RU2424045C1

RU2424045C1 - Fluid flows mixer

Info

Publication number: RU2424045C1
Application number: RU2009148553/05A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Кузнецов (RU); Сергей Николаевич Кузнецов; Сергей Витальевич Ардамаков (RU); Сергей Витальевич Ардамаков
Original assignee: Открытое акционерное общество "КуйбышевАзот"
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-07-20

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to mixers of different flows in units with forced feed of main fluid medium and may be used in whatever pipeline systems wherein extra medium is directly added to main medium flow, for example, hot condensate or heating steam. In units and pipe vertical with free flowing main medium flow, wall effect of local rarefaction originates. In said rarefaction zones, surplus medium feed union 4 is connected to pipe vertical 1, or wall 6 of pipe vertical section is provided with drilled channels 5 and jacketed 1 and union 4 is connected thereto. Fluid flow mechanical energy in whatever configuration of pipeline verticals is used. ^ EFFECT: possibility to exploit energy of low-potential steam or hot condensate to recover wasted power, hence, to reduce volume of primary combusted gas. ^ 6 cl, 5 dwg

Description

Устройство для смешивания потоков основной и добавочной текучих сред относится к устройствам для смешивания (объединения) различных потоков жидкости и жидкости или жидкости и пара (газа) в гидравлических трубопроводных установках с напорным перемещением потока основной текучей среды, имеющим, по меньшей мере, один участок вертикально расположенного трубопровода со свободно падающим потоком, и может использоваться во всех промышленных, технологических и хозяйственных системах с вертикальными участками трубопроводов, где производится дополнительное прямое введение в поток основной среды - потока добавочной (среды) в виде необходимых реагентов или теплоносителя, например горячего конденсата или греющего пара.A device for mixing the flows of the main and auxiliary fluids refers to devices for mixing (combining) various flows of liquid and liquid or liquid and steam (gas) in hydraulic pipe installations with a pressure movement of the flow of the main fluid having at least one vertical section located pipeline with a freely falling flow, and can be used in all industrial, technological and economic systems with vertical sections of pipelines where additional direct introduction to the flow of the main medium - the additional flow (medium) in the form of the necessary reagents or coolant, for example hot condensate or heating steam.

Известны конструкции - аналоги, см. работу: Барбанель Б.А., Васильцов Э.А., Максимова С.С. Перемешивание текучих сред в трубопроводе. Обзорная информация. Серия ХМ-1. Москва, Цинтихимнефтемаш, 1981, рис.6, стр.13. В известных конструкциях аналогов, включающих трубопроводы напорного перемещения основного и добавочного потоков текучей среды, установлено устройство их объединения-смешивания (образования смеси одной среды с другой). Устройство выполнено в виде последовательно соединенных на трубопроводе основного потока тройникового узла и статического смесителя. К перпендикулярному штуцеру тройникового узла подсоединен трубопровод подвода потока добавочной среды. Суть работы конструкций, принятых за аналоги, заключается в следующем. При движении по обоим трубопроводам потоков основной и добавочной среды (например, в реакционный аппарат или просто при циркуляции потока основной среды по замкнутому контуру), через выполненный узел ввода - трубный тройник в трубопровод потока основной среды попадает второй необходимый для реакции компонент (реагент) или теплоноситель, например греющий пар. В статическом смесителе, размещенном за тройниковым узлом, а точнее непосредственно во внутреннем объеме статического смесителя возникает необходимое смешивание потоков сред (с возникновением реакции или подогрева).Known designs - analogues, see work: Barbanel B.A., Vasiltsov E.A., Maksimova S.S. Mixing fluids in the pipeline. Overview information. XM-1 series. Moscow, Tsintihimneftemash, 1981, fig. 6, p. 13. In the known constructions of analogues, including pipelines for the pressure displacement of the main and additional fluid flows, a device for combining them is installed (forming a mixture of one medium with another). The device is made in the form of a tee assembly and a static mixer connected in series to the main flow pipe. A pipe for supplying an additional medium flow is connected to the perpendicular fitting of the tee assembly. The essence of the work of structures taken as analogues is as follows. When the flows of the main and auxiliary medium flow through both pipelines (for example, into the reaction apparatus or simply when the main medium flows in a closed loop), the second component necessary for the reaction (reagent) gets into the main medium flow pipe through the input unit - pipe tee coolant, for example heating steam. In a static mixer located behind the tee assembly, or rather directly in the internal volume of the static mixer, the necessary mixing of media flows occurs (with the occurrence of a reaction or heating).

