RU163806U1 - HYDRODYNAMIC DISPERSANTER FOR MODIFICATION OF CONSUMER PROPERTIES OF SECONDARY OIL PRODUCTS - Google Patents

Abstract

Гидродинамический диспергатор, характеризующийся тем, что содержит два плоских подводящих сопла, две резонансные пластины и отводящий патрубок, причем каждая резонансная пластина верхним концом жестко консольно закреплена над каждым соплом, а нижний, свободный, ее конец выполнен заостренным, при этом пластины закреплены параллельно друг другу на расстоянии, равном трехкратной ширине пластины.Hydrodynamic dispersant, characterized in that it contains two flat inlet nozzles, two resonant plates and a discharge pipe, each resonant plate with its upper end being rigidly cantilevered over each nozzle, and the lower, free, its end made pointed, while the plates are fixed parallel to each other at a distance equal to three times the width of the plate.

Description

Полезная модель относится к устройствам для обработки текучей среды и интенсификации физико-химических процессов и может быть использована в нефтеперерабатывающей, химической, энергетической, пищевой и других отраслях промышленности.The utility model relates to devices for processing fluid and the intensification of physico-chemical processes and can be used in oil refining, chemical, energy, food and other industries.

В процессе многоступенчатой переработки нефти образуется большое количество так называемых вторичных нефтепродуктов (гудрон, остаток висбрекинга, мазут и др.). Для придания им требуемых потребительских свойств используют дополнительные технологические мероприятия: висбрекинг, компаундирование с различными дорогостоящими растворителями, например с вакуумным газойлем.In the process of multi-stage oil refining, a large number of so-called secondary oil products are formed (tar, visbreaking residue, fuel oil, etc.). To give them the required consumer properties, additional technological measures are used: visbreaking, compounding with various expensive solvents, for example, with vacuum gas oil.

Однако в современных условиях особую актуальность приобретает снижение издержек производства перечисленных выше процессов. Одним из вариантов решения этой задачи является использование гидродинамических диспергаторов, вызывающих в потоке рабочей жидкости процесс кавитации. Возникающие при этом локальные давление и температура разрушают молекулярную структуру рабочей жидкости, что позволяет улучшить такие потребительские характеристики как, кинематическая вязкость, температура вспышки и др.However, in modern conditions, the reduction of production costs of the above processes is of particular relevance. One of the solutions to this problem is the use of hydrodynamic dispersants, which cause the cavitation process in the flow of the working fluid. The resulting local pressure and temperature destroy the molecular structure of the working fluid, which allows to improve such consumer characteristics as kinematic viscosity, flash point, etc.

Из уровня техники известен гидродинамический диспергатор, содержащий отводящий и подводящий патрубки и пластинчатый резонансный элемент с клиновидной частью, у которого на каждой стороне клиновидной части нанесено не менее двух пазов овальной формы, расположенных параллельно острой кромке резонансной пластины. Один конец резонансной пластины жестко закреплен, а другой, имеющий клиновидную заточку, расположен напротив выхода отводящего сопла (фиг. 1) (RU 95553 U1, 10.07.2010).A hydrodynamic dispersant is known from the prior art, comprising outlet and supply pipes and a plate resonant element with a wedge-shaped part, in which at least two oval grooves are arranged on each side of the wedge-shaped part, parallel to the sharp edge of the resonant plate. One end of the resonance plate is rigidly fixed, and the other, having a wedge-shaped sharpening, is located opposite the outlet of the outlet nozzle (Fig. 1) (RU 95553 U1, 07/10/2010).

За наиболее близкий аналог к заявленной полезной модели принят гидродинамический излучатель с пластинчатым резонансным элементом (RU 74317 U1, 27.06.2008). Такое устройство состоит из подводящего патрубка, переходящего в сопло с цилиндрическим входом и заканчивающееся плоской щелью, резонансной пластины, один конец которой жестко закреплен, а другой, имеющий клиновидную заточку, расположен против выхода сопла, цилиндрического корпуса и отводящего патрубка (фиг. 1).For the closest analogue to the claimed utility model adopted hydrodynamic emitter with a plate resonant element (RU 74317 U1, 06.27.2008). Such a device consists of a supply pipe passing into a nozzle with a cylindrical inlet and ending with a flat slit, a resonance plate, one end of which is rigidly fixed, and the other, having a wedge-shaped sharpening, is located against the exit of the nozzle, cylindrical body, and outlet pipe (Fig. 1).

