Результат интеллектуальной деятельности: Смесительная установка струйного типа с кольцевым соплом

Изобретение относится к устройствам для смешивания легкого сыпучего вещества и жидкости с большой разностью плотностей и может быть использовано в химической, нефтегазодобывающей, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, в которых необходимо проводить смешивание жидкости и легкого сыпучего вещества, причем в таких случаях, когда плотность жидкости многократно превышает плотность сыпучего вещества.

Таким образом, предлагаемая установка может найти применение в составе комплексов, предназначенных для ликвидации нефтяных разливов с поверхности воды с применением сорбентов. Для эффективной сорбции плавающей на поверхности воды нефти сорбент должен обладать плотностью ниже плотности воды. Так, например, насыпная плотность сорбента СТРГ (сорбент терморасщепленный графит), изготавливаемого по ТУ 2164-001-26461069-2003, составляет не более 12 кг/м³, что примерно в 85 раз меньше плотности водной среды. Однако распыление легкого дисперсного сорбента с такой низкой плотностью в сухом виде на практике приведет к его хаотичному уносу при малейшем движении воздуха и потере без достижения цели -нефтяного пятна. Смесительная установка обеспечивает ввод сорбента в поток жидкости для подачи в зону загрязнения в виде пульпы, образующейся при смешивании сорбента с водой.

Известна смесительная установка струйного типа (RU 2680079, опубл. 2019.02.14), содержащая приемную камеру с приемным патрубком для подачи дисперсного материала, рабочее сопло, расположенное перпендикулярно приемному патрубку, соединенному с герметичной емкостью с дисперсным материалом и подведенному к приемной камере снизу. Круглое сечение сопла известной установки приводит формированию компактной струи жидкости круглого сечения, которая проходя через легкий сыпучий материал, пробивает в нем канал соответствующего сечения, при этом слабо захватывает материал, поскольку площадь контакта струи и сорбента является недостаточной для эффективного захвата большого количества материала. Таким образом, при работе с легкими дисперсными материалами известная установка обнаруживает низкий коэффициент эжекции, что является ее существенным недостатком.

Известен гидроэжекторный смеситель для смешения порошкообразного материала и затворяющей жидкости (RU 2442686, опубл. 2012.02.20), содержащий приемную камеру, связанную конфузором с камерой смешения, снабженной сливным патрубком, рабочую насадку в виде цилиндрического сопла и всасывающий патрубок, размещенный сверху приемной камеры. При работе с дисперсным материалом, плотность которого меньше плотности жидкости (активной среды), происходит недостаточный захват упомянутого материала, поскольку сопло, выполненное с круглым выходным сечением, образует компактную струю соответствующего круглого сечения, которая, проходя через легкий сыпучий материал, слабо его захватывает, а просто пробивает в нем канал соответствующего сечения. Еще одной причиной недостаточно эффективного захвата большого количества материала струей жидкости является размещение приемного патрубка и сопла под значительным углом друг к другу и недостаточная площадь контакта струи и дисперсного сорбента. В итоге коэффициент эжекции известного смесителя при работе с дисперсными материалами, плотность которых ниже плотности жидкости, является недостаточно высоким.

Конструктивно наиболее близким к предлагаемому является выпускаемый компанией ООО "Укрнефтезапчасть" смеситель гидравлический СГ-150, обеспечивающий смешение порошкообразных материалов (барита, глинопорошка, цемента, химических реагентов и др.) с жидкостью в высокотурбулентном потоке, который предназначен для приготовления, обработки, утяжеления и предварительного диспергирования буровых растворов на водной основе и углеводородных эмульсий (обнаружено в Интернете 2019.11.17 по ссылке http://ukmz.com.ua/page.php?id=14). Известный смеситель, показанный на фиг. 1, содержит приемную камеру в виде воронки для подаваемого сверху сыпучего материала, размещенное под прямым углом к ней рабочее сопло с подведенным трубопроводом подачи рабочей жидкости, камеру смешения, снабженную сверху вертикальным патрубком, связанным через поворотную заслонку с приемной воронкой, а также диффузор - выходной участок смесителя.

