Устройство для смешения

 

Использование: смешение потоков гомогенных и гетерогенных сред. Сущность изобретения: в трубках выполнены отверстия постоянного диаметра с переменным шагом или отверстия переменного диаметра - с постоянным шагом. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

isles В 01 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4800650/26 (22) 11,03.90 (46) 30.03,93.Бюл.N 12 (71) Украинский научно-исследовательский углехимический институт (72) А.А.Калинин и М.P.Êîëòóí (56) Авторское свидетельство СССР N.

633574, кл. В 01 F 5/00, 1975.

Авторское свидетельство СССP ¹ .780868, кл. В 01 F 5/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР ¹

904755, кл, В 01 F 5/00. 1981.

Изобретение относится к оборудованию, применяемому для смешения потоков гомогенных и гетерогенных систем, и может быть применено в металлургической, химической и энергетической отраслях промышленности, Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса массообмена за счет сокращения длины зоны гомогенизации и снижения гидравлического сопротивления.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для смешения vi разрез А-А на общем виде; на фиг.2 показаны варианты установки устройства на различных участках трубопроводов, приведены эпюры скоростей: на фиг.З показан разрез А-А на общем виде с выполненными отверстиями — постоянный диаметр, переменный шаг - в радиальных распределительных трубках: на фиг.4 показан разрез А-А на общем еиде с выполненными отверстиями — переменный диаметр. постоянный шаг — в радиальных распредеllPiTBRbHblx трубках. Ы,, 1804898 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ (57) Использование: смешение потоков гомогенных и гетерогенных сред, Сущность изобретения: е трубках выполнены отверстия постоянного диаметра с переменным шагом или отверстия переменного диаметра — с постоянным шагом. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Устройство для смешения содержит коллектор 1, внутри которого размещена труба 2. Внутри трубы 2 расположены радиальные распределительные трубки 3 с выполненными в них отверстиями 4, Радиальные распределительные трубки 3 соединены с коллектором 1.

Устройство работает следующим обра- СО зом.

По трубе 2 подают поток основного компонента. При обтекании потоком радиаль- Ь ных распределительных трубок 3 ОО происходит образование активных вихрей, 0 что обусловливает локальное повышение QQ турбулентности потока, Через входной штуцер коппектора 1 подают компонент дпк смешения, который, проходя через отвер(юб стия 4 в радиальных распределительных трубках 3, поступает в основной поток, происходит смешение.

Расположение отверстий в радиальных распределительных трубках подбирается экспериментально в зависимости от условий протекания процесса, причем для каж1804898

4 ской плотности, равной эталонной, Гидравлическое сопротивление до и после устройства для смешения замерялось г о показаниям двух U-образных манометров.

Пример 2. Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок каплевидной формы с исполнением отверстий переменного диаметра с постоянным шагом.

Исследования проводились на лабораторной модельной установке, описанной в примере 1. Отверстия в радиальных распределительных трубках также выполнялись по двум вариантам: переменный диаметр c no15 стоянным шагом; постоянный диаметр с постоянным шагом.

По первому варианту: диаметр 2 5 мм, шаг 8 мм. По второму варианту — диаметр 2 мм, шагом 5 мм. Диаметр отверстий возрастал по мере приближения к центру потока.

Все остальные параметры эксперимента, а также методы контроля длины зоны гомогенизации и величины гидравлического

cGïðoTèýëåHèÿ аналогичны. описанным в примере 1.

Средние значения результатов эксперимента сведены в таблицу 2.

ПримерЗ, Сравнение эффективности предлагаемого устройства и прототипа.

Для сравнения эффективности смешения предлагаемого изобретения и прототипа была поставлена серия экспериментов на лабораторной модельной установке с

З5 легкозаменяемым блоком смешения. Установка изготовлена из кварцевого стекла. .Сравнивались условия протекания процесса массообмена в различных системах; система жидкость-жидкость-потоки хлорида железа

40 (1П) и роданида калия (Ж-Ж); система гаэ-гаэ— потоки оксида азота (IV) и аммиака (Г-Г); система жидкость-газ-потоки серной кислоты и аммиака (Ж-Г), В рассмотренных системах один из компонентов был подкрашен либо в

50 дога случая ставится конкретный эксперимент.

Пример1.

Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок канлевидной формы в сечении с выполнением в них отверстий постоянного диаметра с переменным шагом.

Для обоснования правомерности выбора была изготовлена лабораторная модельная установка с легкозаменяемым устройством для смешения, Радиальные распределительные трубки устройства в сечении имели: окружность, овал, эллипс и каплю. Эквивалентные диаметры каждого из трех последних сечений равны диаметру окружности.

В радиальных распределительных трубках отверстия выполнялись по двум вариантам: постоянный диаметр — постоянный шаг; постоянный диаметр — переменный шаг.

По первому варианту отверстия выполнялись диаметром 2 мм с шагом 5 мм.По второму варианту — диаметром 2 мм с шагом 3-8 мм, с уменьшением шага к центру потока, т.к. модельная установка представляла собой достаточно длинный прямолинейный отрезок трубопровода.

