Проточно-кавітаційний змішувач

Изобретение относится к устройствам для обработки жидких сред, например, эмульсий, суспензий в гидродинамическом навигационном поле и может быть использовано в химической, нефтехимической, целлюлознобумажной, пищевой и других отраслях промышленности. Известен навигационный аппарат, содержащий конфузор, диффузор и проточную камеру с соосно установленным в ней с помощью механизма осевого перемещения кавитатором, выполненным в виде усеченного конуса [1]. Недостатком указанного устройства является то, что его конструктивные особенности не позволяют обрабатывать среды с различными свойствами и регулировать режимы кавитационной обработки. Поэтому такой аппарат имеет узкие технологические возможности. В качестве прототипа выбран кавитационный смеситель, содержащий конфузор, диффузор и проточную камеру с соосно установленным в ней кавитатором, выполненным в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием в сторону входной части камеры [2]. Недостатком конструкции прототипа являются невысокие технологические возможности смесителя из-за ограниченного диапазона регулирования режимов кавитационной обработки. Конструкция смесителя не позволяет настраивать его на режимы эффективного воздействия на различные среды. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования кавитационного смесителя путем увеличения диапазона регулирования режимов его работы, за счёт чего росширяются технологическое возможности смесителя. Поставленная задача решается тем. что в проточно-кавитационном смесителе, содержащем конфузор. диффузор и проточную камеру с соосно установленными в ней с помощью механизма перемещения кавитатором, выполненным в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием в сторону входной части камеры, согласно изобретению, кавитатор выполнен составным из отдельных полых конусообразных или сферических элементов, каждый из которых размещен внутри предыдущего по ходу потока элемента и снабжен индивидуальным механизмом осевого перемещения. В предлагаемом изобретении поток обрабатываемой среды через конфузор поступает в проточную камеру, поджимается и натекает на размещенный в ней кавитатор, При его обтекании потоком, на кавитаторе генерируются пульсирующие перемещающиеся кавитационные каверны. Уносимые в зону повышенного давления, каверны распадаются с образованием поля кавитационных микропузырьков. Высокие локальные давления (до 1000 МПа), возникающие при схлопывании кавитационных пузырьков, обуславливают эффективное диспергирующее и перемешивающее воздействие на продукт, Для обработки различных сред в зависимости от вида технологического процесса требуется различное энергетическое воздействие на них. Для дробления и измельчения. например, волокнистого сырья, требуется интенсивное, "жесткое" воздействие. Меньшее энергетическое воздействие требуется для смешения, растворения, гомогенизации, например, активации технологических сред в том случае, когда излишнее энергетическое воздействие может вызвать нежелательные явления. Параметрами, определяющими интенсивность энергетического воздействия кавитационной обработки на технологические среды, являются стадия кавитации и кратность обработки. Регулируя каждый из этих параметров, можно настраивать проточно-кавитационный смеситель на различный уровень энергетического воздействия. В известных в настоящее время кавитационных смесителях регулирование осуществляется только по одному параметру - стадии кавитации путем изменения давления за кавитатором. Однако, такое регулирование неэффективно, т. к. не удается достичь независимой настройки каждой ступени на работу с заданной стадией кавитации. Например, повышение давления за кавитациоиным смесителем для получения оптимальной стадии кавитации на последней ступени кавитаторов может привести к тому, что на первой ступени кавитация будет вообще отсутствовать. Она гасится дополнительным подпором, создаваемым последующими по ходу потока среды ступенями кавитаторов. Настройка же первой ступени на работу с оптимальной стадией кавитации путем снижения давления за смесителем. приведет к тому, что на последующи х по ходу потока среды ступенях будет реализовываться суперкавитационное течение. Кроме того, все известные кавитацион-ные смесители имеют заложенное конструктивно постоянное число ступеней кавитаторов. и изменить его без переделки самого смесителя - невозможно. Поэтому все аппараты лишены возможности регулирования интенсивности энергетического воздействия на технологические среды путем изменения кратности их обработки в смесителе. Все эти факторы существенно ограничивают технологические возможности известных устройств, но устраняются в заявляемом проточно-кавитационном смесителе. При этом. расширение его технологических возможностей за счет увеличения диапазона регулирования режимов его работы, обуславливается осевым перемещением полых конусообразных или сферических составных элементов кавитатора, каждый из которых размещен внутри предыдущего по ходу потока элемента и снабжен индивидуальным механизмом осевого перемещения. При этом возможно настраивать любую из ступеней кавитаторов на необходимую стадию кавитации, создавая подпор перемещением каждого последующего по ходу потока элемента кавитатора, работающего как самостоятельная ступень, или, напротив, снижая его. Взаимное перемещение составных элементов кавитатора позволяет также создать необходимое число ступеней кавитацион-ного воздействия на продукт. Таким образом, совместное воздействие эффектов, обусловленных конструктивными особенностями и расположением составных элементов кавитатора. позволяет расширить технологические возможности смесителя, регулируя интенсивность кавитационного воздействия на продукт в широком диапазоне, и подбирать оптимальный режим его работы с учетом особенностей технологического процесса. Техническая сущность и принцип действия проточно-кавитационного смесителя поясняется чертежом, где изображены: на фиг. 1, фиг. 2 продольный разрез проточно-кавитационного смесителя (варианты); на фиг. 3 - вариант выполнения кавитатора в виде сферических элементов. Проточно-кавитационный смеситель состоит из конфузора 1, сообщающегося с проточной камерой 2, с установленным в ней составным кавитатором из отдельных полых конусообразных (фиг. 1. 2) или сферических элементов (фиг. 3), например, 3,4,5. Каждый из элементов размещен внутри предыдущего по ходу потока, например, 3 в 4, 4 в 5, и снабжен индивидуальным механизмом осевого перемещения, например, 6, 7, 8. Обработанная среда через диффузор 9 и патрубок 10 выводится из смесителя. Для подачи среды на обработку служит патрубок 11. Проточно-кавитационный смеситель работает следующим образом. Обрабатываемая среда через патрубок 11 и конфузор 1 поступает в проточную камеру 2 и натекает на размещенный в ней кавитатор. При обтекании кавитатора (элементов кавитатора, например, 3, 4, 5) на его задней по ходу потока кромке генерируются кавитационные каверны. Распадаясь в зоне повышенного давления, каверны образуют поле навигационных микропузырьков, при схлопывании которых возникают высокие локальные давления, оказывающие интенсивное перемешивание и диспергирующее воздействие на обрабатываемую среду. Расширение технологических возможностей проточно-кавитационного смесителя путем увеличения диапазона регулирования режима его работы осуществляется перемещением полых конусообразных или сферических элементов, например, 3, 4. 5 друг о тносительно друга с помощью индивидуальных механизмов осевого перемещения, например, 6, 7, 8. Это позволяет изменять стадии кавитации на кавитаторах, например, 5,4, создавая подпор каждым последующим по ходу потока элементом кавитатора, например, соответственно, 4,3 или, напротив, снижая его. Таким образом, в каждом конкретном случае, обусловленном технологическими условиями, можно подобрать оптимальную стадию кавитации. Взаимное перемещение составных элементов кавитатора позволяет также создавать в каждом конкретном случае необходимое число ступеней кавитационного воздействия на продукт, т.к. каждый элемент составного кавитатора может работать как самостоятельная ступень. Обработанный продукт через диффузор 9 и патрубок 10 выводится из смесителя.