Излучатель работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость через подводящий патрубок (1) поступает в сужающееся сопло (2), на выходе из которого поток приобретает форму плоской струи. Пластина (3) консольно закреплена на стойках (7). При натекании жидкости на клиновидную часть (6) пластины (3) происходит образование и срыв вихрей, следующих один за другим. Периодически изменяющееся давление в зоне вихрей приводит к образованию звуковых волн. При прохождении фазы волны, создающей разряжение, жидкость рвется, и в ней образуется большое количество разрывов в виде пузырьков. После кратковременного существования часть пузырьков захлопывается и при этом развиваются большие местные мгновенные давления, достигающие 10000 кгс/см² (P.P. Чугуевский, «Гидравлика», изд. «Энергия», 1975 г.). Компоненты жидкости, попадающие в зону срыва вихрей (кавитационное облако), подвергаются мощному воздействию и происходит процесс диспергирования. Обработанная жидкость отводится через отверстие в корпусе (8) и отводящий патрубок (5).The emitter operates as follows. The processed fluid through the inlet pipe (1) enters the tapering nozzle (2), at the outlet of which the flow takes the form of a flat jet. The plate (3) is cantilevered on the uprights (7). When fluid flows on the wedge-shaped part (6) of the plate (3), vortices are formed and disrupted, one after the other. Periodically changing pressure in the vortex zone leads to the formation of sound waves. With the passage of the phase of the wave creating the discharge, the liquid breaks, and a large number of discontinuities in the form of bubbles form in it. After a short existence, some of the bubbles collapse and large local instantaneous pressures develop, reaching 10,000 kgf / cm ² (PP Chuguevsky, Hydraulics, ed. Energia, 1975). The components of the liquid falling into the zone of disruption of the vortices (cavitation cloud) are exposed to a powerful effect and the dispersion process occurs. The treated fluid is discharged through an opening in the housing (8) and a discharge pipe (5).

Недостатком описанных устройств является то, что они имеют ограничение по интенсивности ультразвука, которая определяет эффективность процесса диспергации. Для устройства, известного из наиболее близкого аналога, эта величина не превышает 4 вт/см².The disadvantage of the described devices is that they have a limitation in the intensity of ultrasound, which determines the effectiveness of the dispersion process. For a device known from the closest analogue, this value does not exceed 4 W / cm ² .

В результате обработки вторичных нефтепродуктов ультразвуковым полем с интенсивностью менее или равным 4 вт/см², происходит разрыв только химических связей «углерод-углерод», но не происходит разрыва связей «углерод-водород», в результате чего после такой обработки получают нефтепродукты с недостаточно высокими потребительскими свойствами - остается высокая вязкость и температура вспышки сырья после его обработки.As a result of processing secondary oil products with an ultrasonic field with an intensity of less than or equal to 4 W / cm ² , only carbon-carbon chemical bonds break, but there is no carbon-hydrogen bond breaking, as a result of which oil products with insufficient high consumer properties - remains high viscosity and flash point of raw materials after processing.

Задачей заявленной полезной модели является создание гидродинамического диспергатора для улучшения потребительских свойств вторичных нефтепродуктов, который исключал бы указанные недостатки.The objective of the claimed utility model is to create a hydrodynamic dispersant to improve the consumer properties of secondary petroleum products, which would eliminate these disadvantages.

Величина интенсивности ультразвука для описываемого типа устройств определяется по формуле:The magnitude of the ultrasound intensity for the described type of devices is determined by the formula:

,

,

Где Р - амплитуда звукового давления, Па;Where P is the amplitude of sound pressure, Pa;

ρ - плотность жидкости, кг/м³;ρ is the density of the liquid, kg / m ³ ;

С - скорость звука в данной жидкости, м/с.C is the speed of sound in a given liquid, m / s.

Как следует из приведенной выше аналитической зависимости, на величину интенсивности существенное влияние оказывает величина давления, создаваемого пластиной диспергатора в процессе колебаний относительно продольной оси.As follows from the above analytical dependence, the magnitude of the intensity is significantly affected by the pressure created by the dispersant plate in the process of oscillations relative to the longitudinal axis.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эффективности процесса диспергации за счет повышения интенсивности ультразвука, генерируемого гидродинамическим диспергатором, что обеспечивает понижение вязкости и температуры вспышки вторичных нефтепродуктов.The technical result of the claimed utility model is to increase the efficiency of the dispersion process by increasing the intensity of ultrasound generated by a hydrodynamic dispersant, which reduces the viscosity and flash point of secondary oil products.

