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

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

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. 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.
3. Трубный статический смеситель СМТС URL: https://ecovod.ru/trubnyj-staticheskij-smesitel-smts/