Недостатками конструкций аналогов является невозможность подачи - ввода потока добавочной среды без принудительного насосного побуждения. К другим недостаткам устройств можно отнести: пониженную безопасность процесса из-за возможности попадания потока основной среды в трубопровод нагнетания добавочной (через тройник его ввода) при внезапном отключении или выходе из строя побудителя (нагнетателя) потока добавочной среды, т.е. при прекращении подачи потока добавочной среды. В применении к узлу подачи, для целого перечня реагентов, попадание основной среды обратным ходом в линию добавочно-реагентной среды не допустимо по условиям безопасности. (Возможно развитие взрывной реакции. Наиболее характерный пример смешивания - запрещенное наливание воды в серную кислоту.)The disadvantages of the designs of analogues is the inability to supply - input flow of an additional medium without forced pump motivation. Other disadvantages of the devices include: reduced process safety due to the possibility of the flow of the main medium entering the additional injection pipe (through its input tee) during the sudden shutdown or failure of the inducer (supercharger) of the additional medium flow, i.e. upon termination of the flow of the auxiliary medium. As applied to the supply unit, for the whole list of reagents, the ingress of the main medium backward into the line of the additional reagent medium is not permissible under safety conditions. (An explosive reaction is possible. The most typical example of mixing is the forbidden pouring of water into sulfuric acid.)

Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является трубный узел ввода циклогексаноноксима в перегруппированный продукт (сернокислотный раствор капролактама), по патенту РФ №2317848. Устройство смешивания прототипа выгодно отличается от аналогов подсосным - инжекционным вводом добавляемой среды в поток основной среды, и с 2005 г. используется на стадии двухступенчатой перегруппировки в производстве капролактама ОАО "КуйбышевАзот". Конструкция по патенту РФ №2317848 состоит из трубной катушки с диаметром, равным диаметру трубы потока основной среды. Катушка по конструкции не отличается от классической трубчатки кожухотрубчатого теплообменника, только длина ее значительно короче (катушка тоже содержит две перегородки с вваренными в них продольными короткими трубками - патрубками). Причем вместо двух штуцеров - ввода и вывода теплоносителя из межтрубного пространства в классической трубчатке теплообменника, в катушке трубного узла ввода прототипа штуцер один и врезан посередине узла (трубной катушки). Этот штуцер предназначен для ввода потока добавочной среды в межпатрубочное пространство катушки. В отличие от теплообменника, в стенках патрубков, возле первой перегородки, со стороны (в объеме) межпатрубочного пространства насверлено множество каналов для поступления-подсоса потока добавочной среды (из межпатрубочного пространства) в патрубки с потоком основной среды. (Все каналы насверлены только в одной плоскости).The closest in technical essence the solution adopted for the prototype is a tube assembly for introducing cyclohexanone oxime into a rearranged product (sulfuric acid solution of caprolactam), according to RF patent No. 2317848. The prototype mixing device compares favorably with its counterparts by suction - injection injection of the added medium into the main medium flow, and since 2005 it has been used at the two-stage rearrangement stage in the production of caprolactam of KuibyshevAzot OJSC. The design of the patent of the Russian Federation No. 2317848 consists of a tube coil with a diameter equal to the diameter of the pipe flow of the main medium. The coil in design does not differ from the classic tube of a shell-and-tube heat exchanger, only its length is much shorter (the coil also contains two partitions with longitudinal short tubes welded into them - pipes). Moreover, instead of two fittings - inlet and outlet of the coolant from the annular space in the classic tube of the heat exchanger, in the coil of the tube assembly of the prototype inlet, there is only one fitting and is cut into the middle of the assembly (tube coil). This fitting is designed to enter the flow of the auxiliary medium into the annulus of the coil. Unlike the heat exchanger, in the walls of the nozzles, near the first partition, from the side (in volume) of the inter-pipe space, many channels are drilled for the intake-suction of the flow of the auxiliary medium (from the inter-pipe space) into the pipes with the flow of the main medium. (All channels are drilled in only one plane).

