Статический смеситель

СОЮЗ СОВЕТСНИХсоцИАлистичеснихРЕСПУБЛИН зс 51), В 01 Р 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОсудАРстВенный номитет сссРпО делАм изОБРетений и ОтнРытий(54) (57) 1. СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ,преимущественно для смешивания водыс растворами реагентов, включающийкорпус с подводящим и отводящимтрубопроводами, в котором размещенсоединенный с реагентопроводом распределитель раствора реагента, выполненный в виде цилиндрическойкамеры с радиальными перфорированиыми патрубками, о т л и ча ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности смешения и сниженияэнергозатрат, распределитель дополнительно снабжен патрубком, размещенным внутри цилиндрической камерына ее торце по оси.,1075489 2. Смеситель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что свободные концы трубок распределителя выполнены открытыми.3. Смеситель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что отношения диаметра дополнительного патрубка и диаметра камеры к диаметру подводящего трубопровода составляют соответственно 0,16-0,20 и 0,25-б,30, а отношение суммарной площади отверстий и торцового сечения трубки к площади ее поперечного сечения составляет 1,4-1,5.4. Смеситель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что отношения длины трубок и расстояния между отверстиями на них к диаметру подводящего трубопровода составляют соответственно 0,25-0,30 и 0,05-0,08, при этом отверстия расположены по боковым образующим трубок. 1Изобретение относится к области водоподготовки и очистки сточных вод с использованием реагентов, а также химической технологии, в которой применяются статические смеси-. тели жидких сред.Известен статический смеситель для обработки воды реагентами, включающий корпус, реагентопровод с присоединенными к нему распределителем 1 О раствора реагента в виде цилиндрической камеры с радиальными перфорированными ответвлениями, свободные концы которых пропущены через стенки корпуса наружу, стабилизатор потока, 15 турбулизатор в виде механической мешалки. Стабилизатор потока уста" новлен в корпусе перед распределителем, а мешалка - после него. Свободные концы ответвлений во время рабо О ты известного статического смесителя перекрыты и используются для чистки ответвлений в случае их засорения 1 1,Недостатком известного статичес кого смесителя является низкая эф" фективность смешения, большие энергозатраты и малая надежность, Низкая 5, Смеситель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что распределитель раствора расположен внутри подводящего трубопровода на одной с ним оси.6. Смеситель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что распределитель раствора расположен в корпусе соосно с подводящим трубопроводом, при этом отношение расстояний между сечением выпускного отверстия трубопровода и распределителем к диаметру трубопровода составляет 0,1-0,3.7. Смеситель по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что распределитель раствора расположен в корпусе на одной оси с отводящим трубопроводом, при этом ртношение расстояния между сечением входного отверстия трубопровода и распределителем к диаметру трубопровода составляет 0.,1-0,3. 2эффективность смешения обусловлена неравномерным рассредоточением струй вытекающего из отверстий раствора, поскольку наличие установленного перед распределителем стабилизатора потока, выравнивающего профиль скоростей по его сечению, не отвечает условиям эффективного использования зоны максимальной турбулентности для быстрейшего распределения раствора, Большие энергозатраты связаны с необходимостью преодоления гидравлического сопротивления стабилизатора потока и подвода внешней энергии к мещаяке. Малая надежность обусловлена возможностью засорения отвер" стий перфорированных ответвлений. в связи с наличием нерастворимых примесей в растворах технических реагентов и регулярной чистки ответвлений через наружные концы.Известен статический смеситель для обработки воды рЪагентами, по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкий к предлагаемому, содержащий корпус с подводящим и отводящим трубопроводами, в котором размещен распределитель10754 3раствора реагента; выполненный ввиде цилиндрической камеры с радиальными перфорированными трубками, заглушенными на свободных концах,и турбулизатор потока, установленныйперед распределителем раствора. Отверстия на трубках расположены водин ряд со стороны, противоположной направлению движения потока,и симметрично относительно оси корпуса. Отношение расстояния от отверстий до стенки корпуса к его радиусу составляет 0,3-0,7, в связи счем площадь сечения той части потока,в которой происходит рассредоточениеструй раствора, составляет от 9до 493. Турбулизатор потока выполненв виде решетки Г 23.,В известном статическом смесителесмешение исходной воды с растворомреагента происходит за счет рассредоточения его по потоку отдельнымиструями и последующего перемешивания,причем суммарный расход раствора,вытекающего из отверстий, равен егообъему, проходящему через реагентопровод.