高粘度介质静态混合器的设计计算.pdf

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1、550化工机械2011矩高粘度介质静态混合器的设计计算李宝彦“张宏斌1李芳1路江安2高风武2(1东北石油大学机械学院；2大庆格瑞油田科技有限公司)摘要给出了高粘度介质静态混合器研发过程中旋转段和分散段的设计计算．混合段的设计选型原则。谊设计计算为结构设计提供了参数，也可作为进行混合器试验结果分析和改进设计的依据。关t词静态混合嚣高粘度介质设计参投中田分类号TQ051．7+I文献标识码A文章编号025445094(2011)054)5504)3随着油田三次采油技术的扩大应用，注三元和注聚合物工艺需要大量使用高粘度(超高分子量或高分子量)的

2、聚合物母液与水混合的高粘度介质静态混合器。笔者已研发的高牯度介质静态混合器⋯在油田大量使用，其母液混合液粘度与普通静态混合器的相比提高了20％以上，混合效果良好，达到油田的注人要求。为此，笔者针对该静态混合器，给出设计计算和重要参数的确定方法，以供类似设备研发时参考。1结构特点高粘度介质静态混合器按其混合作用机理，在结构分为3段(图1)，即水旋转段、母液分散段、母液与水混合段⋯。嗡震姻／7目‘十7I时≤穗时冈图1高粘度介质静态混合结构旋转段主要由同旋向K形单元(图2)构成，当水从人口进入此段，在K形单元的作用下使流束产生旋转流动，其轨迹

3、为螺旋线形。图2K形单元结构参数分散段由安装在混合室中互为90。布置的分散管组成(图3)，聚合物母液通过分散管上的开孔进入混合室后，形成滴状液体分散到水流中。混合段装有互为90。x形混合单元(图4)，其作用是将分散在水中的滴状球形母液与水进行机械混合。2旋转段设计计算水进入混合器，总流速的计算式为：u=口l／A式中u——水的总流速，m／a；Q广水的流量，若静态混合器的总处理液量(水加母液)为Q，聚合物母液·李宝彦，男．1954年8月生，教授。黑龙江省大庆市，1633lg。第38卷第5期化工机械551通流面{}{分散管孔侧孔图3分散段内的

4、分散管分布图4x彤混合单元与水的混合比例为k，则Q．=(1一k)Q，m’／s；A——通流面积，取分散段的内管截面积减去分散管在液体流动方向的投影面积(图2中阴影部分)与混合段的通流面积两个值中的较小值，m2。水进入混合段，在多个K形单元的作用下，水流发生旋转流动，总流速为螺旋旋转流速，流速的切向分量u．(切向流速)和轴向分量u。(轴向流速)的计算式为：H2㈣Snu。2usina式中d——K形单元的螺旋角，d=arctan(L／d)，(。)：L——K形单元长度，m；D——K形单元直径．m。3分散段设计计算混合段中装有互为90。分散管，分散

5、管在迎向来水的180。范围内开有小孔，母液从这些小孔中被压出，在分散管外形成多个母液柱。以分散管上孔为例计算(图3)，母液柱受到切向流速u．的作用，在母液柱上转变压力，压力的大小由伯努利方程得到(对于液体水平流动或高度无变化时)：P．+牛=p：+譬=常数式中P，，P：——初态、终态压力(不计当地压力)，Pa；u。n。——初态、终态母液流速，m／s；P——母液密度，kg／m3。水与母液柱作用前，水的初态压力P。=0，水的切向流速u。=“．；水与母液柱作用后，水被母液柱阻挡，水的终态切向流速u。=0，转换为压力P：，根据上述条件，得到水作用

6、在母液柱上的作用压力为：puIl2P：2丁因而母液柱上作用力的计算式为：F。=2r⋯hP式中F。——作用在母液柱上的力，N；^。_被压出母液柱的高度，m；r。——被压出母液柱的半径(可用分散管七开孔孔径代替)，m。母液柱在F。的作用下，受到剪切和弯曲力的联合作用，在母液柱的根部即靠近分散管外表面处，剪切和弯曲产生的应力最大(计算时仅考虑剪切力的作用)，可以使母液柱从分散管外表面被剪下脱落，分散到水流中，即满足条件：，：与巩72—下；Th盯rm式中r——母液柱截面受到的剪切应力，Pa；r广母液柱的剪切强度(与母液的粘度、密度等因素有关，可

7、通过试验方法得到)，Pa。对于分散管侧孔，它们产生的母液柱主要受到轴向流速u。的作用，根据K形单元的制造工艺要求，一般是L>d，因此H。>“．，类似以上计算可得到，侧孔母液柱受到的力比上孔母液柱受到的大；对于侧孔和顶孔之间的母液柱受到的力，比侧孔母液柱的受到的小，比上孔母液柱受到的大。因此，只要上孔母液柱受到的力满足要求，其它部位母液柱受到的力就能满足要求。母液柱形成是逐渐由短变长，作用力F。、母552化工机械2011年液柱截面剪切应力r也随着由小变大，控制母液柱的h。在(2—2．4)r。在范围内脱落，这样母液柱易形成球状分散到水流中，

8、同时又不至于出现已脱落的母液柱再次互相粘连的现象。4混合段设计原则混合段布置了多个互为90。x形单元，单个的“x”型单元如图4所示，其作用为对先期已分散在水中的球状母液粒与水进行机械混合。x形混合单元数量范