Работа конструкции прототипа состоит в подаче через узел смешивания обоих потоков: основной и добавочной среды. Поток основной среды перемещается по трубопроводу полным сечением до первой поперечной перегородки, затем разделяется на струи, входящие в патрубки, а проследовав по ним, после второй перегородки, струи вновь сливаются в общий поток. В это время поток добавляемой среды через перпендикулярно вваренный штуцер подается в межпатрубочную полость катушки, заполняет ее, и по множеству каналов, насверленных вначале патрубков, проникает в транзитные струи потока основной среды, перемешиваясь с ними. Объединение и одновременно результативное смешивание потока добавочной среды с потоком основной осуществляется за счет многоканальной инжекции - многоканального подсоса без принудительного насосного побуждения текучей среды добавочного потока (по множеству насверленных каналов). Источником разрежения является механическая энергия потока основной среды. Плоскость размещения насверленных каналов попадает во входную зону сжатия сечения струи с возникновением в этой зоне эффекта разрежения. Превышения давления в линии добавочной среды над давлением в линии основной среды, в отличие от конструкций аналогов, в устройстве - прототипе, для реализации процесса смешивания, не требуется. Более того, из-за возникновения инжектирующего разрежения основная среда не может попасть в линию добавочной среды. То есть устройство смешивания одновременно служит своеобразным обратным клапаном на линии добавочного потока, повышая безопасность процесса.The work of the design of the prototype consists in the flow through the mixing node of both flows: the primary and secondary environment. The flow of the main medium moves through the pipeline in full cross section to the first transverse partition, then it is divided into jets entering the nozzles, and following them, after the second partition, the jets merge again into a common stream. At this time, the flow of the added medium through the perpendicularly welded fitting is fed into the inter-tube cavity of the coil, fills it, and through the many channels drilled at the beginning of the nozzles, it penetrates into the transit jets of the flow of the main medium, mixing with them. Combining and at the same time efficient mixing of the additional medium flow with the main flow is carried out due to multichannel injection — multichannel suction without forced pumping of the additional flow fluid medium (through a plurality of drilled channels). The source of rarefaction is the mechanical energy of the flow of the main medium. The plane of placement of the drilled channels falls into the inlet compression zone of the jet section with the occurrence of a rarefaction effect in this zone. The excess pressure in the line of the auxiliary medium over the pressure in the line of the main medium, in contrast to the designs of analogues, in the device prototype, for the implementation of the mixing process, is not required. Moreover, due to the occurrence of injection rarefaction, the main medium cannot enter the line of the auxiliary medium. That is, the mixing device simultaneously serves as a kind of check valve on the additional flow line, increasing the safety of the process.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является увеличение энергозатрат на побудительное перемещение потока основной текучей среды из-за увеличения гидравлического сопротивления трубопровода, в который вставлена катушка с перегородками. Особенно этот недостаток повышает затраты в циркуляционных гидравлических сетях.The disadvantage of the device adopted for the prototype is the increase in energy consumption for the motive movement of the flow of the main fluid due to the increase in hydraulic resistance of the pipeline into which the coil with partitions is inserted. Especially this drawback increases the cost of circulating hydraulic networks.

Целью заявляемого предложения является снижение энергозатрат на смешивание потоков за счет снижения или исключения гидравлического сопротивления устройства инжекционного смешивания текучих сред путем использования разрежения, возникающего на участках вертикальных трубопроводов со свободно падающим потоком основной среды.The aim of the proposed proposal is to reduce the energy consumption for mixing flows by reducing or eliminating the hydraulic resistance of the injection device for mixing fluid by using the vacuum that occurs in sections of vertical pipelines with a freely falling flow of the main medium.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для смешивания потоков текучих сред, включающем: участок вертикального трубопровода со свободно падающим потоком основной среды; трубопровод потока добавочной среды-реагента или теплоносителя, например греющего пара и статический смеситель, к вертикальному трубопроводу со свободно падающим потоком основной среды подсоединен, по меньшей мере, один штуцер для инжекционного ввода добавочной среды, причем к другому концу штуцера подключен трубопровод потока добавочной среды. Вертикальный участок трубопровода в месте размещения штуцера выполнен со сквозными каналами в стенке и закрыт наружной рубашкой, причем штуцер ввода добавочной среды подсоединен к наружной рубашке.This goal is achieved in that in a device for mixing fluid flows, including: a section of a vertical pipeline with a freely falling flow of the main medium; at least one nozzle for injecting an additional medium is connected to a vertical pipeline with a free-flowing stream of the main medium, and at least one nozzle for connecting the additional medium flow is connected to the vertical end of the nozzle. The vertical section of the pipeline at the location of the fitting is made with through channels in the wall and is closed by the outer jacket, and the fitting of the input of the additional medium is connected to the outer jacket.

Оси сквозных каналов выполнены под углом к оси вертикального участка трубопровода, так что верх каждого канала расположен на наружной поверхности, а низ - на внутренней поверхности стенки.The axis of the through channels is made at an angle to the axis of the vertical section of the pipeline, so that the top of each channel is located on the outer surface, and the bottom on the inner surface of the wall.

Статический смеситель, введенный в вертикальный трубопровод со свободно падающим потоком основной среды, за последним штуцером инжекционного ввода потока добавочной среды по ходу свободно падающего основного потока, размещен в нижнем конце вертикального участка трубопровода. В случае дополнительного ввода в свободно падающий поток основной среды газообразного компонента, например греющего пара, в нижнем конце вертикального участка трубопровода установлен сепаратор. В схемах с использованием кристаллизующихся жидкостей, например в дистилляции капролактама, подключение производится к замкнутому конденсатному трубопроводному контуру временно на период разогрева.A static mixer, introduced into a vertical pipeline with a freely falling flow of the main medium, behind the last nozzle of the injection inlet of the additional medium flow along the freely falling main flow, is located at the lower end of the vertical section of the pipeline. In the case of additional input into a freely falling flow of the main medium of a gaseous component, for example, heating steam, a separator is installed at the lower end of the vertical section of the pipeline. In schemes using crystallizing liquids, for example, in the distillation of caprolactam, the connection is made to a closed condensate pipeline circuit temporarily for the period of heating.

