УДК 628.543
Эффективность смешивания реагентов в трубном статическом смесителе типа SK при различных давлениях на входе
Ли Жуйминь – магистр Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.
Аннотация. В статье рассматривается смешивание воды и реагента в трубе при различных давлениях на входе для трубного статического смесителя типа SK. Смеситель был смоделирован с помощью программы конечно-элементного анализа ANSYS FLUENT, и по результатам имитационного анализа было получено рабочее состояние смесителя при различных давлениях.
Ключевые слова: трубный статичесий сместитель, смешивание воды и реагента, ANSYS FLUENT
Трубные статические смесители используются для быстрого смешивания воды с химическими реагентами в потоке. Данная технология используется в Европе и США уже более 40 лет, однако в России она мало применяется на практике, а исследований на основе таких смесителей проведено не так много. Несмотря на то, что использование трубных статических смесителей может быть реализовано в различных нуждах при смешивании реагентов с водой [1].
Использование такого смесителя позволяет гомогенизировать раствор по мере его протекания по трубопроводу без необходимости дополнительного использования других перемешивающих устройств или моторизованного оборудования. Весь процесс смешивания осуществляется с помощью насосов и компрессоров, которые обеспечивают необходимый расход и давление. Фактический диаметр таких смесителей может составлять от нескольких миллиметров до метра и более.
Учитывая явление коррозии и электролиза смешанного раствора, в зависимости от различных химических свойств используемых реагентов, трубный статический смеситель будет изготовлен из различных материалов, например, для смешивания сильно коррозийных растворов будут использоваться трубы из ПВХ, а для смешивания воды и флокулянтов могут использоваться стальные или чугунные трубы.
Трубный статический смеситель типа SK(рис.1), является идеальным оборудованием для мгновенного смешивания воды и различных реагентов. В него можно добавлять различные коагулянты, озон, жидкий кислород и нейтрализацию кислотно-щелочного баланса, а также систему смешивания газа и воды и т. д. Имеет очень хорошую эффективность.
Рис.1 трубные статические сместители типа SK
Для проведения конечно-элементного анализа была смоделирована физическая модель(рис.2) статического смесителя трубопровода типа SK в программе Disign moder на основе фактических данных об изделии[1].
Рис.2 физическая модель статического смесителя трубопровода типа SK
В данном имитационном анализе в качестве основного раствора использовалась вода, а в качестве реагента для смешивания - соляная кислота. Соотношение воды и реагента 9:1. Эксперименты были разделены на четыре группы в зависимости от давления на входе в трубу (0,5 МПа, 1 МПа, 1,5 МПа, 2 МПа)[2].
После расчета в программе ANSYS FLUENT были получены фазовые диаграммы смешивания воды и реагента, на которой степень смешивания воды и реагента представлена от синего к красному, а красный цвет означает полное смешивание воды и реагента.
При давлении в входе 0,5 Мпа
При давлении в входе 1 Мпа
При давлении в входе 1,5 Мпа
При давлении в входе 2 Мпа
Таблица 1. Анализ рабочего состояния трубопроводного статического смесителя типа SK при различных давлениях
Давление, мпа |
Макc. скорость потока, м/с |
Мин. скорость потока, м/с |
Средняя степень смешивания, % |
0,5 |
5,58 |
1,12 |
68,89 |
1,0 |
8,38 |
1,68 |
47,46 |
1,5 |
12,82 |
2,56 |
29,32 |
2,0 |
20,66 |
4,12 |
14,37 |
Таким образом, путем исследования темы смешивания воды и реагента в трубе при различных давлениях на входе для трубного статического смесителя типа SK можно подробно увидеть, благодаря практическому исследованию путем моделирования с помощью программы конечно-элементного анализа ANSYS FLUENT можно увидеть рабочее состояние смесителя при различных давлениях.
Список литературы
- Qi Liu, Yang Liu, Shanji Li, Henan Xu, Guohua Liang, Chong Sun, Jingyun Sun. Analysis of the static mixer effect on natural gas mixing process in a pipeline. Flow Measurement and Instrumentation, 2022, 6(85).
- Поляков А.В. Иследование и разработка устройств для подачи реагента в трубопровод при давлении реагента ниже давления в трубопроводе. автореферат диссертации. КГТУ. 2012. С. 22.
- Трубный статический смеситель СМТС URL: https://ecovod.ru/trubnyj-staticheskij-smesitel-smts/