Устройство для смешения

(51 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) НОЕ ИЕ ИЗОВИДЕТЕЛЬС ИСА ЕТЕ АВТОРС(54) УСТР (57) Испо могенных изобретен стия пост шагом ил рд - с пос ОИ СТВО ьзовэни и гетер ия: втр оянногоотверс тоянным ЛЯ СМЕ смешени енных ср бках выпо иаметра с я переме агом. 1 3 ШЕНИЯ е потоков гоед, Сущность лнены отверпеременным нного диаметп,ф-лы, 4 ил. е о вательс СССР М СССР ("ч. СР М Устройство коллектор 1, в труба 2, Внутри альные распред пол нен ными Радиальные ра соединены с ко Устройстводля нутри трубь елите в ни спред лле кто работ мешения содержит оторого размещена расположены радиные трубки 3 с выотверстиями 4, ительные трубки 3(56) Авторское свидетельств633574, кл, В 01 Г 5/00, 1975,Авторское свидетельств780868, кл. В 01 Е 5/06, 1977.Авторское свидетельств904755, кл, В 01 Р 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 смешенияи 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 виде с выполненными отверстиями - переменный диаметр. постоянный шаг - в радиальных распределительных трубках. ом 1.аВт следующим образом.По трубе 2 подают поток основного компонента. При обтекании потоком радиаль- Ь ных распределительных трубок 3 ОО происходит образование активных вихрей, К,) что обусловливает локальное повышение О турбулентности потока, Через входной штуцер коппектора 1 подают компонент дпк смешения, который, проходя через отвер ккаюВ 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 каж 1804898ской плотности, равной эталонной, Гидравлическое сопротивление до и после устройства для смешения замерялось г опоказаниям двух О-образных манометров.5 П р и м е р 2, Обоснование правомерности выбора радиальных распределительныхтрубок каплевидной формы с исполнениемотверстий перемен ного диаметра с постоянным шагом."0 Исследования проводились на лабораторной модельной установке, описанной впримере 1. Отверстия в радиальных распределительных трубках также выполнялись подвум вариантам: переменный диаметр с по 15 стоянным шагом; постоянный диаметр с постоянным шагом.По первому варианту: диаметр 2 5 мм,шаг 8 мм. По второму варианту - диаметр 2мм, шагом 5 мм. Диаметр отверстий возра 20 стал по мере приближения к центру потока.Все остальные параметры эксперимента, а также методы контроля длины зоныгомогенизации и величины гидравлическогосопротивления аналогичны. описанным впримере 1.Средние значения результатов эксперимента сведены в таблицу 2,ПримерЗ,Сравнение эффективности предлагае 30 мого устройства и прототипа,Для сравнения эффективности смешения предлагаемого изобретения и прототипа была поставлена серия экспериментовна лабораторной модельной установке с35 легкозаменяемым блоком смешения. Установка изготовлена из кварцевого стекла..Сравнивались условия протекания процессамассообмена в различных системах; системажидкость-жидкость-потоки хлорида железа40 (1 П) и роданида калия (Ж-Ж); система гаэ-гаэ -потоки оксида азота (1 Ч) и аммиака (Г-Г); система жидкость-газ-потоки серной кислоты иаммиака (Ж-Г), В рассмотренных системаходин из компонентов был подкрашен либо в 45 50 дога случая ставится конкретный эксперимент.Пример 1.Обоснование правомерности выборарадиальных распределительных трубок канлевидной формы в сечении с выполнениемв них отверстий постоянного диаметра спеременным шагом.Для обоснования правомерности выбора была изготовлена лабораторная модельнаяустановка с легкозаменяемым устройством длясмешения, Радиальные распределительныетрубки устройства в сечении имели: окружность, овал, эллипс и каплю. Эквивалентныедиаметры 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 ммПо второму варианту - диаметром 2 ммс шагом 3-8 мм, с уменьшением шага к центру потока, т.к. модельная установка представляла собой достаточно длинныйпрямолинейный отрезок трубопровода.Для исследования были взяты растворхлорида железа (111) и роданистого калия,Расход хлорида железа (111) - 2 л/мин; оптическая плотность, измеренная на ФЭКе ссиним светофильтром (длина волны 450-480нм)0,518; расход роданида калия - 0,5л/мин; оптическая плотность раствора роданида калия, подкрашенного метиловымкрасным, измеренная на ФЭКе с сине-зеленым светофильтром длина волны 490+500нм) - 0,326; температура потоков основноговещества и компонента на смешение -20 С. Исследование проводилось под атмосферным давлением,Средние значения результатов эксперимента сведены в таблицу 1,Предварительно в колбе. приготовлялсяраствор 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 различныхрасстояниях от устройства смещения отбирались пробы полученного состава - родэнистого железа (П). На ФЭКе с сине-зеленым 5светофильтром (длина волны 490+500 нм) определялась оптическая плотность проб.Длина зоны гомогениэации определяласькак расстояние от устройства для смешениядо 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) - 10 мм; отверстия в радиальных1804898 Таблицэ 1 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 нихСопоставляемые параметры 1 вари авиа Длина зоны гомогенизации, м гидравлическоесопротивление, Па 400 распределительных трубках выполнялись по двум вариантам: постоянный диаметр - 2 мм, переменный шэг - 3-8 мм; перемен. ный диаметр - 25 мм, постоянный шаг 8 мм, 5Прототип 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 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 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 ционные показатели имеет устройство для смешения, в котором радиальные распределительные трубки имеют сечение окружность. а отверстия в трубках выполнены постоянного диаметра с постоянным ша гом. Эксплуатационныесвойства возрастают(улучшаются) по мере изменения сечения радиальных распределительных трубок: овал - эллипс -ф 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 можноиспользовать 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, атакже 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 массо- обмена 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, от л и ч а ю ще 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 абли должен и цаЗ Сравнение зффективност сса массообмен Обоснование правомернной формы с выполненными ти выбора радиальных распределительных трубок каплевидих отверстиями переменного диаметра и постоянного шага длагаемом устройстве и прототи1804898 ректор Л,филь Редак оиз Заказ. 9ВН Составитель Т.РязаноТехред М. Моргентал Тираж. ПодписноеПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,