Технический результат достигается за счет выполнения гидродинамического диспергатора, содержащего два плоских подводящих сопла, две резонансные пластины, установленные напротив них, и отводящего патрубка, причем каждая резонансная пластина верхним концом жестко консольно закреплена над каждым соплом, а нижний свободный ее конец выполнен заостренным, при этом пластины закреплены параллельно друг другу на расстоянии, равном трехкратной ширине пластины.The technical result is achieved by performing a hydrodynamic dispersant containing two flat inlet nozzles, two resonant plates mounted opposite them, and a branch pipe, each resonant plate with its upper end being rigidly cantilevered over each nozzle, and its lower free end made pointed, while the plates are fixed parallel to each other at a distance equal to three times the width of the plate.

Такое расстояние обеспечивает сложение амплитуд давлений, создаваемых каждой пластиной в процессе колебаний при поступлении жидкой среды в диспергатор и максимальную величину интенсивности ультразвука.This distance provides a sum of the amplitudes of the pressures generated by each plate during oscillations upon the entry of a liquid medium into the dispersant and the maximum value of the ultrasound intensity.

За счет консольного закрепления двух резонансных пластин с острыми кромками параллельно друг другу и одновременно над двумя плоскими подводящими соплами, при поступлении обрабатываемой жидкости и натекании ее на пластины, происходит образование и срыв вихрей жидкой среды с последующим колебанием резонансных пластин.Due to the cantilever fastening of two resonance plates with sharp edges parallel to each other and simultaneously above two flat supply nozzles, when the treated fluid enters and flows onto the plates, the formation of vortices of the liquid medium and its subsequent oscillation of the resonant plates occurs.

За счет закрепления в заявленной конструкции диспергатора пластин с заявленным расстоянием между ними, обеспечивающем при поступлении жидкого продукта сложение амплитуд давлений, создаваемых каждой пластиной в процессе колебаний, достигается существенное повышение интенсивности ультразвука, генерируемого гидродинамическим диспергатором, что влияет на повышение потребительских свойств обрабатываемой жидкости.Due to the fixing of the plate dispersant in the claimed design with the stated distance between them, which ensures that the pressure amplitudes generated by each plate during oscillations are added together with the liquid product, a significant increase in the intensity of ultrasound generated by the hydrodynamic dispersant is achieved, which affects the increase in consumer properties of the processed liquid.

Далее решение поясняется ссылкой на фигуры.Next, the solution is illustrated by reference to the figures.

На фиг. 2 изображен заявленный гидродинамический диспергатор.In FIG. 2 shows the claimed hydrodynamic dispersant.

Гидродинамический диспергатор содержит два подводящих сопла (9), отводящий патрубок (10), две одинаковые резонансные пластины (11) с заостренными концами. Пластины (11) установлены параллельно друг другу и консольно закреплены верхним концом над плоскими подводящими соплами (9), причем, расстояние между пластинами (А) рассчитано таким образом, чтобы амплитуды давлений, создаваемых каждой пластиной в процессе колебаний, складывались.The hydrodynamic dispersant contains two inlet nozzles (9), an outlet pipe (10), two identical resonant plates (11) with pointed ends. The plates (11) are mounted parallel to each other and cantileverly fixed with their upper end above the flat supply nozzles (9), moreover, the distance between the plates (A) is designed so that the pressure amplitudes generated by each plate during the oscillations add up.

Минимальное расстояние между пластинами может составлять 3 мм, поскольку для данного типа диспергаторов амплитуда колебаний пластины составляет соразмерную величину.The minimum distance between the plates can be 3 mm, since for this type of dispersant the amplitude of the oscillations of the plate is proportional.

Максимально возможное расстояние между пластинами может составлять 5h, где h - ширина резонансной пластины, поскольку при большем расстоянии интенсивность ультразвука существенно понижается, что обусловлено тем, что амплитуды давлений, создаваемых каждой пластиной в процессе колебаний, не суммируются, что исключает взаимовлияние двух пластин друг на друга при поступлении жидкого продукта в диспергатор. Однако наиболее оптимальным расстоянием между пластинами является расстояние, равное трехкратной ширине пластины, поскольку при таком расстоянииThe maximum possible distance between the plates can be 5h, where h is the width of the resonance plate, since the ultrasound intensity decreases significantly at a larger distance, due to the fact that the pressure amplitudes generated by each plate during the oscillations are not summed, which eliminates the mutual influence of the two plates on each other other when the liquid product enters the dispersant. However, the most optimal distance between the plates is the distance equal to three times the width of the plate, since at this distance

обеспечивается максимальная величина интенсивности ультразвука.maximum intensity of ultrasound is provided.

