Способ обработки неоднородной текучей среды и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к диспергированию, эмульгированию и иным обработкам текучей среды. Способ обработки неоднородной текучей среды включает формирование потока текучей среды в виде N плоских струй, каждую из которых троекратно изменяют по форме и площади поперечного сечения, введение сформированных плоских струй с возбужденными в них гидродинамическими пульсациями в зону обработки, в которой консольно установлены N гибких препятствий, осуществляют столкновение каждой струи со свободным концом соответствующего препятствия с последующим формированием в каждой точке текучей среды параметрических резонансных колебаний, воздействующих на ингредиенты среды. Затем одновременно увеличивают амплитуду колебаний каждого гибкого препятствия в условиях резонанса, расширяют кавитационную зону на всю зону обработки, после чего выводят обработанную текучую среду из зоны обработки. Устройство для осуществления способа содержит корпус с входным отверстием, диафрагму с N входными соплами, пакет упругих параллельных пластин в количестве, соответствующем количеству сопел. Каждое сопло состоит из трех участков: конически сходящегося, цилиндрического и щелевидного. Каждая пластина препятствия на свободном конце имеет фронтальную кромку, образованную двусторонними скосами, размещенную с эксцентриситетом относительно продольной оси сопла. Способ и устройство обеспечивают повышение эффективности генерирования колебаний текучей среды, расширение кавитационной зоны, повышение производительности, получение стабильных во времени дисперсий, суспензий, эмульсий и иных жидких сред, пригодных для длительного хранения без ухудшения полученных в процессе обработки свойств. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области диспергирования, эмульгирования и иных обработок текучей среды, а точнее заявляемое изобретение касается способа обработки неоднородной текучей среды и устройства для осуществления этого способа.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, пищевой и других областях промышленности с целью получения любых видов дисперсных систем, суспензий твердых и волокнистых веществ, эмульсий, коллоидных и истинных растворов, насыщения жидкостей газами, причем особенно эффективно при получении дисперсий труднорастворимых, плохо совмещающихся и слипающихся веществ.

Известны способ генерирования колебаний давления в жидкой среде, заключающийся в подаче жидкости под давлением и закручивании ее с образованием вихря, и гидродинамический генератор колебаний для осуществления названного способа, содержащий проточную вихревую камеру с продольным каналом подвода управляющего потока - патент США 3768520, кл. F 15 C 1/16. Возбуждение колебаний происходит за счет взаимодействия осевого потока нагнетаемой жидкости с управляющим вихревым потоком, который формируют и усиливают с помощью другого источника жидкости.

Недостатками этих способа и устройства являются необходимость в двух источниках расхода жидкости и применение специальных средств формирования управляющего потока, что ограничивает область применения генератора.

Известен способ, описанный в книге Кардашева Г. А. , Михайлова П. Е. Тепломассообменные акустические процессы и аппаратура, Москва, 1973 г. , с. 110, согласно которого текучую среду, подлежащую обработке, направляют под действием избыточного давления в зону обработки, при этом формируют поток обрабатываемой среды в виде струи путем уменьшения его поперечного сечения и вводят под действием избыточного давления сформированную струю в зону обработки, содержащую упругую консольно закрепленную пластину. Возбуждают в среде гармонические акустические колебания и увеличивают амплитуду этих колебаний в условиях резонанса с колебаниями упругой пластины. Поток среды формируют путем его резкого сужения при переходе от круглого сечения потока к плоскому. Увеличение амплитуды гармонических акустических колебаний осуществляют с образованием кавитационной зоны, подбирая условия резонанса с помощью упругой пластины, установленной по оси плоской струи, при скорости потока 20 м/с.

При осуществлении этого способа для гидродинамического диспергирования используют аппарат, который содержит корпус с патрубками, в котором помещено диспергирующее устройство - гидродинамический излучатель, состоящий из щелевого сопла и гибкой резонансной пластины, закрепленной в узловых точках по оси струи, вытекающей из сопла. Под действием струи пластина возбуждается и колеблется на одной из собственных частот. На обеих сторонах пластины возникают завихрения, которые срываясь с поверхности пластины, вызывают периодические импульсы давления в обрабатываемой среде.

