Гідродинамічний кавітаційний змішувач

Винахід відноситься до пристроїв для проведення масообмінних процесів за допомогою гідродинамічної кавітації і може бути використаний в багатьох галузях промисловості, наприклад, хімічній, нафтохімічній, харчовій. Відомий гідродинамічний кавітаційний реактор, який містить проточну камеру з встановленим в ній перепоною-кавітатором з центральним каналом (А.с. СРСР №1125041, кл. B01J19/00, опубл. 23.11.84, Бюл. №43). Недоліком зазначеного пристрою є відносно невисока інтенсивність кавітаційного впливу на середовище і обмежені технологічні можливості. За прототип вибрано кавітаційний змішувач, який містить проточну камеру з встановленим в ній перепоною-кавітатором з центральним каналом, який з'єднано з джерелом стисненого повітря (А.с. СССР №1197714, кл. B01F5/00, опубл. 16.12.85, Бюл. №46). Недоліком зазначеного пристрою є відносно невисокий вплив на середовище через недостатньо розвинену поверхню масообміну, а також обмежені технологічні можливості, які обумовлені підводом в кавітаційну каверну лише стисненого повітря. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення гідродинамічного кавітаційного змішувача, в якому, шляхом зміни його конструкції, підвищується кавітаційний вплив на оброблюване середовище за рахунок суттєвого збільшення поверхні масообміну, а також забезпечується розширення його технологічних можливостей. Поставлена задача вирішується тим, що в гідродинамічному кавітаційному змішувачі, який містить проточну камеру з встановленим в ній перепоною-кавітатором з центральним каналом, відповідно до винаходу, кавітатор суміщено з розташованим за ним співвісно патрубками з утворенням між ними порожнини, поєднаної з джерелом рідкого або газоподібного компонента, причому, внутрішній з патрубків сполучено з центральним каналом кавітатора, а переріз зовнішнього патрубка менший перерізу кавітатора, і довжина патрубків не перевищує довжини кавітаційної каверни, яка утворюється за кавітатором. Можливе також виконання зовнішнього, або внутрішнього патрубків, або зовнішнього і внутрішнього патрубків перфорованими, а також з'єднання порожнини між патрубками і центральним каналом кавітатора. В винаході, що пропонується, потік оброблюваного середовища надходить в проточну камеру і натікає на кавітатор, який розміщено в останній. При обтіканні кавітатора частиною потоку за ним утворюється приєднана кавітаційна каверна, в яку через порожнину між розташованими співвісно за кавітатором патрубками подається рідкий або газоподібний компонент. Таким чином за кавітатором утворюється бульбашкове кавітаційне поле з розвиненою міжфазною поверхнею. При схлопуванні кавітаційних бульбашок, якими насичується оброблюваний потік, спричиняється ефективна перемішуюча і диспергуюча дія на всі компоненти потоку. Частина потоку надходить в кавітаційну каверну через центральний канал кавітатора і з'єднану з ним порожнину внутрішнього патрубка. Це інтенсифікує процес обробки за рахунок додаткового надходження технологічного потоку безпосередньо в кавітаційну каверну, що не тільки збільшує частоту відриву кавітаційної каверни, чим підвищується енергетичний потенціал кавітаційного поля, але й сприяє утворенню більш розвиненої міжфазної поверхні. Рідкий, або газоподібний компонент, що подається в кавітаційну каверну, заповнює її, сприяє прискореному відриву і розпаду її ефективно перерозподіляючись при цьому. В той же час, через центральний канал кавітатора і внутрішній патрубок в кавітаційну каверну також одночасно подається оброблюване середовище. Воно переміщується з рідким або газоподібним компонентом вже в кавітаційній каверні, при цьому процес перемішування інтенсифікується в бульбашковому кавітаційному полі. Саме такий сукупний вплив на оброблюване середовище дозволяє максимально використати кінетичну енергію потоку. Виконання зовнішнього патрубка перфорованим дозволяє розсередити потік середовища і більш рівномірно розподілити рідкий або газоподібний компонент по перерізу