| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2097408
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ РІДКОГО ПАЛИВА
І СТАТИЧНИЙ ЗМІШУВАЧ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ
Ім'я винахідника: Булгаков Борис Борисович [UA]; Булгаков Олексій Борисович [UA]
Ім'я патентовласника: Булгаков Борис Борисович [UA]; Булгаков Олексій Борисович [UA]
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.12.02
Використання: при створенні паливних сумішей для двигунів, печей, турбін і енергетичних установок. При цьому паливо, отримане відповідно до запропонованим способом, може бути використано як самостійно, так і в якості добавки, наприклад, до дизельного палива. Суть винаходу: спосіб включає перемішування пилоподібного твердого палива з органічної рідиною в присутності води. При цьому попередньо змочують пиловидне тверде паливо водою, а потім в отриману зволожену суміш вводять органічну рідину.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області паливної енергетики і може бути використано при створенні паливних сумішей для двигунів, печей, турбін і енергетичних установок. При цьому паливо, отримане відповідно до запропонованим способом, може бути використано як самостійно, так і в якості добавки, наприклад, до дизельного палива.
Відомий спосіб отримання палива для двигунів внутрішнього згоряння, що включає змішування бензину, 2 10% спирту з 4 8 атомами вуглецю і 0,1 - 25% води (заявка Франції N 2114465, З 10 L 1 \ 00, 1972).
Однак отримується паливо досить дорого.
Відомий спосіб отримання рідкого палива, що включає подрібнення деревної біомаси, введення в неї гасу або відпрацьованого масла і поверхностоно-активних речовин для утворення колоїдного розчину (заявка Франції N 2519019, C O1 L 1 \ 00, 1983).
Цей спосіб є досить трудомістким. У той же час, отримане таким чином паливо придатне тільки для спалювання в енергетичних установках, тобто володіє обмеженою сферою використання.
У зв'язку з цим було запропоновано способи отримання рідкого палива з вугілля (ЕР N 0021555, C O1 L 1 \ 02, 1980) описаний спосіб, що включає окислення вугілля водним розчином азотної кислоти, відділення рідкої фази і розчинення твердої.
Однак цей спосіб трудомісткий і нізкопроізводітелен.
Крім того, відомий спосіб, в якому вугільний пил з розміром частинок не більше 20 мкм змішують з водою, а отримане паливо використовують для двигунів внутрішнього згоряння (патент Великобританії N 2047267, C O1 L 1 \ 02, 1979).
До недоліків цього способу слід віднести низьку якість одержуваного палива, а й складність отримання пилу з вищевказаним розміром частинок.
Найбільш близьким до запропонованого є спосіб отримання рідкого палива, що включає подрібнення вуглець речовини (антрациту, вугілля, коксу, напівкоксу, лігніту і т.п.) до 0,15 2,0 мм в присутності води і \ або органічної (вуглеводневої) рідини з допомогою дробить матеріалу, який потім відділяють (патент Великобританії N 1600865, C O1 L 1 \ 00, 1978). Подрібнення і змішування здійснюють за допомогою механічної млини, а отримане паливо використовують в якості дизельного або добавки до нього.
Однак обмеження, що накладаються на розмір часток вугільного пилу і необхідність відділення частинок дробить матеріалу ускладнюють відомий спосіб, знижують його продуктивність. Крім того, в процесі подрібнення і змішування частинки пилу адсорбируют вуглеводні з органічної рідини, що призводить до зниження якості палива і не дозволяє збільшувати зміст вугільного пилу в ньому, що в свою чергу призводить до підвищення вартості палива. І, нарешті, паливо, отримане описаним способом, не може довго зберігатися, оскільки з часом розшаровується.
Крім млинів, для змішування компонентів палива можуть бути використані статичні змішувачі. Так, відомий статичний змішувач, що містить колону з впускним отвором для суспензій у верхній частині, кількома камерами і насосом. Впускний патрубок для газу розташований в нижній частині колони, так що газ рухається вгору, а рідина вниз (патент США N 3495952, B 01 F 3 \ 06, 1970).