Достигнув щели сопла, эти импульсы модулируют струю жидкости. Пластина выполняет роль механического резонатора и одновременно управляет работой гидродинамического излучателя, генерирующего акустические колебания. В условиях резонанса амплитуда акустических колебаний резко возрастает, возникает кавитация, при которой происходит диспергирование.

Недостатком указанного способа является низкая эффективность диспергирования, причиной которой является неравномерность обработки частиц дисперсной фазы из-за неустойчивости узкой зоны кавитации. Кавитация возникает в ограниченном объеме среды, поэтому не все частицы дисперсной фазы успевают попасть в зону ее действия.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство, в котором используется аналогичный способ, известный из авт. свид-ва SU 797751, МКИ В 01 F 11/02, опубл. 23.01.81. Устройство содержит корпус с расположенными на противоположных торцах входным соплом и пакетом консольно закрепленных упругих пластин. Корпус выполнен в виде двух последовательно расположенных цилиндрических элементов, при этом цилиндрический элемент, имеющий меньший диаметр, содержит диафрагму, формирующую входное сопло, а цилиндрический элемент, имеющий больший диаметр, содержит пакет консольно закрепленных упругих пластин, установленных параллельно друг другу с зазорами, равными 3-5 мм. Пластины с торца, обращенного в сторону сопла, имеют скос кромки на всю толщину под углом 45^o и скос по ширине пластины под углом 25-30^o.

Недостатком аналога является низкая эффективность обработки сред, например диспергирования и гомогенизации суспензий, так как операции способа и конструктивные элементы устройства не обеспечивают создание интенсивных гидродинамических процессов в обрабатываемой среде, в том числе обширной зоны кавитации.

В основу заявляемого изобретения положена задача путем повышения эффективности генерирования колебаний текучей среды за счет увеличения диапазона частот колебаний в каждой точке зоны обработки и расширения кавитационной зоны создать способ обработки неоднородной текучей среды и устройство для осуществления этого способа, обеспечивающие при повышенной производительности получение стабильных во времени дисперсий, суспензий, эмульсий и иных жидких сред, пригодных для длительного хранения без ухудшения полученных в процессе обработки свойств.

Указанная задача решается способом, включающим формирование потока текучей среды в виде плоской струи путем резкого уменьшения его поперечного сечения, введение под действием избыточного давления сформированной плоской струи в зону обработки, содержащую гибкое консольно закрепленное препятствие движению струи, возбуждение в текучей среде гармонических акустических колебаний и увеличение амплитуды возбужденных колебаний в условиях резонанса с колебаниями названного гибкого препятствия с образованием кавитационной зоны, воздействующей на ингредиенты текучей среды, и вывод обработанной текучей среды из зоны обработки, в котором согласно изобретению поток разбивают на N плоских струй, при формировании каждой из которых троекратно изменяют форму и площадь ее поперечного сечения так, что на входе в зону обработки каждая струя имеет плоскопараллельную форму с возбужденными в ней гидродинамическими пульсациями, при этом в зоне обработки напротив каждой из сформированных струй размещают гибкое препятствие и осуществляют столкновение каждой струи со свободным концом соответствующего гибкого препятствия с последующим формированием в каждой точке текучей среды параметрических резонансных колебаний, которые воздействуют на ингредиенты текучей среды, затем одновременно увеличивают амплитуду колебаний каждого гибкого препятствия в условиях резонанса с параметрическими резонансными колебаниями и расширяют упомянутую кавитационную зону на всю зону обработки.

Благодаря изобретению стало возможно повысить амплитуду колебаний, радиус зоны воздействия гидродинамических пульсаций и таким образом высокопроизводительно осуществлять эффективное получение дисперсий различных типов, суспензий и эмульсий, например, типа мазут в воде, присадка в смазочном материале, присадка в жидком топливе, пригодных для длительного хранения без ухудшения полученных в процессе обработки свойств.

Согласно изобретению для уменьшения гидравлических сопротивлений целесообразно вывод обработанной текучей среды из зоны обработки осуществлять при давлении, значение которого отличается от давления, при котором поток текучей среды вводят в зону обработки, на 0,5-1,0 атм.

Согласно изобретению целесообразно для повышения эффективности обработки перед формированием потока текучей среды в виде N плоских струй осуществлять воздействие на эти струи электромагнитными импульсами, в том числе ультразвуковыми, сверхвысокочастотными, оптическими.

