Статический (проточный) кавитатор

//Статический (проточный) кавитатор

Назначение

Статические (гидродинамические) кавитаторы применяются для интенсификации процессов приготовления различных композиций в химической, нефтехимической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Принцип работы таких смесителей основан на нестационарности потоков жидкости и на активных гидродинамических эффектах воздействия на обрабатываемые вещества. Статические гидродинамические кавитаторы предназначены для структурных преобразований жидкости с целью изменения ее физико-химических параметров, интенсификации массообменных и гидромеханических процессов. Обработка жидкости в кавитаторе осуществляется за счет импульсного многофакторного воздействия: вихреобразования, микромасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и нелинейных гидроакустических эффектов. Кавитатор осуществляет преобразование энергии низкой концентрации в энергию высокой локальной концентрации в неустойчивых точках структуры вещества. Пространственная и временная концентрация энергии позволяет получить большую мощность импульсного энергетического воздействия, совершить энергетическую накачку, высвободить внутреннюю энергию вещества, инициировать многочисленные квантовые, каталитические, цепные, самопроизвольные, лавинообразные и другие энергонасыщенные процессы.

Особенности гидродинамического (проточного) кавитатора

Конструкции гидродинамических кавитаторов обеспечивают многократную перестройку поля скоростей и изменение направления линий тока потока жидкости и смешиваемых компонентов. Статические гидродинамические кавитаторы имеют небольшие габариты при высокой производительности. Отличительные особенности данного типа оборудования - это обеспечение непрерывности химико-технологического процесса и его высокая интенсификация, возможность реализации значительных величин деформаций и напряжений сдвига, интенсивное гидродинамическое и кавитационное воздействие, что обусловливает высокое качество смешения компонентов, интенсификацию диффузионных процессов простоту и надежность аппаратурного оформления. Экономическая эффективность применения гидродинамических кавитаторов обусловлена низкой металлоемкостью оборудования, невысокими трудозатратами по обслуживанию и эксплуатации по сравнению с емкостной перемешивающей аппаратурой.

ПРИМЕР ЛИНИЙ ТОКА ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ
ПРИМЕР ЛИНИЙ ТОКА ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ

 

Статические гидродинамические кавитаторы обладают следующими преимуществами:

  • простота конструкции и легкость изготовления рабочих органов;
  • отсутствие движущихся деталей и уплотняемых подвижных соединений;
  • отсутствие застойных зон;
  • легкость обслуживания;
  • высокая прочность и герметичность;
  • возможность работы при больших давлениях и температурах в смешиваемых жидкостях;
  • возможность работы со взрыво- пожароопасными и токсичными жидкостями;
  • высокая производительность при малом рабочем объеме зоны смешения;
  • устойчивость работы, возможность использования для разнообразных процессов;
  • возможность использования для обработки жидкостей широкого диапазона вязкостей.

Основным недостатком гидродинамических кавитаторов является большое гидравлическое сопротивление и необходимость применения насосов высокого давления - свыше 16бар.

Принцип действия и конструкция

Схема гидродинамического кавиатора
Схема гидродинамического кавиатора: (а),  конструкция (б) и схемы  установки (в, г) смесительных элементов.
Винтовые элементы на поверхности центральной трубы
Винтовые элементы на поверхности центральной трубы

Эффективными элементами статических кавитаторов являются перегородки с отверстием (отверстиями). Перегородка может быть выполнена в форме диска, в котором имеются несколько каналов для прохождения жидкости (рис. 3). Каналы равномерно распределены на рабочей поверхности диска и могут иметь различную форму и различный размер.

Перегородки с каналами различной формы
Перегородки с каналами различной формы

При прохождении жидкости через отверстия в диске в потоке жидкости возникают вихреобразования, отрывные течения и кавитация. Данные эффекты воздействуют на частицы жидкости и способствуют их интенсивному дроблению и гомогенизации, срыву пограничных слоев на частицах.

Перемешивание жидкостей может быть также достигнуто за счет создания резкого расширения или сужения канала, т. е. за счет изменения размеров и конфигураций отверстий, вызывающих изменение скорости потока рабочей среды и возникновение мощного вихреобразования.

При прохождении жидкости через сужение канала, а затем через расширение в канале, в потоке жидкости возникают вихреобразования, отрывные течения и кавитация. Перечисленные эффекты воздействуют на частицы жидкости и способствуют их интенсивному дроблению и гомогенизации, срыву пограничных слоев на частицах.

Поток жидкости и смешиваемые компоненты, обтекая неподвижные элементы, непрерывно разделяются на несколько потоков, увеличивая тем самым поверхность раздела компонентов и их дисперсность.

 

Форма обтекаемых или плохо обтекаемых элементов вынуждает потоки жидкостей двигаться с различными скоростями, возрастающими по мере удаления от поверхности этих элементов, что приводит к относительному движению слоев, вихреобразованию и кавитации.

При резком увеличении проходного сечения, изменении направления движения потока, его вихревом характере, возникают условия для возникновения и роста кавитационных пузырьков. При захлопывании кавитационных пузырьков они распадаются на отдельные деформированные пузырьки. Давление и температура парогазовой смеси в образовавшихся деформированных пузырьках повышены. В зоне локального понижения давления в потоке жидкости они легко расширяются и становятся новыми зародышами кавитации, менее прочными, чем постоянно имеющиеся в жидкости. Кавитационные полости, возникшие на этих зародышах, порождают новые. Внутри кавитационной области идет непрерывный процесс размножения и коагуляции кавитационных пузырьков, причем кавитационный порог несколько уменьшается, так как роль кавитационных зародышей начинают выполнять равновесные пузырьки, объем и газосодержание у которых больше, чем у зародышей кавитационных пузырьков.

Кавитационные пузырьки по ходу движения потока жидкости пульсируют и схлопываются создавая микромасштабные пульсации и выбросы кумулятивных струек, воздействуя на частицы обрабатываемой жидкости и на жидкость в целом, интенсифицируя тепло- и массообменные процессы и осуществляя деструкцию веществ.

 

Характеристики

Проточные кавитаторы изготавливаются индивидуально, в зависимости от решаемой задачи.

Пропускная способность проточных кавитаторов - от 5м3/ч до 30м3/ч.