Для исследования были взяты раствор хлорида железа (ill) и роданистого калия, Расход хлорида железа (ill) — 2 л/мин; оптическая плотность, измеренная на ФЭКе с синим светофильтром (длина волны 450-480 нм) -- 0,518; расход роданида калия — 0,5 л/мин; оптическая плотность раствора роданида калия, подкрашенного метиловым красным, измеренная на ФЭКе с сине-зеленым светофильтром (длина волны 490 500 нм) — 0,326; температура потоков основного вещества и компонента на смешение—

20 С. Исследование проводилось под атмосферным давлением, Средние значения результатов эксперимента сведены в таблицу 1.

Предварительно в колбе. приготовлялся раствор такого состава и такой концентрации, которые должны быть получены в результате протекания процесса смешения, На фотоколориметре (ФЭК) при сине-зеленом светофильтре (длина волны 490 500 нм) измерялась эталонная оптическая плотность полученного раствора. Ее величина—

0,473. В ходе исследования на различных расстояниях от устройства смещения отбирались пробы полученного состава — родэнистого железа (ill). На ФЭКе с сине-зеленым 5 светофильтром (длина волны 490%00 нм) определялась оптическая плотность проб.

Длина зоны гомогениэации определялась как расстояние от устройства для смешения до точки установления постоянной оптичерезультате смешения протекала реакция, сопровождавшаяся изменением окраски.

Исследования проводились при следующих параметрах; расход основного компонента — 2 л/мин; расход компонента на смешение — 0,5 л/мин; температура протекания процесса смешения переменная в зависимости от исследуемого потока смешения.

Метод контроля длины зоны гомогенизации и величины гидравлического сопротивления аналогичен описанному в примере 1, Предлагаемое устройство имело следующий вид: труба 2 — диаметр 100 мм; эквивалентный диаметр капли (длина капли в сечении радиальных распределительных трубок 3) — ; отверстия в радиальных

1804898

Тэблицэ1

Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок каплевидной формы с выполненными в них отверстиями постоянного диаметра с переменным шагом

Варианты исполнения радиальных распределительных трубок и отверстий в них

Сопоставляемые параметры

l вари риант

Длина зоны гомогенизации. м

0.8

Гид эвлическое р сопротивление, Па

) 400 ( (3б} распределительных трубках выполнялись по двум вариантам: постоянный диаметр—

2 мм, переменный шэг — 3-8 мм; перемен. ный диаметр — 2 5 мм. постоянный шаг 8 мм, 5

Прототип имел следующий вид: распределитель — диаметр 10 мм(в сечении); основная труба 2 — диаметр 100 мм; сечение трубок распределителя — окружность; турбулизатор выполнен в виде решетки из стек- 10 лянных кварцевых палочек диаметром 3 мм; отверстия в трубках распределителя выполнены диаметром 2 мм; отношение расстояния от отверстий в распределителе до стенки трубы к радиусу трубы — 0,5; отвер- 15 стия в трубках распределителя располагались симметрично относительно оси трубы.

Средние результаты исследований сведены в таблицу 3, Анализ таблиц 1, 2 позволяет сделать 20 вывод, что эксплуатационные свойства предлагаемого устройства улучшаются в зависИмости от вида сечения радиальных распределительных трубок и от исполнения отверстий в них, Так наихудшие эксплуата- 25 ционные показатели имеет устройство для смешения, в котором радиальные распределительные трубки имеют сечение окружность. а отверстия в трубках выполнены постоянного диаметра с постоянным ша- 30 гом. Эксплуатационные свойства возрастают (улучшаются) по мере изменения сечения радиальных распределительных трубок: овал - эллипс - капля, Наилучшие эксплуатационные свойства имеет предлагаемое 35 устройство. причем независимо от варианта выполнения отверстий: постоянный диаметр с переменным шагом или переменный диаметр с постоянным шагом.

Из данных таблицы 3 видно, что предлагаемое устройство обеспечивает, по сравнению с прототипом, более эффективное протекание процесса массообмена с более короткой зоной гомогенизации и более низким гидравлическим сопротивлением.

Предлагаемое устройство можно использовать для смешения потоков различных систем: жидкость-жидкость, газ-газ, жидкость-газ.

Предлагаемое устройство хорошо работает как в случае смешения потоков систем, имеющих невысокую температуру, так и потоков систем, имеющих повышенную температуру, а также потоков раскаленных систем.

Формула изобретения

1. Устройство для смешения, содержащее коллектор, трубу с размещенными внутри нее радиальными распределительными трубками, соединенными с коллектором, по всей длине которых выполнены отверстия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса массообмена за счет сокращения длины зоны гомогенизации и снижения гидравлического сопротивления, отверстия постоянного диаметра выполнены с переменным шагом или отверстия переменного диаметра — с постоянным шагом, 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что радиальные распределительные трубки в сечении выполнены каплевидной формы, а отверстия в них расположены на лобовой или тыльной стороне трубок.

1804898

Продолжение табл. 1

Таблица2

Обоснование правомерности выбора радиальных распределительных трубок каплевидной формы с выполненными в них отверстиями переменного диаметра и постоянного шага

Продолжение табл. 2

ТаблицаЗ

Сравнение эффективности процесса массообмена в предлагаемом устройстве и прототипе

1804898

Продолжение тэбл, 3

1804898

1804898

Составитель Т.Рязанова

Техред М.Моргентал Корректор Л,Филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ. 914 Тираж. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5