Заявляемое предложение поясняется фиг.1-5.The claimed proposal is illustrated in figures 1-5.

На Фиг.1 приведена схема предложенного устройства в циркуляционном варианте с вертикальным участком трубопровода со свободно падающим потоком основной среды, к которому подключены два штуцера ввода добавочной среды через трубопровод, соединенный с емкостью добавок. На нижнем конце вертикального участка трубопровода размещен статический смеситель.Figure 1 shows a diagram of the proposed device in a circulating version with a vertical section of the pipeline with a freely falling flow of the main medium, to which are connected two fittings for introducing additional medium through a pipeline connected to the additive tank. At the lower end of the vertical section of the pipeline is a static mixer.

На Фиг.2 представлен фрагмент схемы с введенным подключением двух штуцеров ввода потока добавочной среды к вертикальному участку трубопровода со свободно падающим потоком основной среды. На нижнем конце вертикального участка трубопровода размещены статический смеситель и сепаратор.Figure 2 presents a fragment of the circuit with the inserted connection of two fittings for introducing the flow of additional medium to the vertical section of the pipeline with a freely falling flow of the main medium. At the lower end of the vertical section of the pipeline placed a static mixer and a separator.

На Фиг.3 изображена схема замкнутого конденсатного оборотного цикла - контура установки дистилляции капролактама с введенным заявляемым устройством смешивания для использования - включения на стадии пускового разогрева. Подогрев производится сбросным паром от коллектора или горячим конденсатом от емкости конденсата. (После окончания пускового разогрева - выхода на штатный режим, устройство смешивания отключается и подключается охлаждающий теплообменник).Figure 3 shows a diagram of a closed condensate reverse cycle - the circuit of the caprolactam distillation unit with the inventive mixing device for use - inclusion at the start-up heating stage. Heating is carried out with waste steam from the collector or hot condensate from the condensate tank. (After the end of the start-up heating-exit to the normal mode, the mixing device is turned off and the cooling heat exchanger is connected).

На Фиг.4 приведен фрагмент схемы с устройством смешивания на вертикальном участке трубопровода в виде участка со сверлениями, закрытого снаружи рубашкой, к которой подсоединен штуцер ввода добавочной среды.Figure 4 shows a fragment of a circuit with a mixing device on a vertical section of the pipeline in the form of a section with drilling, closed on the outside with a jacket, to which the nozzle for introducing an additional medium is connected.

На Фиг.5 изображен в увеличенном виде и в разрезе участок вертикального трубопровода со свободно падающим потоком основной среды, где в стенке трубопровода насверлены наклонные каналы, закрытые рубашкой.Figure 5 shows an enlarged view and in section of a section of a vertical pipeline with a freely falling flow of the main medium, where inclined channels closed by a jacket are drilled in the pipe wall.