На фиг. 3 изображен модуль гидродинамической обработки гудрона.In FIG. 3 shows the module for hydrodynamic processing of tar.

Гидродинамический диспергатор работает следующим образом.Hydrodynamic dispersant operates as follows.

Обрабатываемая жидкость (гудрон, остаток висбрекинга, мазут, вакуумный газойль и др.) через подводящие сопла поступает в диспергатор. При натекании жидкости на заостренные концы резонансных пластин происходит образование и срыв вихрей на острой кромке резонансных пластин, что приводит к интенсификации процесса образования кавитационных каверн и к увеличению акустической мощности гидродинамического диспергатора. Периодически изменяющееся давление в зоне вихрей приводит к образованию звуковых волн. При прохождении фазы волны, создающей разряжение, жидкость рвется, и в ней образуется большое количество разрывов в виде пузырьков. После кратковременного существования часть пузырьков захлопывается и при этом развиваются большие местные мгновенные давления, достигающие 10000 кгс/см².The processed fluid (tar, visbreaking residue, fuel oil, vacuum gas oil, etc.) through the inlet nozzles enters the dispersant. When liquid flows on the pointed ends of the resonance plates, vortices form and break at the sharp edge of the resonance plates, which leads to an intensification of the formation of cavitation cavities and to an increase in the acoustic power of the hydrodynamic dispersant. Periodically changing pressure in the vortex zone leads to the formation of sound waves. With the passage of the phase of the wave creating the discharge, the liquid breaks, and a large number of discontinuities in the form of bubbles form in it. After a brief existence of the bubbles collapse and at the same time developing great local instantaneous pressure up to 10,000 kgf / cm ^2.

Величина ультразвука достигает значения более 5 вт/см², что является необходимым условием для разрыва под воздействием ударных волн, возникающих при схлопывании кавитационных каверн, не только химических связей «углерод - углерод», но и связей «углерод - водород». В результате образуются углеводороды с меньшей молекулярной массой и, как следствие, уменьшается вязкость и температура вспышки сырья (вторичных нефтепродуктов) и оно приобретает дополнительные потребительские свойства.The value of ultrasound reaches a value of more than 5 W / cm ² , which is a prerequisite for breaking under the influence of shock waves arising from the collapse of cavitation cavities, not only chemical bonds "carbon - carbon", but also bonds "carbon - hydrogen". As a result, hydrocarbons with a lower molecular weight are formed and, as a result, the viscosity and flash point of raw materials (secondary petroleum products) decrease and it acquires additional consumer properties.

Компоненты жидкости, попадающие в зону срыва вихрей (кавитационное облако), подвергаются мощному воздействию, и происходит процесс диспергирования. Обработанная жидкость отводится через отводящий патрубок.The components of the liquid falling into the zone of disruption of the vortices (cavitation cloud) are subjected to a powerful effect, and the dispersion process occurs. Treated fluid is discharged through a discharge pipe.

Расчет оптимального расстояния между пластинами осуществлялся методом наложения нелинейных эпюр давления. Правильность расчетов оценивалась в лабораторных условиях посредством измерения интенсивности ультразвука в рабочей зоне между пластинами. В качестве измерителя интенсивности упругих колебаний использовался пьезоэлектрический приемник марки ППЩ-Л с чувствительным элементом, выполненным из титаната бария. Были изготовлены 6 образцов диспергаторов, отличавшихся только расстоянием между пластинами. Результаты приведены в Таблице 1.The calculation of the optimal distance between the plates was carried out by applying nonlinear pressure plots. The accuracy of the calculations was evaluated in laboratory conditions by measuring the intensity of ultrasound in the working area between the plates. A PPShch-L brand piezoelectric detector with a sensitive element made of barium titanate was used as a measure of the intensity of elastic vibrations. Six dispersant samples were made, differing only in the distance between the plates. The results are shown in Table 1.

Лабораторно-стендовые испытания заявленного гидродинамического диспергатора показали, что интенсивность ультразвука увеличивается с 4 вт/см² до 9,2 вт/см².Laboratory bench tests of the claimed hydrodynamic dispersant showed that the ultrasound intensity increases from 4 W / cm ² to 9.2 W / cm ² .