Недоліком даного змішувача є складність і значні габарити. Крім того подібний змішувач не може бути вбудований в трубопровід, що обмежує область його застосування.
З метою усунення перерахованих недоліків були розроблені змішувачі, в яких один з компонентів подавався в зону кавітації або, у всякому разі, в зону турбулентного течії другого компонента (патент Великобританії N 2022430, B 01 F 5 \ 00, 1979). Даний змішувач містить корпус з поздовжнім патрубком введення першого компонента і похилими патрубками введення другого компонента. Аналогічний змішувач у вигляді ряду послідовних трубок Вентурі (ЄПВ N 0157691, B 01 F 5 \ 04, 1985).
Однак змішувачі подібного типу мають недостатньою ефективністю.
Відомий і кавітаційний апарат, в корпусі якого встановлений кавітатор у вигляді перфорованої крильчатки з клиноподібними лопатями (авт. Св. N 1353858, D 21 B 1 \ 36, 1985).
Недоліком даного змішувача і є низька ефективність, насамперед через те, що в потоці за кавітатором повільно протікають процеси виділення мікропухирців і їх схлопування.
Найбільш близьким до запропонованого пристрою є вбудований статичний змішувач, утворений циліндричним корпусом з патрубками введення і виведення оброблюваної середовища, в порожнині якого послідовно розміщені завіхрітелі у вигляді плоских пластин, лопатей і лопаток складної форми, причому за рахунок певної послідовності їх установки дещо зростає ступінь гомогенізації оброблюваної середовища, так як одні елементи як би "готують" її потік для інших (патент США N 4461579, B 01 F 5 \ 00, 1984).
Однак і цей змішувач досить складний, а крім того не забезпечує високого ступеня гомогенізації, оскільки в ньому не відбувається утворення кавітаційних каверн і мікропухирців. Крім того даний змішувач має високий гідравлічний опір. Все це негативне позначається на продуктивності пристрою.
Таким чином, технічним результатом, очікуваним від використання способу, є підвищення його продуктивності і його спрощення при одночасному підвищенні якості (енергетичних показників) одержуваного палива і зниженні його вартості, а й збільшення допустимого терміну його зберігання.
Крім того, технічним результатом, очікуваним від використання пропонованого пристрою, є підвищення його продуктивності за рахунок одночасного підвищення ефективності змішування і зниження гідравлічного опору.
Зазначений результат досягається тим, що у відомому способі отримання рідкого палива, що включає перемішування пилоподібного твердого палива з органічної рідиною в присутності води, попередньо змочують пиловидне тверде паливо водою, а потім в отриману зволожену суміш вводять органічну рідину.
При цьому, в процесі змочування пилоподібного твердого палива, в його склад вводять воду з розрахунку 10 30% від маси рідкого палива.
Доцільно і при змочуванні використовувати замазученного і \ або омагниченную воду.
Крім того, введення органічної рідини в зволожену суміш і \ або змочування пилоподібного твердого палива водою виробляють на кавітаційному змішувачі.
Зазначений результат досягається і тим, що у відомому статичному змішувачі, що містить циліндричний корпус з патрубками введення і виведення оброблюваної середовища, в порожнині якого послідовно розміщені завіхрітелі, частина з них виконана з наскрізними отворами, при цьому завіхрітелі без наскрізних отворів розміщені за Завихрювачі з наскрізними отворами і утворюють з внутрішніми стінками корпусу канал надзвукового профілю.
Зокрема, завіхрітелі з наскрізними отворами і без них можуть бути розміщені чергуючись.
При цьому відношення найменшої відстані між сусідніми Завихрювачі з наскрізними отворами і без них до відстані між сусідніми Завихрювачі з наскрізними отворами може лежати в діапазоні 0,32 0,44.
Крім того, патрубки введення одного з компонентів оброблюваної середовища можуть розміщуватися між Завихрювачі з отворами і без них, в зоні кавітації.