Предложенное устройство для смешивания текучих сред включает расположенный между верхней и нижней высотными отметками участок вертикального трубопровода 1 со свободно падающим потоком основной среды. К верхнему концу вертикального участка трубопровода подведен горизонтальный, подвешенный участок 2 (Фиг.2). Вертикальный участок 1 и горизонтальный участок 2 могут быть подключены к промежуточному приемно-накопительному резервуару 3 (Фиг.1; 3; 4). На участке вертикального трубопровода по варианту Фиг.1; 2; 3, к нему подсоединены два штуцера 4, а на Фиг.4 - один штуцер 4 для ввода потока добавочной среды в поток основной среды. Принципиально, для реализации решения, достаточно только одного (по меньшей мере, одного) штуцера 4. На Фиг.4 и 5 ввод добавочной среды осуществлен через насверленные каналы 5 в стенке трубы 6 участка вертикального трубопровода 1. Стенка 6 с насверленными каналами 5 закрыта снаружи рубашкой 7, к которой подсоединен штуцер ввода добавочной среды 4. Каналы 5 могут быть насверлены перпендикулярно оси участка вертикального трубопровода 1 - на фигурах условно не показано, а могут выполняться под углом к оси, так, что верх каждого канала расположен на наружной поверхности стенки 6, а низ - на внутренней, как показано на Фиг.5. Наклонное выполнение каналов 5 усиливает подсос добавочной среды. Подача добавочной среды производится по трубопроводу 8 от емкости 9 с реагентом или горячим конденсатом - вариант по Фиг.1; 4. Возможна подача по трубопроводу 10 греющего пара от коллектора 11 - Фиг.2. На Фиг.3 показана конструктивно-совмещенная подача: горячего конденсата от емкости 9 и пара от коллектора 11 (по трубопроводам 8 и 10 соответственно). Причем на Фиг.1-4 показаны схемы или фрагменты схем в варианте циркуляции с циркуляционным насосом 12, установленным на нижней отметке. На нижнем конце вертикального участка трубопровода 1 размещен статический смеситель 13. В случае, если поток основной среды и поток добавочной среды различаются по фазе, т.е. в поток падающей жидкости вводится пар, за статическим смесителем 13 на нижней высотной отметке размещен сепаратор 14. На Фиг.3 приведен пример включения предложенного устройства в замкнутую схему оборотного конденсатного цикла охлаждения теплообменника-конденсатора 15 установки дистилляции капролактама с температурой кристаллизации +68°С. Где подключение заявленного устройства производится только на период пускового разогрева (т.к. приводит к противоположному, в сравнении со штатным режимом технологическому воздействию). Устройство по Фиг.3 введено в циркуляционный водяной контур теплообменника - конденсатора 15, являющегося оголовком колонны дистилляции 16. Для отключения введенного устройства после окончания разогрева предназначены вентили 17 на трубопроводе греющего теплоносителя - греющего пара или горячего конденсата. Вентили 18 предназначены для подключения оборотной воды в теплообменник 19 (для подачи оборотной воды на охлаждение конденсата, попадающего после теплообменника 19 в трубчатку теплообменника - конденсатора 15). Т.е. для перевода установки в штатный режим.The proposed device for mixing fluids includes located between the upper and lower elevations of the vertical section of the pipeline 1 with a freely falling flow of the main medium. To the upper end of the vertical section of the pipeline summed up a horizontal, suspended section 2 (Figure 2). The vertical section 1 and the horizontal section 2 can be connected to the intermediate receiving-storage tank 3 (Figure 1; 3; 4). In a section of a vertical pipeline according to the embodiment of FIG. 1; 2; 3, two nipples 4 are connected to it, and in FIG. 4, one nipple 4 for introducing an additional medium flow into the main medium flow. Fundamentally, to implement the solution, only one (at least one) fitting 4 is sufficient. In FIGS. 4 and 5, the additional medium is introduced through the drilled channels 5 in the pipe wall 6 of the vertical pipe section 1. The wall 6 with the drilled channels 5 is closed from the outside a jacket 7, to which a nozzle for introducing an additional medium is connected 4. The channels 5 can be drilled perpendicular to the axis of the section of the vertical pipeline 1 - not shown conventionally in the figures, but can be performed at an angle to the axis, so that the top of each channel is located on the outer surface of the wall 6, and the bottom on the inside, as shown in Fig.5. The oblique execution of the channels 5 enhances the suction of the additional medium. The feed medium is produced through a pipe 8 from the tank 9 with a reagent or hot condensate - option of figure 1; 4. Possible supply through the pipeline 10 of heating steam from the collector 11 - Figure 2. Figure 3 shows the structurally combined supply: hot condensate from the tank 9 and steam from the collector 11 (through pipelines 8 and 10, respectively). Moreover, Figs. 1-4 show circuits or fragments of circuits in a circulation embodiment with a circulation pump 12 mounted at a lower mark. At the lower end of the vertical section of the pipeline 1, a static mixer 13 is placed. In the case where the flow of the main medium and the flow of the auxiliary medium differ in phase, i.e. Steam is introduced into the flow of falling liquid, behind the static mixer 13, a separator 14 is placed at the lower elevation. Figure 3 shows an example of the inclusion of the proposed device in a closed circuit of the condensate circulation cycle for cooling the heat exchanger-condenser 15 of a caprolactam distillation unit with a crystallization temperature of + 68 ° C. Where the connection of the claimed device is made only for the period of starting warm-up (because it leads to the opposite, in comparison with the regular mode technological impact). The device of FIG. 3 is inserted into the circulation water circuit of the heat exchanger - condenser 15, which is the head of the distillation column 16. To shut off the introduced device after the end of heating, valves 17 on the heating coolant pipeline - heating steam or hot condensate are intended. The valves 18 are designed to connect the circulating water to the heat exchanger 19 (for supplying circulating water to cool the condensate that enters the tube of the heat exchanger - condenser 15 after the heat exchanger 19). Those. to transfer the installation to normal mode.

