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-кавитаторов 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.  В отличие от РИА статические кавитаторы рассчитаны на работу с жидкостями определённой вязкости, поэтому разрабатываются под индивидуальную среду обработки.

 

Статические гидродинамические кавитаторы имеют небольшие габариты при высокой производительности. Отличительные особенности данного типа оборудования высокая интенсификация процессов, возможность реализации значительных величин деформаций и напряжений сдвига, интенсивное гидродинамическое и кавитационное воздействие. Благодаря своим свойствам статический реактор обеспечивает 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.

Входное давление для жидкоости, поступающей в обработку в статический кавитатор, составляет обычно не менее 12-15бар, что нужно учитывать при проектировании систем. Благодаря высокому давлению в большинстве случаев необходимый эффект обработки достигается за счёт одного прохода через кавитатор (реактор).

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

Ударные технологии позволяют эффективно измельчать твёрдое сырьё, а за счёт высокоимпульсного воздействия обрабатываемые жидкости становятся гомогенными (однородными). Высокоэнергетическое кавитационное воздействие позволяет смешивать трудносмешиваемые жидкости, а также изменить свойства жидкостей: вязкость, температуру вспышки, точку текучести и др.

Комбинация технологий позовляет реализовывать различные эффективные решения, применяемые в разных областях.

  • Ударные технологии реализованы в гидроударном узле мокрого помола — ГУУМП. ГУУМП реализует мокрый помол и позволяет измельчать уголь, торф, другие твёрдые сыпучие виды сырья и позволяет получить гомогенные суспензии.
  • Доизмельчение в РИА позволяет поулчить суспензии с размером частиц около 100мкм и менее — в зависимости от сырья.
  • Гомогенизация и перемешивание реализованы роторно-импульсными аппаратами РИА и статическими реакторами.