavitación hidrodinámica de líquidos contaminados o infectados
WO2024065073A1 (zh) * 2022-09-26 2024-04-04 深圳市华先医药科技有限公司 一种动态微通道管式连续流反应器

Also Published As

Publication number Publication date
UA85141U (en) 2013-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014189479A1 (ru) Гидроударный кавитационный реактор
KR101954110B1 (ko) 교반기
US9138699B2 (en) Fractal impeller for stirring
KR102408877B1 (ko) 회전자 및 교반 디바이스
EP3072579A1 (en) Cavitation device
CN107427794B (zh) 搅拌机
Asiri Design and implementation of differential agitators to maximize agitating performance
Ramírez‐Gómez et al. Performance Evaluation of Two High‐Shear Impellers in an Unbaffled Stirred Tank
RU2329862C2 (ru) Диспергатор-активатор
JP5263877B2 (ja) 混合装置及び混合システム
WO1980001497A1 (en) Device for dispersing and homogenizing drilling mud
JP5760205B2 (ja) 混合方法、混合装置、及び混合流体
RU2572330C1 (ru) Реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред
RU180435U1 (ru) Дисковый роторный смеситель
RU2269075C1 (ru) Кавитационно-вихревой теплогенератор
RU2297876C1 (ru) Смеситель-диспергатор
RU2340656C2 (ru) Способ получения нанодисперсной водотопливной эмульсии и устройство для его осуществления
RU2186615C1 (ru) Роторный смеситель для жидких сред
RU2543204C2 (ru) Способ перемешивания жидкости
RU2752563C1 (ru) Мешалка
Wan et al. Gearless Wankel-like pump/mixer: Design challenges and prospects
RU2516146C2 (ru) Роторно-пульсационный аппарат
RU2361683C1 (ru) Сирена встречных резонансных волн, снимаемых с единого однородного по длине ротора
RU2358812C1 (ru) Сирена встречных резонансных волн, снимаемых с единого однородного по длине ротора
WO2019032076A1 (ru) Кавитационный аппарат для обработки жидких сред

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13884969

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13884969

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1