Работа предложенного устройства для смешивания потоков текучих сред состоит в следующем. Поток основной среды подается к верхнему концу вертикального участка трубопровода 1 по горизонтальному, поднятому над верхней отметкой, участку трубопровода 2, или по участку 2 в приемно-накопительный резервуар 3, размещенный на верхней отметке, а из него в верхний конец вертикального трубопровода 1. Попав в верхний конец участка вертикального трубопровода 1, порция потока основной среды, в условно дискретном представлении, начинает свободное падение вниз. По мере падения условно дискретной порции, за счет ускорения свободного падения, скорость порции потока возрастает. Из условия неразрывности потока, неразрывности следования порций с учетом увеличивающейся скорости движения возникает условное сужение поперечного сечения - эффект условного сжатия сечения потока и образования в пристеночном пространстве вертикального участка трубопровода 1 вытянутой зоны разрежения. (Подобно возникающему по патенту РФ №2317848, но по другому механизму - эффекту разрежения на входе в парубки устройства прототипа). Следует отметить, что зона разрежения исчезает перед нижним гидросопротивлением - отводом, т.е. - поворотом потока или статическим смесителем 13.The operation of the proposed device for mixing fluid flows is as follows. The flow of the main medium is supplied to the upper end of the vertical section of the pipeline 1 along the horizontal section of the pipeline 2 raised above the upper mark, or along the section 2 to the receiving and storage tank 3 located at the upper mark, and from it to the upper end of the vertical pipeline 1. Once in the upper end of the vertical pipeline section 1, a portion of the flow of the main medium, in a conditionally discrete representation, begins a free fall down. As the conditionally discrete portion falls, due to the acceleration of gravity, the portion rate of the flow increases. From the condition of continuity of the flow, continuity of the portions taking into account the increasing speed of movement, a conditional narrowing of the cross section arises - the effect of conditional compression of the flow section and the formation in the wall space of the vertical section of the pipeline 1 of an extended rarefaction zone. (Similar to that arising from the patent of the Russian Federation No. 2317848, but according to a different mechanism - the effect of rarefaction at the entrance to the prototype device couplers). It should be noted that the rarefaction zone disappears in front of the lower hydroresistance - outlet, i.e. - rotation of the flow or static mixer 13.