Для повышения эффективности обработки согласно изобретению целесообразно после введения в зону обработки сформированных N плоских струй осуществлять воздействие на эти струи электромагнитными импульсами, в том числе ультразвуковыми, сверхвысокочастотными, оптическими.

Поставленная задача решена также созданием устройства для обработки текучей среды, содержащего корпус, имеющий выходное отверстие и диафрагму, формирующую входное сопло, при этом в корпусе напротив сопла консольно закреплен пакет параллельных упругих пластин, в котором согласно изобретению диафрагма имеет N сопел, а пакет параллельных упругих пластин содержит эти пластины в количестве, соответствующем количеству сопел, каждое из которых по длине выполнено из трех участков, первый из которых имеет конически сходящуюся форму, переходящую во второй участок, выполненный цилиндрическим, который переходит в третий участок, выполненный щелевидным, при этом каждая пластина из указанного пакета пластин размещена напротив соответствующего сопла и каждая пластина на своем свободном конце имеет острую фронтальную кромку, обращенную в сторону соответствующего сопла, образованную двухсторонними скосами, выполненными по толщине каждой пластины и образующими по существу прямой угол, при этом длина одного из скосов больше длины другого скоса, а фронтальная кромка каждой пластины размещена с эксцентриситетом относительно продольной оси каждого сопла и отстоит от выходного торца этого сопла на расстояние от 1 до 5 мм.

Благодаря изобретению стало возможно повысить амплитуду колебаний, радиус зоны воздействия гидродинамических пульсаций в объеме обрабатываемой среды и таким образом высокопроизводительно осуществлять эффективное получение дисперсий различных типов, суспензий и эмульсий, например, типа мазут в воде, присадка в смазочном материале, присадка в жидком топливе.

В соответствии с изобретением для создания условий эффективного перемешивания обрабатываемой среды в процессе гидродинамических воздействий целесообразно, чтобы корпус был выполнен из магнитного материала, а упругие пластины выполнены из немагнитного материала.

В соответствии с изобретением целесообразно, чтобы каждая пластина имела толщину, больше или равную ширине прямоугольного щелевидного среза каждого сопла, и ширину, равную или меньше половине длины этой пластины и больше или равную длине прямоугольного щелевидного среза каждого сопла, что обеспечивает достижение практически предельных скоростей гидродинамических пульсаций в текучей среде.

Для вовлечения в обработку всего объема текучей среды в соответствии с изобретением целесообразно, чтобы расстояние между пластинами по существу было равно расстоянию между крайней пластиной и стенкой корпуса.

В соответствии с изобретением целесообразно, чтобы стенки диафрагмы на третьем щелевидном участке каждого сопла были параллельны между собой, а длина каждого щелевидного участка в 2,5-3 раза больше ширины щелевидного среза каждого сопла.

В соответствии с изобретением целесообразно, чтобы в непосредственной близости снаружи корпуса перед диафрагмой по направлению движения потока был размещен генератор электромагнитных импульсов, в том числе ультразвуковых, сверхвысокочастотных или оптических импульсов, или акустических колебаний.

В соответствии с изобретением целесообразно, чтобы в непосредственной близости снаружи корпуса после диафрагмы по направлению движения потока был размещен генератор электромагнитных импульсов, в том числе ультразвуковых, сверхвысокочастотных или оптических импульсов, или акустических колебаний.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания способа обработки неоднородной текучей среды, устройства для осуществления этого способа, конкретных примеров выполнения этого способа и чертежей, на которых фиг. 1 изображает устройство для обработки текучей среды, выполненное согласно изобретению, продольный разрез; фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; фиг. 3 - гибкую пластину, выполненную согласно изобретению, изометрия.

Заявляемый способ обработки неоднородной текучей среды включает создание зоны обработки, содержащей N консольно закрепленных гибких препятствий необтекаемой формы, где N равно по меньшей мере двум; формирование потока неоднородной текучей среды в виде N струй в условиях трехкратного изменения формы и площади поперечного сечения каждой струи и резкого уменьшения ее поперечного сечения с приданием каждой струе плоскопараллельной формы на стадии ее введения в зону обработки. Согласно заявляемому способу благодаря выполнению вышеуказанных условий формирования каждая струя вводится в зону обработки с возбужденными в ней гидродинамическими пульсациями и под действием избыточного давления. В качестве примера можно сказать, что при введении сформированной плоской струи в зону обработки при давлении от 12 до 15 атм скорость истечения текучей среды составляет 15-30 м/с.