Гидродинамический диспергатор был испытан в опытно-промышленном исполнении на действующем производстве нефтеперерабатывающего завода. Обработке подвергались: гудрон АВТ, висбрекинг остаток, мазут, вакуумный газойль. Во всех случаях наблюдалось существенное улучшение потребительских характеристик при установке пластин диспергатора на расстоянии, равном трехкратной ширине пластины, что обеспечивает максимальную величину интенсивности ультразвука.The hydrodynamic dispersant was tested in pilot production at the existing production of the refinery. The following were processed: tar AWT, visbreaking residue, fuel oil, vacuum gas oil. In all cases, there was a significant improvement in consumer performance when installing the dispersant plates at a distance equal to three times the width of the plate, which ensures maximum ultrasound intensity.

Оптимальность выбора такого расстояния между пластин приведена в таблице 1The optimality of the choice of such a distance between the plates is shown in table 1

Полученные данные экспериментов подтверждают, что при данном расстоянии между пластинами в заявленном диспергаторе получаемая интенсивность ультразвука является наиболее оптимальной, т.е. она существенно выше, чем при других расстояниях.The obtained experimental data confirm that at a given distance between the plates in the inventive dispersant, the obtained ultrasound intensity is the most optimal, i.e. it is significantly higher than at other distances.

Пример 1.Example 1

Данная технология реализована в виде модуля гидродинамической обработки гудрона (см. фиг. 3), содержащего заявленный гидродинамический диспергатор, при следующих условиях.This technology is implemented in the form of a module for hydrodynamic processing of tar (see Fig. 3), containing the claimed hydrodynamic dispersant, under the following conditions.

Расстояние между пластинами диспергатора А=3h, где h - ширина резонансной пластины. В частном случае пластины могут быть установлены на расстоянии, равном, например, А=8 мм.The distance between the plates of the dispersant A = 3h, where h is the width of the resonant plate. In the particular case, the plates can be installed at a distance equal to, for example, A = 8 mm.

Температура поступления гудрона в гидродинамический диспергатор t=35°°С,Tar entering the hydrodynamic dispersant t = 35 ° С,

Давление на входе в диспергатор Р=20 кгс/см²,The pressure at the entrance to the dispersant P = 20 kgf / cm ²

Производительность диспергатора составила 35 т/ч.Dispersant capacity was 35 t / h.

Величина снижения кинематической вязкости обработанного в диспергаторе гудрона составила 22% при исходной вязкости гудрона 615 мм²/с.The magnitude of the reduction in the kinematic viscosity of the tar treated in the dispersant was 22% with an initial tar viscosity of 615 mm ² / s.

Диспергатор генерирует ультразвуковое поле на частоте 22,4 кГц и выполнен с шириной пластины, равной 2.7 мм.The dispersant generates an ultrasonic field at a frequency of 22.4 kHz and is made with a plate width of 2.7 mm.

Пример 2.Example 2

Необходимую ширину резонансной пластины h диспергатора определяли следующим образом.The required width of the resonant plate h of the dispersant was determined as follows.

Одним из основных параметров гидродинамического диспергатора является частота генерируемого ультразвукового поля, которая рассчитывается по формуле:One of the main parameters of the hydrodynamic dispersant is the frequency of the generated ultrasonic field, which is calculated by the formula:

где 0,163 - эмпирический коэффициент;where 0.163 is an empirical coefficient;

d - ширина пластины;d is the width of the plate;

I - длина пластины;I is the length of the plate;

Е - модуль упругости материала пластины;E is the elastic modulus of the plate material;

Р - плотность материала пластины.P is the density of the plate material.

Наиболее эффективно диспергаторы данного типа работают в диапазоне частот 18-50 кГц. При этом ширина пластины может быть равной, например, 2 мм или 3 мм или 4 мм. Предпочтительно каждая пластина может быть выполнена с шириной в диапазоне от 2 до 6 мм.The most effective dispersants of this type operate in the frequency range 18-50 kHz. The width of the plate may be equal to, for example, 2 mm or 3 mm or 4 mm. Preferably, each plate may be made with a width in the range of 2 to 6 mm.

Claims (1)

Гидродинамический диспергатор, характеризующийся тем, что содержит два плоских подводящих сопла, две резонансные пластины и отводящий патрубок, причем каждая резонансная пластина верхним концом жестко консольно закреплена над каждым соплом, а нижний, свободный, ее конец выполнен заостренным, при этом пластины закреплены параллельно друг другу на расстоянии, равном трехкратной ширине пластины.

Hydrodynamic dispersant, characterized in that it contains two flat inlet nozzles, two resonant plates and a discharge pipe, each resonant plate with its upper end rigidly cantilevered over each nozzle, and the lower, free, its end made pointed, while the plates are fixed parallel to each other at a distance equal to three times the width of the plate.

Images