Недостатком известного статического смесителя является низкая эффективность (56-887 за 1 с), боль 30шие энергозатраты (превыщающиенеобходимые более чем в 2,5 раза)и малая надежность. Зто обусловленонеравномерным распределением раствора в потоке обрабатываемой воды всвязи с тем, что более половины живого сечения потока находится запределами зоны рассредоточения струйраствора, а также, по той причине, чтоколичества раствора недостаточнодля обеспечения расчетной равномер 40ности истечения из всех отверстийнеобходимостью преодоления гидравлического сопротивления турбулизатора потока, опасностью образованияотложений в перфорированных ответ 41влениях, заглушенных со стороны свободных концов, а также засоренияотверстий из-за наличия твердых частиц в растворах технических реагентов, содержащих, как правило, неменее 1 Х нерастворимых примесей.Целью изобретения является повышение эффективности смешенияи снижение энергозатрат.Зто достигается тем, что в статическом смесителе, включающем корпус с подводящим и отводящим трубопроводами, в котором размещен сое 89 4 диненный с реагентопроводом распределитель раствора реагента, выполненный в виде цилиндрической камеры с радиальнымй перфорированными трубками, распределитель дополнительно снабжен патрубком, размещенным внутри цилиндрической камеры на,ее торце по оси, при этом свободные концы трубок выполнены открытыми,отношения диаметра дополнительного патрубка и диаметра камеры к диамет" ру подводящего трубопровода соответственно составляют 0,16-0,20 и 0,25-0;30, а отношение суммарной площади отверстий и торцевого сечения трубки к площади его поперечного сечения составляет 1,4-1,5.Кроме того,. отношения длины трубок н расстояния между отверстиями на них к диаметру подводящего трубопровода составляют соответственно 0,25-0,30 и 0,05-0,08, при этом отверстия расположены по боковым образующим трубок. Кроме того, распределитель раствора расположен внутри подводящего трубопровода на одной с ним оси, в корпусе, соосно с подводящим трубопроводом, при этом отношение расстояния между сечением выпускного отверстия трубопровода и распределителем к диаметру трубопровода составляет 0,1-0,3, в корпусе на одной оси с отводящим тру,бопроводом, при этом отношение расстояния между сечением входного отверстия трубопровода и распределителем к диаметру трубопровода составляет 0,1-0,3.На фиг. 1 представлен статический смеситель, продольный разрез, при горизонтальном расположении подводящего трубопровода и размещении в нем распределителя раствора, на фиг. 2 - то же, при вертикальном расположении подводящего трубопровода и размещении распределителя раствора в корпусе, на фиг. 3 - то же, при горизонтальном расположении отзодящего трубопровода и размещении распределителя раствора в корпусе, на фиг. 4 - сечение по А-А Фиг. 1, 2 и 3.Статический смеситель включает корпус 1, примыкающие к нему и имеющие одинаковый диаметр подводящий трубопровод 2 с выпускным отверстием 3 и отводящий трубопровод 4 с вход. ным отверстием 5, а также реагентопровод 6, снабженный приемным сосуПри отношениях диаметра патрубка 12 к диаметру подводящего трубопровода 2, равных 0,16-0,20, обеспечивается оптимальный размер циркуляционного расхода и в связи с этим наибольшая эффективность смешения. При отношении указанных диаметров, меньших 0,16 и больших 0,20, циркуляционный расход и эффективность смешения снижаются: в первом случае - за счет уменьшения площади сечения входного отверстия патрубка 12, во втором - за счет уменьшения разности гидродинамического давления иа входе в указанное, сечение и на выходе из трубок 11, а также эа счет сужения кольцевого зазора между патрубком 12 и стенками камеры 9. Сравнительные данные, свидетельствующие об оптимальности выбранных отношений, приведены в табл. 1.