Проточно-кавітаційний змішувач

Проточно-кавітаційний змішувач, який містить конфузор, дифузор і проточну камеру з розміщеним на рухомій осі кавітатором, який відрізняється тим, що кавітатор виконано у вигляді лопаті крильчатки з спрямованою в бік конфузора гострою передньою кромкою, а на внутрішній поверхні проточної камери розміщено гвинтоподібну лопать аналогічного профілю Винахід належить до пристроїв для оброблення технологічних середовищ під дією фізикомеханічних ефектів, що супроводжують кавітацію Запропонований проточно-кавітаційний змішувач може бути використаний у харчовій, ХІМІЧНІЙ, нафтохімічній, целюлозно-паперовій та інших галузях промисловості, а також при очищенні природних і стічних вод Відомий апарат для диспергування, змішування та активації рідких середовищ, який містить проточну камеру з розміщеним на рухомій осі кавітатором [ А с 1119722 СССР, кл МКВ В01 17/04 Опубл 23 10 84 Бюл №39] Недоліком зазначеного пристрою є невисока ефективність і неможливість регулювання ударно-хвильової кавітаційної дії на середовище та обмежені технологічні можливості За прототип вибрано проточно-кавітаційний змішувач, який містить конфузор, дифузор і проточну камеру з розміщеним на рухомій осі кавітатором [ Пат 1399 України, кл МКВ В01 f5/00 Опубл 25 03 94 Бюл № 1 ] Недоліком зазначеного пристрою є обмежені технологічні можливості і відносна складність конструкції В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення проточно-кавітаційного змішувача, в якому, шляхом зміни його конструкції, розширюються технологічні можливості, а також забезпечується конструктивне спрощення Поставлена задача вирішується тим, що в проточно-кавітаційному змішувачі, який містить конфузор, дифузор і проточну камеру з розміщеним на рухомій осі кавітатором, ВІДПОВІДНО ,ДО винаходу, кавітатор виконано у вигляді лопаті крильчатки з спрямованою в бік конфузора гострою передньою кромкою, а на внутрішній поверхні проточної камери розміщено гвинтоподібну лопать аналогічного профілю В пристрої, що пропонується, оброблюване середовище крізь конфузор безперервно надходить у проточну камеру і натікає на кавітатор, виконаний у вигляді лопаті крильчатки з спрямованою в бік конфузора гострою передньою кромкою, і гвинтоподібну лопать аналогічного профілю на внутрішній поверхні проточної камери Внаслідок цього за кавітатором утворюється приєднана кавітаційна каверна Технологічний потік відриває каверну, переміщує її в зону підвищеного тиску, де вона розпадається, утворюючи скупчення кавітаційних бульбашок (кавітаційне поле) Крім того, приєднані кавітаційні каверни генеруються за гвинтоподібною лопаттю, а кавітаційні бульбашки, які виникають внаслідок їх розпаду, додатково насичують технологічний потік в усьому об'ємі проточної камери Відомо, ЩО захлопування бульбашок спричиняє не тільки інтенсивний механічний вплив на компоненти потоку, а також дію на останні інших факторів, що супроводжують їх колапс (автоколивання, вібротурбулізація тощо) Внаслідок цього компоненти технологічного потоку змішуються, утворюють дрібнодисперсні емульсії та суспензії, зазнають ХІМІЧНИХ перетворень завдяки ініціюванню ХІМІЧНИХ реакцій тощо Ударно-хвильова активність кавітаційного поля визначається формою кавітації і ступенем и розвитку, що, в основному, залежить від швидкості потоку В запропонованій конструкції потік, який натікає на кавітатор, закручується, турбулізується, що сприяє постійному оновленню поверхні розподілу фаз і прискоренню реакцій масообміну Крім того, в зонах підвищеної турбулізації потоку вини о> 44179 кає вихрова кавітація, яка є додатковим фактором дії на середовище в зоні підвищеного тиску Осьове переміщення кавітатора, що забезпечується конструкцією проточно-кавітаційного змішувача, дозволяє регулювати відстань між боковими поверхнями лопатей на кавітаторі і внутрішній поверхні проточної камери, тобто ширину гвинтового канала між ними, утвореного взаємним розміщенням лопатей Такі конструктивні особливості дозволяють регулювати швидкість потоку в МІСЦІ розміщення кавітатора, частоту виникнення кавітаційних каверн і швидкість їх розпаду, отже впливати на ударно-хвильову активність кавітаційного поля і ефективність оброблення потоку