Согласно изобретению в зоне обработки напротив каждой сформированной струи размещают гибкое препятствие. Количество этих препятствий равно количеству сформированных струй.

Каждую сформированную указанным образом струю направляют на свободный конец установленного по оси этой струи препятствия и осуществляют столкновение каждой струи со свободным концом соответствующего гибкого препятствия. Под действием струи в каждом гибком препятствии возбуждаются вертикальные колебания - гибкое препятствие колеблется на одной из собственных частот. В основном собственная частота колебаний гибкого препятствия составляет значение Гц, где d - толщина препятствия, см; l - длина препятствия, см; Е - модуль Юнга, дин/см²; ρ - плотность материала препятствия, г/см³.

При этом на обеих сторонах препятствия возникают завихрения текучей среды.

Срывающиеся с поверхностей препятствий завихрения текучей среды и собственные колебания гибких препятствий возбуждают в текучей среде гармонические акустические колебания в виде периодических импульсов давления.

Частота возбужденных колебаний текучей среды, вызванных срывающимися с кромки сопла вихрями, определяется, например, зависимостью где U - скорость истечения текучей среды из сопла, Н - расстояние от выходного торца сопла до фронтальной кромки препятствия.

При этом происходит интенсивное перемешивание текучей среды во всем объеме зоны обработки. Это можно объяснить возбуждением в текучей среде взаимодействующих между собой и пластинами вихрей, обтекающих кромки N гибких препятствий с противоположных направлений, и тем самым гидродинамических пульсаций и направленных перемещений обрабатываемой среды - на нижней поверхности каждого препятствия образуется избыток давления обрабатываемой среды, стекающей с верхней поверхности гибкого препятствия, где образуется область пониженного давления. Усредненный перепад этого давления по всей площади каждого из N гибкого препятствия образует гидродинамическую силу. При этом сами вихри противоположной ориентации начинают дрейфовать, обеспечивая тем самым относительное перемещение и приток новой пропорции обрабатываемой среды. Достигнув места введения плоских струй в зону обработки, эти импульсы модулируют колебания каждой струи текучей среды, обеспечивая таким образом положительную обратную связь и незатухающие акустические колебания. Результатом является увеличение амплитуды возбужденных гармонических акустических колебаний в условиях резонанса с колебаниями гибких препятствий. Гибкие препятствия выполняют роль механических резонаторов и одновременно управляют процессами, протекающими в зоне обработки, в том числе генерирующими акустические колебания.

Таким образом с указанным возбуждением вертикальных колебаний каждого гибкого препятствия, например, с частотой f осуществляют разрыв каждой плоской струи, подаваемой на свободный конец соответствующего гибкого препятствия, и образуют в месте разрыва каждой струи множество завихрений текучей среды, имеющих избыточное давление в центральной части каждого завихрения. Результатом образования множества завихрений является переориентация движения потока и перемещение завихрений вдоль поверхности каждого гибкого препятствия под углом к потоку и в направлении, обратном движению потока. При этом образуется череда перепадов давления в текучей среде в виде возбужденных на плоскопараллельном участке потока гармонических акустических колебаний, сопровождающихся параметрическим резонансным увеличением амплитуды возбужденных колебаний с колебаниями каждого консольно закрепленного гибкого препятствия. Результатом указанного является образование расширенной по зоне обработки кавитационной области, воздействующей на ингредиенты текучей среды. Все ингредиенты текучей среды испытывают воздействия как кавитационной области, так и параметрических резонансных колебаний, возникающих согласно изобретению между двумя соседними препятствиями, иначе говоря, в условно обозначенной нами системе первое препятствие - текучая среда - второе препятствие, соседнее с первым препятствием, в системе второе препятствие - текучая среда - третье препятствие, соседнее со вторым препятствием, и так далее в соответствии с числом препятствий, имеющихся в зоне обработки.