Доцільно виконувати патрубки введення одного з компонентів оброблюваної середовища з можливістю поступального і обертального переміщення.
Рекомендується і виконувати внутрішню поверхню корпусу, щонайменше між Завихрювачі з отворами і без них, шорсткою, з характерним розміром неоднорідностей в діапазоні 0,1 0,4 діаметра наскрізних отворів відповідного завихрителя.
При цьому неоднорідності можуть бути виконані у вигляді гвинтової лінії.
Крім того, неоднорідності можуть мати пилкоподібна перетин з ухилом в бік патрубка виведення оброблюваної середовища.
 |
 |
На фіг. 1 представлений поздовжній розріз змішувача і показані можливі види неоднорідностей на внутрішній поверхні його корпуса, а на фіг.2 наведено графік зміни швидкості потоку оброблюваної середовища уздовж змішувача.
Змішувач містить циліндричний корпус 1 з вхідним патрубком (каналом, штуцером) 2 і вихідним патрубком (каналом) 3. У порожнині корпусу 1 встановлені завіхрітелі 4, за якими розміщені трубки 5 із зігнутим кінцем. Частина завихрителей 4 виконана з наскрізними отворами 6. Трубки 5 встановлені в отворах корпусу (не позначені).
Канали 2, 3 можуть бути виконані конічними, відповідно звужуючись і розширюючись по ходу потоку. У порожнині корпусу 1 і можуть бути конічні ділянки (дифузори і конфузор), що забезпечують, разом з Завихрювачі 4, виникнення зон кавітації, тобто зон, в яких в процесі використання змішувача розвивається кавитационная каверна, розташованих за відповідним завихрювачем 4 з отворами 6. У найпростішому випадку такою зоною можна вважати обсяг, отриманий в результаті симетричного перетворення завихрителя 4 щодо площині його заснування.
У пропонованому змішувачі можуть бути використані як конічні завіхрітелі, так і завіхрітелі у вигляді призми, піраміди, півсфери, крильчатки, клина і т.п.
Для установки трубок 5 з можливістю фіксованого переміщення, тобто переміщення в процесі настройки змішувача і фіксації в процесі його роботи, можна скористатися ковзної посадкою трубок 5 у відповідних отворах або різьбленням, переважно з великим кроком. Можуть бути використані і автоматичні механізми, які здійснюють осьове переміщення і поворот трубок 5 залежно від швидкості потоку і в'язкості середовища. З цією метою до складу змішувача можуть бути введені датчики витрати найбільш і найменш вузького компонентів суміші, виходи яких підключені до входів блоку обробки, виходи якого з'єднані з відповідними вузлами регулювання положення трубок 5. Алгоритм роботи блоку обробки задається вищенаведеними співвідношеннями, а що входять до них константи визначаються експериментально для кожної трубки 5 по мінімуму числа рециркуляції, необхідних для досягнення певного ступеня гомогенізації суміші на виході каналу 3. Величини зміщення трубок 5 і кути їх повороту можуть встановлюватися і однакові для всіх трубок.
Трубки 5 можуть бути з'єднані загальним патрубком введення другого компонента (на кресленні не показаний), тобто бути послідовними відводами даного патрубка. При цьому трубка 5, розташована за останнім завихрювачем 4, є першою по ходу потоку другого компонента.
Під характерним розміром неоднорідностей зазвичай розуміють їх найбільший розмір, в даному випадку максимальну висоту. Для нерегулярних неоднорідностей слід користуватися усередненими величинами.
Таким чином особливістю пропонованого змішувача є те, що в ньому обов'язково присутні завіхрітелі (кавітатори) 4 з отворами 6 і без них, причому завіхрітелі без отворів завжди розміщені за Завихрювачі з отворами. Наприклад, позначивши завіхрітелі без отворів буквою "Б", а завіхрітелі з отворами буквою "О", отримаємо такі можливі комбінації: обоб (фіг.1), ОБО, ОББ, ОББО. Обоб, БОБ, ОББОББ, Бобо, ПРО. А ось поєднання БО є забороненим (неефективним).