Штуцера 4, подсоединенные именно в зоне возникающего эффекта разрежения, подсасывают по трубопроводам 8 или 10 соответственно реагент или горячий конденсат из емкости 9 или греющий пар из коллектора сбросного пара 11 независимо от наличия или отсутствия давления в этих средах. В варианте, приведенном на Фиг.4 и 5, через штуцер 4 поток добавочной среды попадает под рубашку 7 в насверленные каналы 5 в стенке 6. После подсасывания - попадания добавочного потока внутрь вертикального участка трубопровода 1 оба потока смешиваются (с реакцией или подогревом). Наиболее результативное однородное смешивание обоих сред дает объединение потоков именно по варианту Фиг.4 и 5 предложенным многоканальным сверлениям стенки 6 вертикального участка трубопровода 1. Для еще большего увеличения степени однородности смешанного потока на нижнем конце вертикального участка размещен статический смеситель 13. Сразу за штуцером 4 устанавливать статический смеситель 13 нельзя, т.к. создаваемое им гидросопротивление исключает возникновение эффекта разрежения на части длины участка свободно падающего потока, т.е. уменьшает длину участка с эффектом разрежения. Сам механизм смешивания сред в статическом смесителе ничем не отличается от механизма, подробно описанного в брошюре с конструкциями - аналогами, а потому для сокращения текста здесь условно не приводится (в предложенном решении защищается только место размещения статического смесителя - на нижнем конце вертикального участка трубопровода). В варианте с подсосом пара, т.е. подсосом газофазной среды (среды отличающейся по фазовому состоянию от падающей жидкости), исключение кавитации циркуляционного насоса 12, достигается тем, что после статического смесителя 13 смешанный поток для отбивки - отделения газа от жидкости вводится в сепаратор 14. В сепараторе 14, размещенном также перед насосом 12, газовая фаза выводится вверх за счет разделения потока при расширении. В схеме по Фиг.3 на установке дистилляции в период разогрева используется совмещенная схема: с подсосом и горячего конденсата и пара, хотя наиболее выгодно использование пара как добавочной среды с увеличенным теплосодержанием за счет скрытой теплоты парообразования. Разогрев установки дистилляции производится следующим образом. Заполняют (не полностью) конденсатом циркуляционный контур: насос 12, теплообменник 19, затем теплообменник-конденсатор 15, участок горизонтального трубопровода 2, приемно-накопительный резервуар 3 и вертикальный участок трубопровода 1. Причем участок горизонтального трубопровода 2 и часть приемно-накопительного резервуара оставляют свободными под будущую конденсацию греющего пара или добавление горячего конденсата. Включают насос 12. Холодный конденсат начинает циркулировать в контуре. На участке вертикального трубопровода 1 возникает пристеночная зона с разрежением. Через штуцеры 4 или насверленные каналы 5 в стенке трубопровода 6 добавочная горячая среда, после открытия вентилей 17, попадает внутрь вертикального участка трубопровода и смешивается с потоком основной среды. Через некоторое время работающей циркуляции трубчатка теплообменника - конденсатора 15 нагревается, т.е. становится готова к ожижению паров капролактама (температура +105°С), без кристаллизации капролактама (+68°С) прямо на трубчатке, как было бы в случае прямого контакта с трубчаткой, заполненной холодным конденсатом. После этого предложенное устройство отключают, закрывая вентили 17. Постепенно, с началом выхода на штатный режим, открывают вентили 18 на подаче охлаждающей оборотной воды в теплообменник 19, т.к. теперь циркулирующий конденсат должен снимать теплоту конденсации паров капролактама.The nozzles 4, connected precisely in the zone of the resulting rarefaction effect, draw in reagents 8 or 10, respectively, reagent or hot condensate from the tank 9 or heating steam from the waste vapor collector 11, regardless of the presence or absence of pressure in these environments. In the embodiment shown in Figs. 4 and 5, through the nozzle 4, the flow of the additional medium flows under the jacket 7 into the drilled channels 5 in the wall 6. After suctioning, the additional stream enters the vertical section of the pipeline 1, both flows are mixed (with reaction or heating). The most effective homogeneous mixing of both media gives the combination of flows according to the embodiment of FIGS. 4 and 5 of the proposed multi-channel drilling of the wall 6 of the vertical section of the pipeline 1. To further increase the degree of homogeneity of the mixed stream, a static mixer 13 is placed at the lower end of the vertical section 13. Install immediately after the nozzle 4 static mixer 13 is impossible, because the hydroresistance created by it excludes the occurrence of the rarefaction effect on part of the length of the free-falling flow section, i.e. reduces the length of the section with the rarefaction effect. The very mechanism of mixing media in a static mixer is no different from the mechanism described in detail in the brochure with structures - analogues, and therefore it is not conditionally given here to shorten the text (in the proposed solution only the location of the static mixer is protected - at the lower end of the vertical section of the pipeline). In the variant with steam suction, i.e. by suction of a gas-phase medium (a medium that differs in phase state from the incident liquid), the exclusion of cavitation of the circulation pump 12 is achieved by the fact that after the static mixer 13 a mixed flow for beating - separating gas from the liquid is introduced into the separator 14. In the separator 14, also located in front of the pump 12, the gas phase is discharged upward by dividing the flow upon expansion. In the scheme of FIG. 3, a combined scheme is used at the distillation unit during the warm-up period: with suction and hot condensate and steam, although it is most advantageous to use steam as an additional medium with increased heat content due to the latent heat of vaporization. Heating the distillation plant is as follows. The circulation circuit is filled (not completely) with condensate: pump 12, heat exchanger 19, then heat exchanger-condenser 15, horizontal pipe section 2, collection and storage tank 3 and vertical pipe section 1. Moreover, the horizontal pipe section 2 and part of the storage and storage tank are left free under the future condensation of heating steam or the addition of hot condensate. Turn on pump 12. Cold condensate begins to circulate in the circuit. In the section of the vertical pipeline 1, a near-wall zone with rarefaction occurs. Through the fittings 4 or the drilled channels 5 in the wall of the pipeline 6, the additional hot medium, after opening the valves 17, enters the vertical section of the pipeline and mixes with the flow of the main medium. After some time of working circulation, the tube of the heat exchanger - condenser 15 is heated, i.e. it becomes ready to liquefy caprolactam vapor (temperature + 105 ° С), without crystallization of caprolactam (+ 68 ° С) directly on the tube, as would be the case with direct contact with the tube filled with cold condensate. After that, the proposed device is turned off by closing valves 17. Gradually, with the start of normal operation, the valves 18 are opened to supply cooling circulating water to the heat exchanger 19, because the circulating condensate should now remove the heat of condensation of the caprolactam vapor.