Таким образом, благодаря заявляемым в настоящем изобретении условиям формирования струй текучей среды, достижения расчетной частоты f колебаний гибких препятствий, создания параметрических резонансных колебаний систем одно гибкое препятствие - текучая среда - другое гибкое препятствие, перемешивания текучей среды по всему объему зоны обработки и расширения кавитационной области стало возможно эффективно воздействовать на ингредиенты текучей среды и эффективно осуществлять, например, разрушение ассоциатов твердых и жидких частиц, повышать гомогенность среды, образовывать тонкодисперсные среды в условиях увеличенной скорости процессов диспергирования, суспендирования, эмульгирования.

После обработки текучую среду выводят из зоны обработки и направляют на дальнейшее использование.

В соответствии с изобретением целесообразно вывод обработанной текучей среды из зоны обработки осуществлять при давлении, значение которого отличается от давления, при котором поток текучей среды вводят в зону обработки, на 0,5-1,0 атм, при этом обеспечивается уменьшение гидравлических сопротивлений в зоне обработки.

Согласно изобретению возможно осуществлять увеличение амплитуды гармонических акустических колебаний, устанавливая резонансный режим путем изменения скорости введения в зону обработки потока, которая в наименьшем сечении потока составляет 8-50 м/с. Расширение потока и увеличение амплитуды гармонических акустических колебаний в условиях резонанса при скорости потока в его наименьшем сечении 8-50 м/с обеспечивает формирование устойчивой зоны гидродинамических пульсаций в объеме, что повышает эффективность обработки текучей среды, в том числе диспергирование, эмульгирование, суспендирование.

Для повышения эффективности обработки текучей среды в отношении качества обработки и производительности процесса обработки согласно изобретению возможно перед и/или после формирования потока текучей среды в виде плоской струи осуществлять воздействие на текучую среду электромагнитными импульсами, в том числе ультразвуковыми, сверхвысокочастотными, оптическими.

Как показали исследования, под действием акустических и ультразвуковых волн в текучей среде возникают избыточные давления и напряжения растяжения, измеряемые многими атмосферами, а также очень большие скорости, вследствие чего на границе раздела несмешивающихся жидкостей и на границах раздела между жидкими и твердыми телами имеют место особые явления, например, окисляющего и восстанавливающего действия, повышение образования и растворения коллоидных частиц.

Использование особых явлений, возникающих под действием акустических и ультразвуковых волн на границах раздела фаз, дает основание полагать, что звуковое и ультразвуковое воздействие на примеси в текучей среде, представляющей собой, например, нефтепромысловую сточную воду, позволит а) получить стойкую эмульсию и суспензию с размерами частиц примесей достаточно высокой степени дисперсности; б) повысить образование и растворение коллоидных частиц гидроокиси железа в присутствии ионов хлора, которые являются основной составной частью подавляющего большинства нефтепромысловых сточных вод нефтяных месторождений, а также коллоидных частиц, например, других металлов, серы; в) уменьшить вероятность образования осадка гидрата окиси железа (соответствующей закупорки им пористой среды) за счет восстановления ионов окисного (Fe⁺⁺⁺) железа в закисное (Fe⁺⁺); г) избежать окисляющего действия на примеси за счет содержания в воде СО₂; д) образовать защитный слой, предохраняющий металл насосного оборудования и трубопроводов от коррозии, за счет тиксотропных свойств ожижения коллоидных суспензий под действием ультразвука.

Таким образом, вышеназванные приемы заявляемого способа обеспечивают интенсивную турбулизацию текучей среды в зоне обработки, создают микро- и макропотоки среды, интенсивное акустическое поле и расширенную по зоне обработки кавитационную область, что позволяет высокопроизводительно осуществлять эффективное получение дисперсий различных типов, суспензий и эмульсий, например, типа мазут в воде, присадка в смазочном материале, присадка в жидком топливе.

Заявляемый способ целесообразно осуществлять в устройстве, содержащем корпус 1, функцию одной из торцевых стенок которого выполняет диафрагма 2, формирующая N входных сопел 3, где N равно по меньшей мере двум. Предлагаемое устройство может быть размещено, например, в трубопроводе, по которому перемещается текучая среда, требующая соответствующей обработки. Количество сопел зависит от диаметра трубопровода, то есть от диаметра потока, который должен быть обработан. Входные сопла 3 могут быть размещены в диафрагме 2 по ее диаметру или равномерно распределены по поперечному сечению диафрагмы 2, например, в шахматном порядке. Каждое из сопел 3 по длине выполнено из трех участков. Первый участок 4 имеет конически сходящуюся форму, переходящую во второй участок 5, выполненный цилиндрическим, который переходит в третий участок 6, выполненный щелевидным. Стенки диафрагмы 2 на третьем щелевидном участке 6 каждого сопла 3 выполнены параллельными между собой, а длина каждого щелевидного участка 6 в 2,5-3 раза больше ширины щелевидного среза каждого сопла 3.

