CS255161B1 - Zařízení pro mícháni kapalin a vícefázových kapalných soustav ea sníženým smykovým napětím v míchané kapalině - Google Patents

Abstract

Zařízení sestává z nádoby opatřené ve spodní části axiálním michadlem se šikmými lopatkami, upevněném na svisle uloženém hřídeli, a v horní části popřípadě usměrňovaoím válcem a svislými narážkami. Je charakterizováno tím, že vnější okraj šikmých lopatek axiálního mí-, chadla je pevně spojen se souosým dutým válcem, nesoucím v horní části na vnější straně šikmé lopatky opačného sklonu než sklon šikmých lopatek axiálního míchadla. Šikmé lopatky axiálního míchadla mohou mít s výhodou proměnlivý úhel sklonu a rovněž šikmé lopatky dutého válce mohou být s dutým válcem spojeny přestavitelně, takže je možno docílit alternativně jednookruhového cirkulačního proudění kapaliny či suspenze středem nádoby k jejímu dnu a podél stěn nádoby směrem k hladině kapalné vsádky anebo naopak. Z hlediska proudění kapaliny michadlem je výhodné řešit lopatky míchadla ve tvaru souvislé či přerušované šroubovicové nebo- jí podobné plochy.

Description

Vynález se týká zařízení pro míchání kapalin a víoefázových kapalných soustav se sníženým smykovým napětím v míchané kapalině. Zařízení je vhodné zejména k míchání disperzních nátěrových hmot a pro použiti v krystalizačníoh zařízeních, popřípadě v průmyslu biotechnologických výrob k míchání kapalných vsádek s mikroorganismy, kdy smyková napětí v proudící kapalině a silové účinky michadel působí nepříznivě na stav mikrobiální hmoty. Může však být použito všude tam, kde se požaduje šetrné homogenizační míchání nebo šetrný vznos partikulární fáze v kapalině, popřípadě obojí.

Známá míchací zařízení sestávají obvykle ze stojaté válcové nádoby s rychloběžným rotačním míchadlem, které má několik šikmých lopatek k vytváření axiálního pohybu a jednocirkulačního proudění kapaliny. Jiná míchací zařízení obsahují tzv. radiální míchadla se svislými lopatkami a s dělicím kotoučem k vytvářeni radiálního pohybu a dvouokruhového cirkulačního proudění kapaliny. . ·

Jsou známa rovněž míchadla, u nichž je k vnějšímu okraji šikmé lopatky axiálního míchadla připevněna šikmá lopatka se sklonem, který způsobuje opačný směr toku míchané kapaliny než tok vyvolaný pohybem vnitřní části axiálního míchadla. Opět jiná míchací zařízení obsahují více michadel se šikmými lopatkami umístěnými nad sebou, popřípadě míchadla šroubovicová, pásová či kotvová.

Rychloběžná axiální míchadla se šikmými lopatkami, vyvozující axiální jednookruhové proudění, jsou vhodná zejména pro homogenizační míchání nebo vznos suspenzí při vysoké intenzitě turbulence, kdy jsou v kapalině výhodná vysoká smyková napětí. Radiální míchadla nejsou pro homogenizaci a vznos vhodná. Při použití speciálních michadel s dvojím sklonem lopatek dochází pak v oblasti míchadla v míchané kapalině k dispergačním účinkům, které jsou způsobeny zvýšeným smykovým napětím v míchané kapalině. Míchací zařízení s více michadly, případně zařízení s michadly šroubovicovými, pásovými či kotvovými jsou vesměs výrobně i provozně nákladná, zejména pro nízké provozní frekvence otáček a tím i velké kroutící momenty pohonů.

Nevýhody dosud užívaných míchacích zařízení jsou odstraněny u zařízení pro míchání kapalin a vícefáďových kapalných soustav podle vynálezu, které sestává z nádoby opatřené ve spodní části axiálním míchadlem se šikmými lopatkami, upevněným na svisle uloženém hřídeli, a v horní části popřípadě usměrňovacim válcem a svislými narážkami, a jehož podstata spočívá v tom, že vnější okraj šikmých lopatek axiálního míchadla je pevně spojen se souosým dutým válcem, opatřeným v horní části, na vnější straně šikmými lopatkami opačného sklonu než je sklon šikmých lopatek axiálního míchadla.

Spojením šikmých lopatek axiálního míchadla s dutým válcem, jehož osa je shodná s osou rotace a který v horní části nese šikmé lopatky opačného sklonu, se vytvoří axiální míchadlo relativně velkého průměru vzhledem k průměru nádoby, jehož prostřednictvím se docílí příznivého usměrněni toku míchané kapalné vsádky. Rozdělením energie disipované míchadlem do míchané kapaliny na šikmé lopatky axiálního míchadla a šikmé lopatky dutého válce se sníží na polovinu měrná hodnota lokální disipační energie a tím i lokální smyková napětí v míchané kapalině.

Míchací zařízení v provedení podle vynálezu umožní tedy splnit požadavky na hydrodynamicky příznivé proudění míchané kapaliny s minimálními rychlostními a směrovými změnami toku v zájmu maximálního snížení turbulentních fluktuaci rychlostí kapaliny a tím i smykových rychlostí a smykových napětí v míchané kapalině.