В современных технологических установках получает широкое использование верхнее размещение приемно-накопительного резервуара, соединяемого со всасом насосов, благодаря чему возникает значительный подпор на всасе насоса, снижающий мощность насосного агрегата. Одновременно, благодаря этому расширяется использование компоновочных решений с высокими вытянутыми вверх этажерками наружных установок, с длинными вертикальными участками технологических трубопроводов со свободным падением жидкости, в которых имеются протяженные развитые участки разрежения. Только с наличием в трубопроводных схемах вертикальных участков трубопроводов органически связана возможность подключения предложенного устройства для смешивания потоков текучих сред. В отличие от аналогов, сохранен присущий прототипу подсосный механизм объединения потоков. В отличие от прототипа, гидросопротивление устройства понижено, тем самым снижены энергозатраты на смешивание. Кроме экономии затрат на смешивании, выгодно применение заявленного предложения в технологических установках промышленных производств, где имеются большие количества неиспользуемого ныне, низкопотенциального сбросного пара, который можно возвращать к полезному использованию, подсасывая его независимо от уровня давления в коллекторе и колебаний этого уровня. Подсосная схема объединения потоков также позволяет повысить безопасность - избежать возникновения гидроударов при попадании жидкости обратным ходом в трубопровод пара. Причем главное - использовать это решение можно везде, т.к. в упрощенном варианте, без статического смесителя 13 и сепаратора 14, введение предложенного решения дополнительного увеличения гидросопротивления гидравлической сети вообще не вызывает. (Сопротивление от сверлений стенки - перфорация поверхности сопоставима с изменением шероховатости в процессе эксплуатации). То есть условия работы любой проектной схемы остаются неизменны.In modern technological installations, the upper placement of the collection and storage tank connected to the pump inlet is widely used, due to which there is a significant back pressure at the pump inlet, which reduces the power of the pump unit. At the same time, thanks to this, the use of layout solutions with high upstand shelves of outdoor units, with long vertical sections of process pipelines with free fall of liquid, in which there are extended developed rarefaction areas, is expanding. Only with the presence of vertical sections of pipelines in the piping schemes is the possibility of connecting the proposed device for mixing fluid flows organically connected. Unlike analogues, the inherent prototype suction mechanism for combining flows is preserved. In contrast to the prototype, the hydraulic resistance of the device is reduced, thereby reducing the energy consumption for mixing. In addition to saving mixing costs, it is advantageous to use the claimed proposal in technological plants of industrial production, where there are large quantities of currently unused, low-grade waste steam, which can be returned to useful use, sucking it regardless of the pressure level in the reservoir and fluctuations of this level. The suction-based flow pooling scheme also allows you to increase safety - to avoid the occurrence of water hammer when liquid gets back into the steam pipeline. And the main thing is that you can use this solution everywhere, because in a simplified version, without a static mixer 13 and a separator 14, the introduction of the proposed solution does not cause an additional increase in the hydraulic resistance of the hydraulic network. (Resistance from wall drilling - surface perforation is comparable to a change in roughness during operation). That is, the working conditions of any design scheme remain unchanged.

Благодаря предложенному решению используется низкопотенциальный пар (или горячий конденсат), возвращающий большие потери бесполезно сбрасываемой энергии, и тем самым снижающий объемы первичного сжигаемого газа. Привычные затраты сжигаемого газа переводятся в резервные мощности.Thanks to the proposed solution, low-grade steam (or hot condensate) is used, which returns large losses of uselessly discharged energy, and thereby reduces the volume of primary combusted gas. The usual costs of flared gas are transferred to reserve capacities.

В ОАО «КуйбышевАзот» заявленное решение будет использовано в проекте реконструкции установки дистилляции капролактама (по Фиг.3), в качестве пускового разогревателя для внутреннего замкнутого конденсатного оборотного цикла, предназначенного для конденсатного охлаждения паровой трубчатки надколенного теплообменника (конденсатора) паров капролактама (в штатном режиме работы установки оборотный конденсат сам является охлаждающим агентом). Кроме отсутствия затрат на смешивание, а также не использования - экономии пара на разогрев (использован сбросной пар), предложение позволяет не изготавливать и не обвязывать дополнительно применявшееся пароэжекторное устройство. Планируемый ввод в эксплуатацию - 2010 год.At KuibyshevAzot OJSC, the stated solution will be used in the reconstruction project of the caprolactam distillation unit (in FIG. 3), as a starting heater for the internal closed condensate reverse cycle, designed for condensate cooling of the steam tube of the popliteal heat exchanger (condenser) of caprolactam vapor (in normal operation) the unit’s operation, the condensate itself is a cooling agent). In addition to the absence of mixing costs, as well as not using - saving steam for heating (waste steam was used), the proposal allows not to manufacture and not to bind the additionally used steam ejector device. Planned commissioning - 2010.

Claims

1. A device for mixing fluid flows, including: a section of a vertical pipeline with a freely falling flow of the main medium; a conduit for the flow of the auxiliary medium — reagent or coolant, for example, heating steam, and a static mixer, characterized in that at least one nozzle for injection of the additional medium is connected to a vertical pipeline with a freely falling main stream, and a pipeline is connected to the other end of the nozzle flow medium.

2. The device according to claim 1, characterized in that the vertical section of the pipeline at the location of the fitting is made with through channels in the wall and is closed by the outer jacket, and the fitting of the input of the additional medium is connected to the outer jacket.

3. The device according to claim 1, characterized in that the axis of the through channels is made at an angle to the axis of the vertical section of the pipeline so that the top of each channel is located on the outer surface and the bottom on the inner surface of the wall.

4. The device according to claim 1, characterized in that the static mixer, introduced into the vertical pipe with a freely falling flow of the main medium behind the last fitting of the injection inlet of the flow of the additional medium along the freely falling flow of the main medium, is located at the lower end of the vertical section.

5. The device according to claim 1, characterized in that in the case of additional input into the freely falling stream of the main medium of a gaseous component, for example heating steam, a separator is installed at the lower end of the vertical section of the pipeline.

6. The device according to claim 1, characterized in that in schemes using crystallizing liquids, for example in the distillation of caprolactam, the connection is made to a closed condensate pipeline circuit temporarily for the period of heating.