Для наведеного на фіг.1 поєднання оптимальним є ставлення 1 \ L в діапазоні 0,32 0,44. На фіг.2 позначено: V швидкість потоку, V s - швидкість звуку (в двофазному газорідинному потоці ця величина не перевищує 20 м / с). Наявність каналу надзвукового профілю означає перевищення в цьому каналі швидкістю потоку величини V s.
Спосіб здійснюють наступним чином. Спочатку пиловидне тверде паливо (розмір часток від 3 мм до 10 мкм, склад практично будь-який, тобто вугільна, дріб'язок, лігнітовая пил, тирса, порох, їх суміш) змішують з водою, а потім з горючою органічної рідиною (мазут, дизельне паливо, гас, бензин, спирт або їх суміші). При цьому вода істотно знижує адсорбційну здатність частинок твердого палива і органічна рідина в процесі перемішування з сумішшю пилоподібного палива і води не втрачає вуглеводнів. В результаті, енергетичні показники рідкого палива виявляються вищими, ніж у відомому паливі, а зміст твердого палива в рідкому може бути збільшено.
Кількість води вибирають з умови її 10 30 мас.-ного вмісту в кінцевому продукті, оскільки саме в цьому діапазоні забезпечується оптимальна в'язкість рідкого палива і його високі енергетичні показники. У той же час слід зазначити, що і поза згаданого діапазону можливе отримання високоефективного і недорогого рідкого палива.
Подальшому підвищенню енергетичних показників палива сприяє використання замазученних води (відходу після промивання ємностей для перевезення мазуту) і омагниченной води.
В результаті, зміст вугільного пилу в паливі може бути збільшено до 60% без підвищення вмісту токсичних домішок у вихлопних газах.
Приклад 1. Вугільний пил (35 мас. В кінцевому продукті) з розміром частинок 20-40 мкм змішували з водою (20 мас.), А потім отриману суміш знову подавали в кавітаційний змішувач, на другий вхід якого надходив мазут. Отримане паливо за енергетичними показниками близько до звичайному дизельному, а вміст СО у вихлопних газах було на 1,5% вище. При використанні омагниченной води і цей показник не перевищив норму. Властивості палива залишалися незмінними протягом 4-х місяців з дня виготовлення.
Приклад 2. Вугільний пил (35 мас. В кінцевому продукті) з розміром частинок 1-2 мм змішували з замазученних водою (15 мас.), На кавітаційному апараті, а потім отриману суміш знову подавали в кавітаційний змішувач, на другий вхід якого надходив гас. Отримане паливо за енергетичними показниками практично не відрізнялося від звичайного дизельного, а вміст СО у вихлопних газах було нормальним.
Приклад 3. Коксову пил (45 мас. В кінцевому продукті) з розміром частинок 0,01-0,15 мм змішували з замазученних водою (45 мас.), На кавітаційному апараті, а потім отриману суміш знову подавали в кавітаційний змішувач, на другий вхід якого надходило дизельне паливо. Отримане паливо за енергетичними показниками було краще звичайного дизельного на 12% а вміст СО у вихлопних газах було нормальним.
Більш докладно здійснення способу розглянемо на прикладі роботи змішувача.
Як випливає з наведених вище прикладів, змішування компонентів рідкого палива (пилу з водою і отриманої суміші з горючою органічної рідиною) може здійснюватися на будь-якому з відомих змішувачів, однак при використанні кавітаційних змішувачів якість одержуваного палива виявляється істотно вище. Суха вугільний пил може подаватися в змішувач по каналу 2 або через трубки 5 в потоці повітря. Пил може надходити і у вигляді водної пульпи, при цьому залишилася вода подається по другому каналу. Аналогічно на другому етапі, при перемішуванні мазуту з сумішшю пилу і води, мазут може подаватися по каналу 2 або через трубки 5.