середовища Крім того, закручування потоку сприяє перерозподілу дисперсної фази по перерізу проточної камери, внаслідок чого більш подрібнені компоненти будуть концентруватись в осьовій частині проточної камери, а відносно крупні під дією відцентрових сил будуть знаходитись переважно біля її стінок Такі умови дозволяють добирати найбільш оптимальні умови оброблення конкретного середовища, регулюючи співвідношення його компонентів, що сприяє розширенню технологічних можливостей проточно-кавітаційного змішувача Водночас, належний результат досягається при спрощеній конструкції П КЗ порівняно з пристроємпрототипом Пристрій може працювати в циркуляційному контурі, або за проточною схемою Технічна сутність і принцип роботи проточнокавітаційного змішувача пояснюється кресленням, на якому зображено повздовжній переріз пристрою Проточно-кавітаційний змішувач містить конфузор 1, проточну камеру 2 і дифузор 3 На осі 4, встановленій з можливістю переміщення в проточній камері 2, закріплено кавітатор 5 у вигляді лопаті крильчатки Гостру лопать крильчатки кавітатора 5 спрямовано в бік конфузора 1 На внутрішній поверхні проточної камери 2 розміщено гвинтоподібну лопать 6, профіль якої аналогічний профілю лопаті кавітатора 5 Між лопаттю кавітатора 5 і лопаттю 6 утворюється гвинтоподібний канал 7, ширина якого регулюється осьовим переміщенням кавітатора 5 Проточно-кавітаційний змішувач працює таким чином В запропонованому проточно-кавітаційному змішувачі оброблюване середовище крізь конфузор 1 надходить у проточну камеру 2, в якій натікає на кавітатор 5, виконаний у вигляді лопаті крильчатки з спрямованою в бік конфузора 1 гострою передньою кромкою, а також гвинтоподібну лопать 6 аналогічного профілю на внутрішній поверхні 4 проточної камери 2 За кавітатором 5 утворюється приєднана кавітаційна каверна Технологічний потік відриває каверну, переміщує її в зону підвищеного тиску, де вона розпадається, утворюючи кавітаційне поле Крім того, приєднані кавітаційні каверни генеруються і за гвинтоподібною лопаттю 6, а кавітаційні бульбашки, яки виникають внаслідок їх руйнування, додатково насичують технологічний потік в усьому об'ємі проточної камери 2 Захлопування бульбашок спричиняє не тільки інтенсивний механічний вплив на компоненти потоку, а також дію на останні інших факторів, що супроводжують їх колапс (автоколивання, вібротурбулізація тощо) Внаслідок цього компоненти технологічного потоку зазнають різноманітних перетворень Ударно-хвильова (ерозійна) активність кавітаційного поля визначається формою кавітації і ступенем її розвитку, що, в основному, залежить від швидкості потоку В запропонованій конструкції потік, який натікає на кавітатор 5, закручується, турбулізується, що сприяє постійному оновленню поверхні розподілу фаз і прискоренню реакцій масообміну Крім того, в зонах підвищеної турбулізації потоку виникає вихрова кавітація, що є додатковим фактором дії на середовище в зоні підвищеного тиску Осьове переміщення кавітатора 5, яке забезпечується конструкцією проточнокавітаційного змішувача, дозволяє регулювати відстань між боковими поверхнями лопатей на кавітаторі 5 і внутрішній поверхні проточної камери 2, тобто ширину гвинтового канала 7 між ними, утвореного взаємним розміщенням лопатей Такі конструктивні особливості дозволяють' регулювати швидкість потоку в МІСЦІ розміщення кавітатора, частоту виникнення кавітаційних каверн, швидкість їх розпаду і, таким чином, - впливати на ударнохвильову активність кавітаційного поля і ефективність дії на потік середовища Крім того, закручування потоку сприяє перерозподілу дисперсної фази по перерізу проточної камери 2 більш подрібнені компоненти будуть концентруватись в осьовій частині проточної камери 2, а відносно крупні під дією відцентрових сил будуть переважно знаходитись біля її стінок Такі умови дозволяють добирати найбільш оптимальні умови оброблення конкретного середовища, регулюючи співвідношення його компонентів, що сприяє розширенню технологічних можливостей проточнокавітаційного змішувача Водночас, належний технологічний результат досягається при спрощеній конструкції ПКЗ порівняно з пристроємпрототипом 44179 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90