Существенным недостатком известного смесителя является низкий коэффициент эжекции дисперсного материала с плотностью ниже плотности активной среды, недостаточно высокая однородность получаемой при этом пульпы, что обусловлено тем, что площадь контакта струи и дисперсного материала оказывается недостаточной для эффективного захвата его необходимого количества. Круглое выходное сечение сопла обеспечивает формирование компактной струи, которая проходя через легкий сыпучий материал, пробивает в нем канал соответствующего сечения, при этом мало его захватывает. Другой причиной малой площади контакта струи и дисперсного является горизонтальное размещение рабочего сопла и перпендикулярное по отношению к нему подающего патрубка.

Задачей изобретения является создание смесительной установки с высоким коэффициентом эжекции, обеспечивающей эффективное смешение дисперсного вещества и жидкости с большой разницей плотности.

Технический результат предлагаемого смесителя заключается в увеличении его коэффициента эжекции и повышении однородности получаемой пульпы за счет увеличения площади контакта струи рабочей жидкости и дисперсного материала и обеспечения его эффективного захвата потоком жидкости, а также в расширении его технологических возможностей.

Указанный технический результат достигается смесительной установкой струйного типа, содержащей приемную камеру для дисперсного материала, камеру смешения, связанную вертикальным подающим патрубком с приемной камерой, трубопровод для подачи рабочей жидкости, рабочее сопло и выходной участок, в которой, в отличие от известной, вертикальный подающий патрубок размещен на одной линии с соплом, при этом нижнюю часть этого патрубка охватывает снабженная штуцером для подачи рабочей жидкости кольцевая камера, которая выполнена в форме конфузора и образует со стенками упомянутого вертикального патрубка сопло с кольцеобразным сечением.

Предлагаемая смесительная установка струйного типа, схематично представленная на фиг. 2, содержит трубопровод 1 для подвода рабочей жидкости, кольцевую камеру 2, рабочее сопло 3, участок смешения 4, приемную камеру (бункер) 5 для дисперсного материала, вертикальный патрубок 6, связывающий приемный бункер 5 с участком смешения 4, выходной участок 7, конфузор 8.

Установка работает следующим образом.

Рабочая жидкость (активная среда) с рабочим давлением от 0,1 до 1,5 МПа по подводящему трубопроводу 1 подается в кольцевую камеру 2, откуда поступает к соплу 3 с кольцеобразным сечением. Вода через сопло 3 в виде кольцевой струи с высокой скоростью (от 5 до 30 м/с) попадает в участок смешения 4. Благодаря тому, что корпус кольцевой камеры 2 в своей нижней части выполнен в виде конфузора, выходящая водяная струя имеет форму конуса, сходящегося к оси потока сыплющегося из бункера 5 по вертикальному патрубку 6 дисперсного материала.

В месте сопряжения кольцевой камеры 2 и вертикального патрубка 6, связывающего бункер 5 для дисперсного материала с участком смешения 4, поступивший из бункера 5 дисперсный материал захватывается струей воды из кольцеобразного сопла 3 и уносится в участок смешения 4, где происходит его активное перемешивание с высокотурбулентным потоком жидкости. Поток жидкости из сопла 3 движется сходящимся конусом в одном направлении с поступающим сверху дисперсным материалом, который перемещается под действием гравитации и разрежения, возникающего в участке смешения 4. Полученная однородная смесь рабочей жидкости и дисперсного материала в виде пульпы с содержанием дисперсного материала от 10 до 40% по объему поступает в конфузор 8 и далее в выходной участок 7 смесительной установки. Подача жидкости из сопла 3 сходящимся конусом в одном направлении с поступающим дисперсным материалом улучшает степень перемешивания материала с жидкостью, делая получаемую пульпу более однородной.

Таким образом, благодаря форме струи с кольцеобразным сечением увеличивается площадь контакта рабочей жидкости (преимущественно воды) и дисперсного материала, что существенно улучшает не только коэффициент эжекции, но и степень перемешивания материала с водой, делая получаемую пульпу более однородной.