Кавітаційний апарат

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и гомогенизации жидких, паро- и газообразных многокомпонентных систем и может быть использовано в химической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Широкое использование в настоящее время получили кавитационные смесители с неподвижными кавитирующими телами. Так, известен кавитационный смеситель (А.с. СССР №116201, кл. B01F5/04, заявл. 10.02.58), содержащий корпус с расположенным вдоль его продольной оси стержнем с коническими кавитаторами, имеющими в уширенной части поднутренную проточку. Данный смеситель отличается простотой конструкции и достаточной надежностью работы. Однако качество смешения компонентов смеси определяется количеством ступеней смесителя, что в конечном счете ведет к увеличению материало- и энергоемкости последнего. При этом рядом расположенные кавитаторы практически не оказывают взаимного воздействия на обрабатываемую среду, что снижает эффективность смешения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является кавитационный аппарат (А.с. СССР №1353858, кл. D21B1/36, опубл. 23.11.87), содержащий цилиндрический корпус с расположенным вдоль его продольной оси стержнем с кавитаторами, имеющими сквозные отверстия. Обладающий достаточной эффективностью данный смеситель имеет ряд недостатков. Так, и в рассмотренном аналоге кавитаторы практически не оказывают взаимного влияния на процесс обработки среды, что позволяет повысить качество смешения. Кроме того, указанная конструкция имеет достаточно высокое гидравлическое сопротивление, а значит повышенную энергоемкость. Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции кавитационного аппарата для смешения жидких, паро- и газообразных сред, в котором кавитаторы, установленные в полом корпусе, в процессе работы создавали бы взаимно влияющие кавитационные каверны, работающие в режиме резонанса. Техническим результатом изобретения является снижение гидравлического сопротивления аппарата, а значит - его энергоемкости. Поставленная задача достигается тем, что в кавитационном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с расположенным вдоль его продольной оси стержнем с кавитаторами, имеющими сквозные отверстия, согласно настоящему техническому решению, наибольший размер проекции первого кавитатора на плоскость, перпендикулярную продольной оси корпуса, равен 0,6 - 0,8 внутреннего диаметра последнего, указанный размер каждого последующего кавитатора составляет 0,9 - 0,95 предыдущего, живое сечение сквозных отверстий каждого кавитатора равно 0,2 - 0,25 площади его проекции на указанную плоскость, при этом диаметр сквозных отверстий составляет 0,1 - 0,15 наибольшего размера проекции соответствующего кавитатора на указанную плоскость, а расстояние между рядом расположенными кавитаторами составляет 1 - 2 внутреннего диаметра корпуса аппарата. Отличительными признаками изобретения являются: обеспечение наибольшего размера проекции первого кавитатора на плоскость, перпендикулярную продольной оси корпуса, равным 0,6 - 0,8 внутреннего диаметра последнего; выполнение указанного размера каждого последующего кавитатора равным 0,9 - 0,95 предыдущего; обеспечение живого сечения сквозных сечений каждого кавитатора равным 0,2 - 0,25 площади его проекции на указанную плоскость; выполнение сквозных отверстий диаметром 0,1 - 0,15 наибольшего размера проекции соответствующего кавитатора на указанную плоскость, а также выполнение расстояния между рядом расположенными кавитаторами равным 1 - 2 внутреннего диаметра корпуса аппарата. Как показали многочисленные эксперименты, выполнение кавитационного аппарата с отмеченными отличительными признаками позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление последнего. При этом диапазоны изменения указанных геометрических параметров аппарата являются оптимальными. В патентной и технической литературе не имеется данных об использовании кавитационного аппарата с данными отличительными признаками с целью решения поставленной задачи изобретения. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - кавитационный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 - продольный разрез корпуса аппарата, вариант; на фиг.3 и 4 - разрез А - А на фиг.1, варианты. Кавитационный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 (фиг.1), к которому могут быть подсоединены цилиндрические (фиг.1) либо конические (фиг.2) штуцера 2 и 3 подвода обрабатываемой среды и отвода обработанной среды соответственно. Вдоль продольной оси корпуса 1 на стойках (фиг.1) при распорках 5 (фиг.2) установлен стержень 6 с кавитаторами 7 - 9, которые могут быть выполнены в виде конусов, полусфер, многогранников (например, пирамид), крыльчаток и т.д. В кавитаторах 7 - 9 выполнены сквозные отверстия 10. Наибольший размер с проекции первого кавитатора 7 на плоскость 11, перпендикулярную продольной оси корпуса 1, равен 0,6 - 0,8 внутреннего диаметра последнего. Указанный размер последующего кавитатора 8 составляет 0,9 - 0,95 соответствующего размера предыдущего кавитатора 7, а кавитатора 9 - 0,9 - 0,95 указанного размера кавитатора 8 и т.д. Живое сечение сквозных отверстий 10 каждого кавитатора равно 0,2 0,25 площади его проекции на указанную плоскость 11. Диаметр отверстий 10 составляет 0,1 - 0,15 размера соответствующего кавитатора, а расстояние i между рядом расположенными кавитаторами составляет 1 - 2 диаметра корпуса 1. Кавитационный аппарат работает следующим образом. Поток среды, подлежащей обработке, через штуцер 2 подается в полость корпуса 1, образованную внутренней поверхностью последнего и стержнем 6. Использование конических патрубков штуцеров 2 и 3 позволяет повысить эффективность обработки среды за счет значительного повышения ее скорости о рабочей зоне. При прохождении потоком кавитатора 7 (как и других кавитаторов 8 и 9) за ним образуется кавитационная каверна Кавитационные струи, истекающие из отверстий 10, развивают общую каверну, генерируя при этом дополнительное количество активных микропузырьков, что в конечном счете интенсифицирует процесс смешения обрабатываемой среды. При выполнении элементов и параметров аппарата упомянутых размеров образующаяся в процессе работы каждая каверна колеблется в режиме резонанса с последующей каверной, что при данной степени гомогенизации и диспергирования значительно (в 1,5 - 2) раза снижает гидравлическое сопротивление аппарата, а значит и мощность, потребляемую насосом либо вентилятором. Либо при том же энергопотреблении, что и у аппарата-прототипа, повышается степень гомогенизации и диспергирования потока, в конечном счете - и качество обрабатываемой среды, удаляемой из аппарата через штуцер 3. Предлагаемый аппарат, несложный в изготовлении и эксплуатации, позволит снизить энергоемкость процесса обработки текучих сред при сохранении степени гомогенизации и диспергирования обрабатываемой среды, либо при сохранении удельных энергетических затрат значительно повысит качество приготовляемых эмульсий, суспензий и др. текущих гетерогенных систем.