УДК  628.543

Эффективность смешивания реагентов в трубном статическом смесителе типа KENICS при различных соотношениях ширины лопастей

Ли Жуйминь – магистрант Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Аннотация. Тема статьи посвящена эффективности смешивания реагентов в трубном статическом смесителе типа KENICS при различных соотношениях ширины лопастей. В ходе исследования было получено рабочее состояние смесителя смоделированного с помощью программы конечно-элементного анализа ANSYS FLUENT при различных давлениях. Проведено геометрическое моделирование торсионных элементов с двойной спиральной структурой, а также в ходе исследования получен результат, чт наилучшие результаты смешивания достигаются, когда отношение ширины лопастей е = 0.

Ключевые слова: трубный статичесий сместитель, смешивание воды и реагента, ANSYS FLUENT

Статический смеситель может достичь двух или более двух видов жидкости непрерывного смешивания или реакции процесс оборудования, которое через встроенный элемент смешивания, чтобы сделать поток жидкости в трубе состояние меняется, использование жидкости, образующейся в результате разделения, слияния, растяжения и других эффектов для достижения различных смешивания жидкости или реакции[1].

Трубный статический смеситель типа KENICS - это смеситель, содержащий концентрические лопасти типа "двойная спираль", которые обеспечивают концентрический обратный спиральный поток жидкостей в смесительной трубе[2]. 

По эффективности смешивания этот смеситель превосходит большинство типов трубных статических смесителей, представленных на рынке, но по нему было проведено очень мало исследований, особенно по его характерным параметрам, т.е. соотношению ширины спиральных лопастей в трубе (рис.1).

Рис.1. Геометрическое моделирование торсионных элементов с двойной спиральной структурой

Для проведения конечно-элементного анализа была смоделирована физическая модель(рис.2) статического смесителя трубопровода типа KENICS в программе Disign moder на основе фактических данных об изделии[2].

Рис. 2 физическая модель статического смесителя трубопровода типа KENICS

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 соотношения ширины спиральных лопастей в трубе(е = WD / WS =0, WD / WS =2/3, WD / WS =1, WD / WS =1,5).

После расчета в программе ANSYS FLUENT были получены фазовые диаграммы смешивания воды и реагента, на которой степень смешивания воды и реагента представлена от красного к зеленному, а зеленный цвет означает полное смешивание воды и реагента.

Рис.3 Эффективность смешения в трубе и на пяти характерных сечениях при е=0

Рис.4 Эффективность смешения в трубе и на пяти характерных сечениях при е=2/3

Рис.5 Эффективность смешения в трубе и на пяти характерных сечениях при е=1

Рис.6 Эффективность смешения в трубе и на пяти характерных сечениях при е=1,5

Из полученных результатов легко понять, что наилучшие результаты смешивания достигаются, когда отношение ширины лопастей е = 0, но это также подразумевает отсутствие внешних внешных лопастей, что приводит к меньшей степени турбулентности в трубопроводе, которая будет влиять при смешивании воды с твердыми частицами с помощью данного смесителя.

Список литературы

1. 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).
2. Zongyong Wang, Zhidan You, Guibin Ding Effect of twisted elements aspects ratio on the mixing performance of a concentric double helix static mixer. Journal of Beijing University of Chemical Technology. BeiJing. 2020 №41. С. 53-60.
3. Hobbs D M, Muzzio F J. Optimization of a static mixer using dynamical systems techniques[J]. Chemical Engineering Science, 1998, 53(18): 3199-3213