Змішувач працює наступним чином. Основний потік оброблюваної середовища (перший компонент суміші, в якості якого може виступати і заздалегідь підготовлена суміш речовин) подається в порожнину корпусу 1 через канал 2. При проходженні потоком завихрителей 4 з отворами 6, особливо при наявності в порожнині корпуса дифузорів і конфузорів, за ними утворюються кавитационні каверни, в яких відбувається інтенсивне дроблення і перемішування компонентів суміші. Другий компонент (чиста речовина або деяка суміш компонентів), якщо він не надходить через патрубок 2, подається по трубах 5 безпосередньо в зону кавітації, що сприяє більш інтенсивного перемішування. Подальшого збільшення ступеня гомогенізації сприяє вибір оптимальних положень трубок 5 при обробці конкретної суміші.
При обтіканні оброблюваної середовищем кавітатора 4 без наскрізних отворів, що утворює зі стінками 7 канал надзвукового профілю, внаслідок зниження тиску, з рідини виділяються мікропухирці газу, які схлопиваются на поверхні утворюється за кавітатором каверни. Смесітельнодробящее вплив посилюється ударними хвилями, що виникають в каналі надзвукового профілю.
Було встановлено, що найбільша ефективність змішування і найвищу якість рідкого палива забезпечуються при чергуванні завихрителей 4 з отворами 6 і без них, причому тільки при розміщенні завихрителя без отворів за завихрювачем з отворами.
Подальшому підвищенню ефективності змішувача і підвищенню його продуктивності сприяють неоднорідності корпусу 1, які беруть участь у виникненні резонансних коливань кавітаційних каверн.
Таким чином, пропонований змішувач нескладний у виготовленні і експлуатації і потужний, перш за все за рахунок інтенсифікації схлопування мікропухирців.
Отримується ж з його допомогою рідке паливо високоенергетичних, недорого, придатне для тривалого зберігання і може бути отримано в промислових обсягах без істотних витрат.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб отримання рідкого палива, що включає змочування пилоподібного твердого палива водою в кількості 10 30 мас. (В розрахунку на рідке паливо) в кавітаційному змішувачі та введення в отриману зволожену суміш органічної рідини, що відрізняється тим, що в якості води використовують замазученного і / або омагниченную воду.
2. Статичний змішувач, що містить циліндричний корпус з патрубками введення компонентів оброблюваної середовища і виведення оброблюваної середовища, в порожнині якого послідовно розміщені завіхрітелі, що відрізняється тим, що частина завихрителей виконана з наскрізними отворами, при цьому завіхрітелі без наскрізних отворів розміщені за Завихрювачі з наскрізними отворами і утворюють з внутрішніми стінками корпусу канал надзвукового профілю.
3. Змішувач по п.2, що відрізняється тим, що завіхрітелі з наскрізними отворами і без них розміщені чергуючись.
4. Змішувач по п.3, що відрізняється тим, що відношення найменшої відстані між сусідніми Завихрювачі з наскрізними отворами і без них до відстані між сусідніми Завихрювачі з наскрізними отворами лежить в діапазоні 0,32 0,44.
5. Змішувач по п. 2, який відрізняється тим, що патрубки введення одного з компонентів оброблюваної середовища розміщені між Завихрювачі з отворами і без них в зоні кавітації.
6. Змішувач по п. 5, який відрізняється тим, що патрубки введення одного з компонентів оброблюваної середовища виконаний з можливістю поступального і обертального переміщення.
7. Змішувач по п.2, що відрізняється тим, що внутрішня поверхня корпусу щонайменше між Завихрювачі з отворами і без них виконана шорсткою з характерним розміром неоднорідностей в діапазоні 0,1 0,4 діаметра наскрізних отворів відповідного завихрителя.
8. Змішувач по п.7, що відрізняється тим, що неоднорідності виконані у вигляді гвинтової лінії.
9. Змішувач по п.8, який відрізняється тим, що неоднорідності мають пилкоподібна перетин з ухилом в бік патрубка виведення оброблюваної середовища.
Версія для друку
Дата публікації 07.04.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.