В корпусе 1 напротив сопел 3 консольно закреплен пакет 7 параллельных упругих препятствий, имеющих вид плоскопараллельных пластин 8. Пакет 7 параллельных упругих препятствий содержит указанные пластины 8 в количестве, соответствующем количеству сопел 3, при этом каждая пластина 8 из указанного пакета 7 размещена напротив соответствующего сопла 3, а фронтальная кромка 9 каждой пластины 8 размещена с эксцентриситетом "е" относительно продольной оси а-а каждого сопла 3 и отстоит от выходного щелевидного торца 10 этого сопла 3 на расстояние от 1 до 5 мм. Экспериментально было выявлено, что расстояние от выходного щелевидного торца каждого сопла 3 до фронтальной кромки 9 соответствующей пластины 8, равное 1-5 мм, является оптимальным для возбуждения колебаний пластин 8 при соударении с текучей средой. Таким образом количество, расположение и ориентация пластин 8 должны соответствовать количеству и расположению сопел 3 на диафрагме 2, а также ориентации щелевидных срезов сопел 3. Каждая пластина 8 имеет толщину Н, больше или равную ширине В прямоугольного щелевидного среза каждого сопла 3, и ширину С, равную или меньше половине длины L этой пластины. Расстояние между каждой парой пластин 8 по существу равно расстоянию между крайней пластиной 8 и стенкой 11 корпуса 1.

Указанный пакет 7 плоскопараллельных пластин 8 может быть закреплен, например, посредством мембраны 12, расположенной в корпусе 1 напротив места расположения диафрагмы 2 с входными соплами 3. На указанной мембране 12 имеются выходные отверстия 14, предназначенные для вывода обработанной текучей среды из зоны обработки 13, и отверстия, в которых концы пластин закреплены, например, соединением по типу "конус по плоскости".

Как было указано выше, каждая пластина 8 на своем свободном конце имеет обращенную в сторону соответствующего сопла 3 острую фронтальную кромку 9, образованную двухсторонними скосами 15, 16, выполненными по толщине каждой пластины 8 и образующими между собой по существу прямой угол α, при этом длина одного из скосов 15 больше длины другого скоса 16.

Корпус 1 заявляемого устройства в основном выполнен из намагничиваемого материала, а упругие пластины 8 выполнены при этом из ненамагничиваемого материала.

Согласно изобретению в непосредственной близости снаружи корпуса 1 перед и/или после диафрагмы 2 по направлению движения потока текучей среды размещен генератор (не показан) электромагнитных импульсов, в том числе ультразвуковых, сверхвысокочастотных или оптических импульсов, или акустических колебаний.

Ниже приводится описание осуществления заявляемого способа с использованием заявляемого устройства на примере обработки нефтепромысловых сточных вод.

Поток нефтепромысловых сточных вод с помощью насоса подают по трубопроводу на диафрагму устройства для обработки неоднородной текучей среды, откуда поток направляют в три сопла и при этом разбивается на три струи. В каждом сопле струя сначала попадает в первый участок, имеющий конически сходящуюся форму, затем во второй участок, имеющий форму цилиндра, а затем в третий участок сопла, выполненный щелевидным. Таким образом на входе в зону обработки каждая струя имеет плоскопараллельную форму. В каждой сформированной указанным образом струе развивается продольная волна. При введении сформированной плоской струи в зону обработки устройства при давлении 12-15 атм скорость истечения нефтепромысловых сточных вод составляет, как правило, 15-30 м/с.

Возможно перед и/или после формирования потока текучей среды в виде плоской струи осуществлять воздействие на нефтепромысловые сточные воды электромагнитными импульсами, в том числе ультразвуковыми, сверхвысокочастотными, оптическими.

В зоне обработки каждая струя сталкивается с выполненной из ненамагничиваемого материала соответствующей упругой пластиной, установленной с эксцентриситетом относительно продольной оси сопла и отстоящей от выходного торца сопла на расстояние от 1 до 5 мм.