Přestavením úhlu sklonu lopatek nebo vhodnou volbou jejich počtu je přitom možno nastavit optimální provozní podmínky míchadla, kdy průtok kapaliny oblastí vnitřních šikmých lopatek bude shodný s průtokem kapaliny oblastí šikmých lopatek na dutém válci. Volbou počtu lopatek míchadla lze výrazně ovlivnit jeho rychloběžnost. Míchadlo s vyšším počtem lopatek bude rotovat s nižší frekvenci otáček a naopak.

Z hlediska proudění kapaliny míchadlem je výhodné řešit lopatky míchadla ve tvaru šroubovicové nebo ji podobné plochy, s konstantním stoupáním šroubovice. Důsledkem tohoto uspořádání je, že v rychlostním profilu proudící kapaliny se sníží hodnoty rychlostních gradientů, což je pro míchání, kde se požadují nízká smyková napětí, výhodou. Z hlediska výrobní technologie je pak ekonomicky výhodné provedení lopatek z obdélníkových pásů, V provozní praxi se volí provedení lopatek podle významu dosahovaných Účinků míchání na příslušný proces a se zřetelem na výrobní náročnost zařízení.

Příkladné provedení míchacího zařízení podle vynálezu je dále blíže osvětleno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje svislý řez částí míchacího zařízení a obr. 2 odpovídající půdorysný pohled na zařízení podle obr. 1 v rovině A-A.

Míchací zařízení znázorněné na obr. 1 a 2 tvoří nádoba 2. do níž zasahuje svisle uložený hřídel 2, procházející dnem nádoby 2· Hřídel 2 íe spojen s neznázorněnou pohonnou jednotkou. Součástí nádoby 2 3^e dále těleso ložisek 3_, ucpávky nebo magnetické spojky, narážky 4_ a usměrňovači válec 10. Na hřídeli 2 3® upevněno míchadlo 5, které tvoří šikmé lopatky 6, spojené bezprostředně s nábojem míchadla, a dále dutý válec 2 ^se Šikmými lopatkami 9. Ve znázorněném provedení počet lopatek 6 axiálního míchadla je shodný s počtem lopatek 9_ dutého válce 2, přičemž osy obou typů lopatek leží ve stejné svislé rovině. Toto provedení není však možno považovat obecně za nejvýhodnější. V mnoha případech se naopak bude volit jiný počet lopatek na dutém válci než počet lopatek na vnitřním axiálním míchadle. Rovněž umístění šikmých lopatek 9 dutého válce 2 v podélné ose lopatek 2 axiálního míchadla nepřináší žádné zvláštní výhody.

Při rotaci míchadla během provozu míchacího zařízení vytvářejí šikmé lopatky 2 axiální tok kapaliny ve směru ke dnu nádoby 2. zatímco šikmé lopatky 9, umístěné na horním konci dutého válce 2» vyvolávají naopak axiální tok kapaliny ode dna nádoby 2 podél jejich stěn směrem k hladině kapalné vsádky. Tím se vytváří jednookruhové cirkulační proudění kapaliny, které je výhodné pro vznos suspenze a při němž se brání usazování tuhé fáze u dna. Pro některé případy míchání zejména heterogenních kapalin bude však účelné volit opačný směr proudění. Sklon lopatek míchadla vzhledem ke směru rotace míchadla je v tomto případě orientován naopak a výsledný cirkulační okruh má směr v ose nádoby k hladině a u stěn nádoby ke dnu.

Jsou ovšem možné i další alternativy v provedení míchacího zařízení: nemusí být použity svislé narážky a popřípadě ani usměrňovači válec, těleso ložisek nemusí zasahovat do prostoru nádoby, hřídel míchadla může být do nádoby zaveden shora, atp. Míchací zařízení v provedení podle vynálezu je nicméně zejména výhodné pro použití bezucpávkových pohonů míchadel s magnetickou spojkou a pro konstrukční řešení spodních pohonů míchadel, kdy se snižuje stavební výška pohonu umístěním ucpávky a ložiska hřídele míchadla rovněž do prostoru míchané kapaliny. Konstrukčně a výrobně je míchadlo podle vynálezu jednoduché a nenáročné. Vyložení hřídele pro uchycení míchadla je krátké. Při vhodném dimenzování míchadla má kroutící moment nízkou hodnotu. Míchadlo míchá při nízkých obvodových rychlostech míchadla.

Claims (4)

1. Zařízení pro míchání kapalin a vícefázových kapalných soustav se sníženým smykovým napětím v míchané kapalině, sestávající z nádoby opatřené ve spodní části axiálním míchadlem se šikmými lopatkami, upevněným na svisle uloženém hřídeli, a v horní části popřípadě usměrňovacím válcem a svislými narážkami, vyznačené tím, že vnější okraj šikmých lopatek (6) axiálního míchadla je pevně spojen se souosým dutým válcem (8), opatřeným v horní části na vnější straně šikmými lopatkami (9) opačného sklonu než sklon šikmých lopatek (6) axiálního míchadla.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že šikmé lopatky (6) axiálního míchadla mají proměnlivý úhel sklonu.

I

255161 4

3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že šikmé lopatky (9) dutého válce (8) jsou s dutým válcem (8) spojeny přestavítělně.

4. Zařízeni podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že ěikmé lopatky (6) axiálního míchadla a/nebo šikmé lopatky (9) dutého válce (8) jsou provedeny ve tvaru souvislé či přerušované šroubovicové nebo jí podobné plochy.