Ф Э 107548 дом 7 и соединенный с распределителем раствора реагента 8. Последний выполнен в виде цилиндрической камеры 9, имеющей торец 10 и радиаль" ные перфорированные трубки 11. На торце 10 соосно с камерой 9 установлен патрубок 12, открытый с обоих концом. Трубки 11 снабжены отверстиями 13, расположенными в два ряда по их боковым образующим равномерно по длине, и имеют на свободных концах открытый выход через отверстия 14, скошенные под углом 45 О. К двум парам взаимно перпендикулярных трубок 11 прикреплены пружинные полосовые распоры 15, обеспечивающие соосное расположение распределителя раствора 8 с подводящим трубопроводом 2, а также возможность его перемещения вдоль оси. 20Отношения диаметра патрубка 12 и диаметра камеры 9 к диаметру подводящего трубопровода 2 соответственно составляют 0,16-0,20 и 0,25- 0,30, а отношение суммарной площади .отверстий 13 и торцового сечения трубки 11 к площади ее поперечного сечения составляет 1,4-1,5.Отношения длины трубок 11 и расстояния между отверстиями 13 к диаметру подводящего трубопровода 2 соответственно составляют 0,25-0,35 и 0,05-0,08.Статический смеситель работает следующим образом,Раствор реагента подается в при 33 емный сосуд 7, из которого по реагентопроводу 6 самотеком поступает в распределитель раствора 8 и в камеру 9, где соединяется с частью40 потока воды, входящей в нее через патрубок 12.Самотечное поступление раствора реагента происходитс динамического уровня в реагентопроводе 6, который45 превышает уровень в корпусе 1 на сум- марную величину, определяемую восстановлением скоростного напора в по- токе воды, вошедшей через циркуляционный патрубок 12, и потерями напора по тракту движения от динамического уровня до выхода разбавленного раствора из.трубок 11, Поступление в камеру 9 части потока воды через циркуляционный патрубок 12 происходит за счет превышения гидроди намического давления в центральном ядре потока над давлением за его пре делами, т,е. в местах выхода разбав 9 6ленного раствора из трубок 11. Тракт движения через патрубок 12, камеру 9 и по трубкам 11 составляет внут.ренний циркуляционный контур., в котором происходит разбавление раствора, т.е, осуществляется предварительная стадия смещения с одновременным увеличением расхода смеси, что обеспечивает расчетную равномерность истечения из трубок 11. Окончательное смешение раствора реагента с обрабатываемой водой происходит в потоке за трубками 11 в результате турбулентного перемешивания.Благодаря соосному расположению камеры 9 и патрубка 12, а также симметричному размещению трубок 11 относительно оси распределителя раствора 8 обеспечивается равномерное разбавление и распределение раствора в кольцевом зазоре между камерой 9 и патрубком 12, а также между трубками 11.Наличие отверстий 14 на свободных концах трубок 11, в сочетании с увеличением расхода за счет циркуляции части потока, обеспечивает беспрепятственный и непрерывный вывод примесей твердых частиц, содержащихся в растворе, исключая тем самым возможность образования отклонений или засорения отверстий 13. Наличие скошенных под углом 454 отверстий 14 позволяет рассредоточить струи вытекающего через них разбавленного раствора на большем участке живого сечения потока.1075489 Таблица 1 Отношение диаметра цирк уляцио нного патрубка к диаметру подающего трубопровода Показатель 0 , 1 2 С , 2 0 0 , 24 0,75 0,48 0,95 0,65 84 100 . 100 94 При отношениях диаметра камеры 9 15 к диаметру подводящего трубопровода 2, меньших 0,25 (но не меньше 0,16, поскольку вэтом случае невозможно размещение в ней патрубка 12), снижается эффективность смешения за 20 счет уменьшения циркуляционного расхода в .результате сужения кольцевого зазора между камерой 9 и патрубком 12 и связанного с этим возрастания гидравлического сопротивления. 25 При отношениях больших 0,30 эффективность смешения понижается за счет сокращения площади рассредоточения струи по живому сечению потока. Например, при отношении 0,40 площадь ЗО рассредоточения струй сокращается до 84%, а эффективность смешения эа 1 с. - до 95% по сравнению с эффективностью 100%, достигаемой при значениях отношений, лежащих в интер-З вале 0,25-0,30.При отношениях суммарной площади Отверстий 13 и торцового сечения трубки 11 к площади его поперечного Таблица 2,Отношение суммарной площади отверстиии выходного сечения трубки к площадиее поперечного сечения Показатель1,5 1,3 1,4 1,6 3,3:1 4,0:1 Степень увеличениярасходов вдоль трубки 2,8:1 3,3:1 4,0:1 6,7:1 98 94 100 Циркуляцио н ный расход( в %) от общего потока Эффективность смешенияза 1 с, % Степень увеличенияплощади секторов,расположенных междутрубками, в радиальномнаправлениио Эффективность смешения эа 1 с, % сечения, составляющих 1,4-1,5, обес.