Столкновение каждой струи происходит со свободным концом соответствующей гибкой пластины, имеющим острую фронтальную кромку. Под действием струи в каждой гибкой пластине возбуждаются вертикальные колебания, частота которых значение Гц, где d - толщина пластины, см; l - длина пластины, см; Е - модуль Юнга, дин/см²; ρ - плотность материала пластины, г/см³.

При этом на обеих сторонах пластины возникают завихрения нефтепромысловых сточных вод, введенных в зону обработки в виде плоских струй.

Срывающиеся с поверхностей пластины завихрения нефтепромысловых сточных вод и собственные колебания гибких пластин возбуждают в среде нефтепромысловых сточных вод гармонические акустические колебания в виде периодических импульсов давления.

При этом происходит интенсивное перемешивание нефтепромысловых сточных вод во всем объеме зоны обработки. Достигнув места введения плоских струй в зону обработки, эти периодические импульсы давления модулируют колебания каждой струи нефтепромысловых сточных вод, обеспечивая таким образом положительную обратную связь и незатухающие акустические колебания. Результатом является увеличение амплитуды возбужденных гармонических акустических колебаний в условиях резонанса с колебаниями гибких пластин. Одновременно происходит параметрическое резонансное увеличение амплитуды возбужденных колебаний с колебаниями каждой консольно закрепленной гибкой пластины. Результатом указанного является образование расширенной по зоне обработки кавитационной области, воздействующей на ингредиенты нефтепромысловых сточных вод. Все ингредиенты нефтепромысловых сточных вод испытывают воздействия как кавитационной области, так и параметрических резонансных колебаний, возникающих между двумя соседними пластинами.

Обработанные нефтепромысловые сточные воды затем выводят из зоны обработки при давлении, значение которого отличается от давления, при котором поток нефтепромысловых сточных вод вводят в зону обработки, на 0,5-1,0 атм.

Под действием акустических и ультразвуковых волн в нефтепромысловой сточной воде возникают избыточные давления и напряжения растяжения, вследствие чего на границе раздела между жидкостью и частицами примесей имеют место особые явления, например, окисляющего и восстанавливающего действия, благодаря которым получают стойкую эмульсию и суспензию с размерами частиц примесей достаточно высокой степени дисперсности (например, 1,5; 2,0 мкм); повышают образование и растворение коллоидных частиц гидроокиси железа в присутствии ионов хлора, которые являются основной составной частью подавляющего большинства нефтепромысловых сточных вод нефтяных месторождений, а также коллоидных частиц, например, других металлов, серы; уменьшается вероятность образования осадка гидрата окиси железа (соответствующей закупорки им пористой среды) за счет восстановления ионов окисного (Fe⁺⁺⁺) железа в закисное (Fe⁺⁺); исключается окисляющее действие на примеси за счет содержания в воде СO₂; образуется защитный слой, предохраняющий металл насосного оборудования и трубопроводов от коррозии, за счет тиксотропных свойств ожижения коллоидных суспензий под действием ультразвука. Таким образом нефтепромысловые сточные воды, прошедшие обработку, заявляемую в настоящем изобретении, имеют сниженную в 2-3 раза коррозионную активность, растворы, получаемые на выходе из устройства, приближаются к коллоидным растворам, обеспечивают в 1,5 раза приемистость нагнетательных скважин, уменьшение количества отложений на стенках оборудования.

Как указывалось выше предлагаемый способ может быть использован для различных видов обработки текучих сред, содержащих как жидкие, так и твердые фазы, а также трудно смешиваемых жидкостей, например автомобильный бензин с присадками, масла для автомобилей с присадками, жидкие полимеры и тому подобное. Бензин, масла, прошедшие указанную обработку, приобретают следующие свойства: увеличивается срок сохранения качества, то есть присадки в условиях температурного воздействия не выпадают в осадок, повышается стабильность и срок сохранения качества, сокращается образование вредных продуктов сгорания и уменьшается их выброс в атмосферу.

Таким образом полученная с использованием предлагаемого способа и устройства текучая среда характеризуется равномерным распределением одного ингредиента в другом или высокой дисперсностью твердой фазы в жидкой, а также способностью полученных сред к продолжительной стабильности во времени, что позволяет хранить полученный целевой продукт длительное время без ухудшения его свойств.