кавітаційної каверни і, отже, - по об'єму проточної камери, що сприяє підвищенню диспергуючої дії кавітаційної обробки. З аналогічною метою можливе виконання перфорованим внутрішнього патрубка, або одночасно перфорованими внутрішнього і зовнішнього патрубків, причому, порожнина між патрубками може бути з'єднана з центральним каналом кавітатора. Технічна сутність і принцип роботи гідродинамічного кавітаційного змішувача пояснюється кресленнями, де зображено: на фіг.1 - поздовжній переріз змішувача; на фіг.2 - переріз А - А на фіг.1. Гідродинамічний кавітаційний змішувач містить проточну камеру 1, в який встановлено кавітатор 2 з центральним каналом 3. За кавітатором 2 співвісно розміщено патрубки 4 і 5, з утворенням між ними порожнини 6, яка з'єднана з джерелом рідкого або газоподібного компонента 7. Переріз зовнішнього патрубка 4 менший перерізу кавітатора 2. Причому, довжина патрубків 4, 5 не перевищує довжини кавітаційної каверни, яка утворюється за кавітатором при роботі змішувача. Порожнина внутрішнього патрубка 5 сполучена з центральним каналом 3 кавітатора 2. Патрубок 4, або патрубок 5, або обидва патрубки 4, 5 можуть бути перфорованими, а порожнина 6 між патрубками 4, 5 може бути з'єднана з центральним каналом 3 кавітатора 2. Гідродинамічний кавітаційний змішувач працює таким чином. Потік оброблюваного середовища надходить в проточну камеру 1 і натікає на кавітатор 2. При обтіканні кавітатора 2 частиною потоку середовища за ним утворюється приєднана кавітаційна каверна. В кавітаційну каверну через порожнину 6 між співвісно розташованими за кавітатором 2 патрубками 4, 5 подається рідкий або газоподібний компонент з джерела 7. Таким чином за кавітатором 2 утворюється бульбашкове кавітаційне полез розвиненою міжфазною поверхнею. При схлопуванні кавітаційних бульбашок, якими інтенсивно насичується оброблюваний потік, спричиняється ефективна перемішуюча і диспергуюча дія на всі компоненти технологічного потоку. Решта середовища надходить в кавітаційну каверну через центральний канал 3 кавітатора 2 і з'єднану з ним порожнину внутрішнього патрубка 5. Це дозволяє інтенсифікувати процес кавітаційної обробки за рахунок надходження частини технологічного потоку середовища безпосередньо в кавітаційну каверну, що не тільки збільшує частоту відриву кавітаційної каверни, чим підвищується енергетичний потенціал утвореного кавітаційного поля, але й сприяє утворенню більш розвиненої міжфазної поверхні. Рідкий або газоподібний компонент, який подається в кавітаційну каверну через порожнину 6 між патрубками 4, 5, заповнює її, сприяє її прискореному відриву і розпаду і ефективно перерозподіляється при цьому. В той же час, через центральний. канал 3 кавітатора 2 і внутрішній патрубок 5 в каверну також надходить і частина оброблюваного середовища. Технологічний потік перемішується з рідким або газоподібним компонентом вже в кавітаційній каверні. При цьому процес перемішування і диспергування прискорюється і інтенсифікується в бульбашковому кавітаційному полі, що локалізується в проточній камері 1 змішувача. Саме такий сукупний вплив на оброблюване середовище дозволяє максимально використати енергію технологічного потоку. Виконання зовнішнього патрубка 4 перфорованим дозволяє розсередити і більш рівномірно розподіляти рідкий або газоподібний, компонент по всьому перерізу кавітаційної каверни 1, отже, - по об'єму проточної камери 1. Це теж сприяє підвищенню ефективності кавітаційної обробки і розширює технологічні можливості апарата. З аналогічною метою можливе виконання перфорованим внутрішнього патрубка 5, або перфорованими патрубків 4, 5, причому, порожнина 6 між патрубками 4, 5 може бути з'єднана з центральним каналом 3 кавітатора 2. Використання запропонованого гідродинамічного кавітаційного змішувача для проведення масообмінних процесів за допомогою гідродинамічної кавітації в хімічній, нафтохімічній, харчовій, інших галузях промисловості дозволяє ефективно одержувати необхідний технологічний результат.