[發(fā)明專利]一種立式三噴嘴液體靜態(tài)混合器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310087340.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103212320A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍芝輝;齊成偉;郭曉樂(lè);劉繼林;蘇堪華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶科技學(xué)院
• 主分類號(hào): B01F5/04
• 分類號(hào): B01F5/04
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種立式三噴嘴液體靜態(tài)混合器，用于石油工程中的鉆井液混合均勻、兩種鉆井液或鉆井液與水的快速混合，也適用于化工、環(huán)保、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的流體混合過(guò)程。

背景技術(shù)

在石油與天然氣鉆井工程中，應(yīng)用到大量的鉆井液。鉆井液組份復(fù)雜，密度和黏度變化有一定范圍，工業(yè)應(yīng)用要求實(shí)現(xiàn)大排量高效率的連續(xù)混合。鉆井液的混合技術(shù)經(jīng)歷過(guò)射流槍混合、循環(huán)混合、機(jī)械攪拌器混合，目前在廣泛采用的正是機(jī)械攪拌器混合方式，混合的均勻性不太好。靜態(tài)混合器混合鉆井液技術(shù)起于美國(guó)，在美國(guó)已推廣工業(yè)應(yīng)用。美國(guó)的FPT公司基于自己的發(fā)明專利，生產(chǎn)出鉆井液靜態(tài)混合器產(chǎn)品用于鉆井液多組份快速均勻混合和促進(jìn)鉆井液中加入材料的水化作用。

液體快速混合設(shè)備是當(dāng)今海上鉆井的新增配套裝置，在海上表層鉆進(jìn)過(guò)程中，采用液體快速混合設(shè)備實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鉆井液密度以滿足井筒壓力控制需求，避免鉆井事故發(fā)生，提高鉆井效率、降低鉆井成本。美國(guó)的FPT公司、MISWACO公司分別基于自己的發(fā)明專利，生產(chǎn)出鉆井液靜態(tài)混合器產(chǎn)品用于海上鉆井過(guò)程。

在化工、環(huán)保、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的流體混合過(guò)程中，現(xiàn)有多種靜態(tài)混合器在應(yīng)用，都是基于某一專利技術(shù)開(kāi)發(fā)出的靜態(tài)混合器產(chǎn)品，這些行業(yè)中在用的幾種靜態(tài)混合器僅適用于低剪切速率和低流量下的混合過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種立式三噴嘴液體靜態(tài)混合器，具有剪切速率高、混合流量大、即混即用的優(yōu)越性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本混合器基本結(jié)構(gòu)為一豎立的圓桶形，設(shè)計(jì)有三個(gè)入流噴嘴和一個(gè)低壓出口。三個(gè)入流噴嘴采用了合理的空間布置，三個(gè)入流噴嘴分布于低、中、高三個(gè)位置，低、中、高三個(gè)位置的入流噴嘴的安裝仰角分別為β₃、β₂、β₁，且β₃>β₂>β₁；中間噴嘴噴入一種流體（如流體甲），上、下兩噴嘴噴入另一種流體（如流體乙）。

具體地，從筒體的水平投影看，合理布置噴嘴使甲、乙兩種流體以一定角度噴入混合腔，低和高位置的兩個(gè)入流噴嘴的水平投影重合，而處于中間位置的入流噴嘴的水平投影與低和高位置的兩個(gè)入流噴嘴的水平投影以圓桶的一條直徑線為對(duì)稱軸對(duì)稱布置，且直徑線兩邊入流噴嘴出口中心與桶內(nèi)壁相交，兩邊噴嘴出口中心與桶內(nèi)壁交點(diǎn)的連線是圓桶的一條直徑線，且低和高位置的兩個(gè)入流噴嘴的軸線與兩邊噴嘴出口中心與桶內(nèi)壁交點(diǎn)連線的圓桶直徑線的夾角α等于中間位置的入流噴嘴的軸線與兩邊噴嘴出口中心與桶內(nèi)壁交點(diǎn)連線的圓桶直徑線的夾角α，且?jiàn)A角α=20°～40°。射流交叉噴向圓桶壁面，使進(jìn)入的流體在圓桶壁面引導(dǎo)下旋轉(zhuǎn)，射流等速核距圓桶壁面保持一定距離。

從筒體縱向看，三個(gè)入流噴嘴安裝保持一定間距，間距大小約為射流交叉處相鄰射流束橫截面的半徑之和(注：低、中、高三個(gè)噴嘴噴出流體形成的三個(gè)射流束，在空間交叉，高、中兩射流束相鄰，中、低兩射流束相鄰。噴嘴是圓形出口，形成的射流束呈圓錐體，射流束橫截面是圓形，離噴嘴出口遠(yuǎn)則射流束橫截面直徑大。)

，噴嘴安裝間距較小時(shí)則混合的剪切速率會(huì)較大。每個(gè)噴嘴安裝具有一定的仰角，下噴嘴仰角β₃大于中間噴嘴仰角β₂，中間噴嘴仰角β₂大于上噴嘴仰角β₁。且β₃=13°～20°、β₂=8°～13°、β₁=3°～8°，如圖3所示。

處于下部的低壓出口距低位置噴嘴保持一定間距，且低壓出口中心到低位置噴嘴中心的縱向間距大于噴嘴間的縱向間距，以利于縱向沉降過(guò)程混合。

本發(fā)明的靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)中，由于三個(gè)入流噴嘴和一個(gè)低壓出口采用了合理的空間布置，可以形成三個(gè)方面的混合過(guò)程：

①在圓桶壁面引導(dǎo)下進(jìn)入的流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，且處于三個(gè)不同的高度，中間噴嘴進(jìn)入的流體旋轉(zhuǎn)方向與上、下噴嘴進(jìn)入的流體旋轉(zhuǎn)方向互為相反，引起剪切混合；

②中間噴嘴射流邊界層流體到達(dá)上、下噴嘴射流初始段時(shí)，被上、下噴嘴射流初始段吸入混合，同時(shí)，上、下噴嘴射流邊界層流體到達(dá)中間噴嘴射流初始段時(shí)，被中間噴嘴射流初始段吸入混合；

③處于三個(gè)不同高度的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)在重力作用下流向圓桶底面后改變90°方向進(jìn)入低壓出口，產(chǎn)生重力作用混合。這三種混合機(jī)理組合的設(shè)計(jì)可確保組份復(fù)雜、密度和黏度差異較大的兩種流體的混合效果。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：