печивается та степень равномерности распределения раствора по площади секторов, расположенных между трубками 11, которая соответствует степени увеличения этой площади в радиальном направлении, т,е. в направлении движения раствора в трубках 11. При отношениях указанных площадей,. меньших 1,4, степень увеличения расходов через отверстия 13 вдоль трубок 11 снижается, а при отношениях, больших 1,5, повьвается по сравнению с одной и той же степенью увеличения площади секторов в радиальном направлении. В обоих случаях возрастает несоответствие между указанными показателями, что ведет к снижению оьавномерности распреде" ления растворапо живому сечейию потока, и как следствие, к снижению эффективности смешения. Сравнительзные данные, подтверждающие оптимальность выбранных отношении, при-, ведены в табл. 2.наклонены под углом 30 ф к горизонтальной плоскости, что улучшает транспортирование твердых частиц к выходу через торцовые отверстия 14. При горизонтальном расположении оси распределителя раствора 8 трубки 11 размещены вертикально.Предлагаемый статический смеси- тель обладает высокой эффективностью смешения, обусловленной наличием дополнительного патрубка в распределителе раствора реагента, а также перфорированных трубок с оптимальным соотношением площади поперечного сечения и суммарной площади отверстий,из которых происходит истечениераствора, обеспечивающих его предварительное разбавление с одновременным увеличением расхода., а такжеравномерное распределение его в потошение достигается за 0,2-0,4 с.,что в 2,5-3 раза вышее, чем в известном статическом смесителе.Снижаются энергозатраты на смешение благодаря исключению турбулизирующнх устройств и предварительному разбавлению раствора без применения внешней энергии, Условные потери напора (при скорости потока 1 м/с) и соответствующие им затраты энергии на смешение в 2,5 раза меньше, чем в известном статическом смесителе. Свободные концы трубок распределителя выполнены открытыми, что в сочетании с увеличением расхода ва счет установки дополнительного патрубка исключает опасность образования отложений и засорения отверстий. Кроме того, возможно смешение воды с несколькими реагентами, смеси- тель прост по конструкции .благодаря исключению специального узла - турбулизатора, удобен в эксплуатации в связи с пРактически полным отсутствием простоев благодаря свободному размещению распределителя раствора, обеспечивающему возможность его быстрой замены. 107548 а 10.При отношении длины трубок 11 ишага отверстий 13 к диаметру подводящего трубопровода 2, соответственно равных 0,25-0,30 и 0,05-0,08,а также при расположении отверстий;13 по боковым образующим трубок 11обеспечивается оптимальное рассредоточение мест выхода разбавленного раствора по сечению потока. При отношениях, касающихся длины трубок 11,меньших 0,25, и отношениях, касающихся шага отверстий 13 больших0,08, а также при расположении отверстий 13 не по боковым образующим,снижается равномерность распределения разбавленного раствора за счет,уменьшения плотности рассредоточениямест его выхода в поток. При отношениях тех же величин к диаметруподводящего трубопровода 2 соответственно больших 0,30 и меньших 0,05 ке обрабатываемой воды, полное смеизлишне усложняется конструкция распределителя раствора 8 за счет увеличения его габаритов и числа отверстий 1325Предлагаемый статический смеситель может быть использован при смешении воды как с одним, так и с несколькими реагентами. В последнемслучае для каждого из них предусматривается самостоятельный реагентопровод 6 с приемным сосудом 7 ираспределителем раствора 8, которыеустанавливаются с соблюдением требуемой последовательности смешенияс каждым реагентощ, При этом возможны следующие варианты расположенияраспределителя раствора 8 (одногоили нескольких): внутри подводящеготрубопровода 2 на одной с ним оси,4 Ов корпусе 1, соосно сподводящимтрубопроводом 2, при этом отношениерасстояния между сечением его выпускного отверстия 3 и распределитслем раствора 8 составляет 0,1-0,3,45в корпусе 1, соосно с отводящим трубопроводом 4, причем отношение расстояния между его входным сечением5 и распределителем раствора 8 составляет 0,1-0,3.При вертикальном расположении осираспределителя раствора 8 трубки 11107 5489 а Составитель М.Федороедактор О.Филиппова Техред СМигунова тор А.Иль Зака дписно митета ССС открытииушская наб., д. 4/5 иал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,ПИИП по 1303