Формула изобретения

1. Способ обработки неоднородной текучей среды, включающий формирование потока текучей среды в виде струи путем уменьшения его поперечного сечения, введение под действием избыточного давления сформированной струи в зону обработки, содержащую гибкое консольно закрепленное, размещенное напротив сформированной струи препятствие ее движению в виде пакета параллельных упругих пластин для осуществления столкновения струи с их свободными концами, возбуждение в текучей среде гармонических акустических колебаний с образованием кавитационной зоны, воздействующей на ингредиенты текучей среды, и вывод обработанной текучей среды из зоны обработки, отличающийся тем, что поток разбивают на N плоских струй, при формировании каждой из которых троекратно изменяют форму и площадь ее поперечного сечения так, что на входе в зону обработки каждая струя имеет плоскопараллельную форму с возбужденными в ней гидродинамическими пульсациями, при этом в зоне обработки каждую пластину препятствия размещают напротив каждой из сформированных струй для их столкновения с последующим формированием в каждой точке текучей среды параметрических резонансных колебаний, создания параметрических резонансных колебаний, систем одно гибкое препятствие - текучая среда - другое гибкое препятствие, одновременного увеличения амплитуды колебаний каждого гибкого препятствия в условиях резонанса с параметрическими резонансными колебаниями, что расширяет кавитационную зону на всю зону обработки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вывод обработанной текучей среды из зоны обработки осуществляют при давлении, значение которого отличается от давления, при котором поток текучей среды вводят в зону обработки, на 0,5-1,0 атм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед формированием потока текучей среды в виде N плоских струй осуществляют воздействие на текучую среду электромагнитными импульсами, в том числе ультразвуковыми, сверхвысокочастотными, оптическими.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после введения в зону обработки сформированных N плоских струй осуществляют воздействие на эти струи электромагнитными импульсами, в том числе ультразвуковыми, сверхвысокочастотными, оптическими.

5. Устройство для обработки неоднородной текучей среды, содержащее корпус, имеющий входное отверстие, диафрагму, формирующую входное сопло, и расположенный напротив него консольно закрепленный пакет упругих параллельных пластин, каждая из которых на своем свободном конце имеет обращенную в сторону сопла фронтальную кромку, отличающееся тем, что диафрагма имеет N сопел, каждое из которых по длине состоит из трех участков, первый из которых имеет конически сходящуюся форму, переходящую во второй участок, выполненный цилиндрическим, переходящим в третий участок, выполненный щелевидным, пакет параллельных упругих пластин включает их в количестве, равном количеству сопел, при этом каждая пластина размещена напротив соответствующего сопла, ее фронтальная кромка образована двусторонними скосами, выполненными по толщине каждой пластины и образующими по существу прямой угол, причем длина одного из скосов больше длины другого скоса, а фронтальная кромка каждой пластины размещена с эксцентриситетом относительно продольной оси сопла и отстоит от выходного торца этого сопла на расстояние от 1 до 5 мм.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что корпус выполнен из магнитного материала, а упругие пластины выполнены из немагнитного материала.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что каждая пластина имеет толщину, большую или равную ширине прямоугольного щелевидного среза каждого сопла, и ширину, равную или меньшую половины длины этой пластины и большую или равную длине прямоугольного щелевидного среза каждого сопла.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что расстояние между пластинами по существу равно расстоянию между крайней пластиной и стенкой корпуса.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что стенки диафрагмы на третьем щелевидном участке каждого сопла параллельны между собой, а длина каждого щелевидного участка в 2,5-3 раза больше ширины щелевидного среза каждого сопла.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что в непосредственной близости снаружи корпуса перед диафрагмой по направлению движения потока размещен генератор электромагнитных импульсов, в том числе ультразвуковых, сверхвысокочастотных или оптических импульсов, или акустических колебаний.

11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что в непосредственной близости снаружи корпуса после диафрагмы по направлению движения потока размещен генератор электромагнитных импульсов, в том числе ультразвуковых, сверхвысокочастотных или оптических импульсов, или акустических колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Наборщиков Иван Петрович

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): ЗАО "ИНОКАР"

Характер внесенных изменений (дополнений):
Срок действия продлен на 8 лет.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
29.04.2002 № 14356

Извещение опубликовано: 20.10.2006        БИ: 29/2006

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.04.2009

Дата публикации: 10.10.2011

---