CS256219B1 - Statický směšovač - Google Patents

Abstract

Statický směšovač je tvořen trubkou kruhového průřezu, do níž je vložena vestavba složená ze shodných elementů, seřazených za sebou. Element vestavby je z polotovaru získaného vystřižením z ten ­ kého plechu vyhnutím některých jeho částí zformován tak, že sestává z rovinných stěn, z nichž některé jsou po uložení do trubky rovnoběžné s její osou a další s ní svírají ostrý nebo tupý úhel, z nichž vždy dvě párové stěny ve tvaru části elip ­ tické úseče jak na náběhové, tak i na kon ­ cové části elementu se dotýkají svou eliptickou hranou vnitřní stěny trubky. Statický směšovač je využitelný ke konti ­ nuálnímu směšování více tekutin i k inten ­ zifikaci sdílení tepla mezi proudící teku ­tinou a vnitřní stěnou trubky.

Description

Vynález se týká statického směšovače pro kontinuální směšování více tekutin. Lze jej využít i k intenzifikaci sdílení tepla.

Pro kontinuální směšování více tekutin je výhodné užití průtočného směšovače, jehož jedním představitelem je statický směšovaČ. Statický směšovač je tvořen trubkou, do níž je vložena vhodně tvarovaná vestavba.

Vestavba je obvykle sestavena z dílčích elementů vhodně za sebou seřazených a konstruovaných tak, aby na přední hraně každého elementu docházelo k dělení proudu, a dále k vzájemnému přeskupování takto vzniklých proudů při jejich průtoku částí trubky s elementem a eventuálně též ke snižování tlouštky pruhů směšovaných tekutin vlivem tečných napětí v okolí obtékaných ploch. Tyto mechanismy směšování jsou označovány jako makrosměšování.

Proces směšování je v oblasti laminárního proudění dotvářen molekulární difúzí a v oblasti turbulentního proudění difúzí konvektivní. Tyto mechanismy jsou označovány jako mikrosměšování.

Homogenizační účinnost statického směšovače se nejčastěji vyjadřuje délkou směšovače nebo počtem elementů jeho vestavby potřebných k dosažení požadované rozložení sledované veličiny jako je koncentrace nebo teplota ve směšovaném proudu tekutin.

Energie potřebná ke směšování se projevuje ve zvýšené tlakové ztrátě směšovače, to je trubky se zabudovanou vestavbou, ve srovnání s tlakovou ztrátou prázdné trubky. Z toho důvodu musí být dimenzována čerpadla a dávkovači zařízení na vyšší tlaky, což ovlivňuje jak investiční, tak i provozní náklady.

Stávající statické směšovače se složitými typy vestaveb komplikují jejich využití nejen z důvodu vysoké tlakové ztráty, ale i co do náročnější jejich provozní údržby, popřípadě i jejich opravy či výroby v nespecializovaných výrobnách. Jsou to například statické směšovače s vestavbami lamelovými nebo Šroubovými. Statické směšovače s jednodušším typem vestavby, jako je například směšovač s vestavbou diskovou, se obvykle vyznačují nižší směšovací účinností, a to zvláště v oblasti laminárního proudění vzhledem k tomu, že je potlačen mechanismus snižování tlouštky pruhů směšovaných tekutin vlivem tečných napětí v okolí obtékaných ploch.

Uvedené nevýhody statických směšovačů týkající se vyšších energetických nákladů, výrobní náročnosti a údržby odstraňuje statický směšovač podle vynálezu. Vestavba je sestavena z jednotlivých shodných elementů, které mohou být s výhodou zhotoveny z plechu, přičemž podstata statického směšovače podle vynálezu spočívá v tom, že element vestavby lze rozdělit na tři části, a to na část náběhovou, střední a koncovou. Náběhová a koncová část jsou shodného tvaru, liší se orientací a jsou tvořeny rovinnou tenkou stěnou, respektive plochou ve tvaru písmene T a dvěma párovými rovinnými tenkými stěnami, respektive plochami ve tvaru části eliptické úseče. Horní hrana obdélníkové plochy tvořící horní část písmene T je u náběhové části náběhovou hranou elementu a u koncové Části je hranou koncovou. Plochy ve tvaru Části úseče elipsy navazují u náběhové i koncové části vždy na příslušnou část spodní hrany obdélníkové plochy tvořící horní část písmene T a každá z párových eliptických ploch je vyhnuta na jinou stranu vždy o shodný úhel vzhledem k rovině plochy ve tvaru písmene T, přičemž eliptické plochy náběhové a koncové části na shodné straně elementu jsou vůči sobě vyhnuty každá rovněž na jinou stranu.

Střední část elementu je tvořena plochami dvou proti sobě zalomených obdélníků tak, že v bokorysu vytváří obraz kosočtverce. Každá z těchto zalomených ploch propojuje příslušné poloviny spodních hran ploch ve tvaru písmene T náběhové a koncové části elementu.

Element je zformován tak, že mu lze opsat válcovou plochu shodnou s vnitřním průměrem trubky. Po jeho vložení do trubky jsou osy symetrie rovinných ploch ve tvaru písmene T shodné s osou trubky a uspořádání dalších dílčích ploch vůči protékající tekutině je závislé na tom, z které strany je element obtékán, to je jaká je orientace elementu.

Vestavba v trubce směšovače je z jednotlivých shodně orientovaných elementů sestavena tak, že stýkající se hrany dvou sousedních elementů, to je koncová hrana jednoho elementu a náběhová hrana elementu následujícího, spolu svírají úhel 90°. Při tomto uspořádání vždy plochy dvou sousedních elementů postupně zasahují do celého průřezu trubky směšovače.

Provedení vestavby je takové, že se při průtoku tekutin uplatňují všechny mechanismy směšování. Výhodou statického směšovače podle výnálezu je tedy přiměřená jeho délka, nízká tlaková ztráta a poměrně nízká pracnost. Volba materiálu je podmíněna agresivitou prostředí a při správné volbě je jejich údržba minimální.

Funkci statického směšovače podle vynálezu lze ovlivňovat i volbou úhlu, který svírají eliptické plochy náběhové a koncové části a plochy zalomených obdélníků střední části s rovinou proloženou osou trubky směšovače, jakož i velikostí těchto ploch.

Radiální promíchávání intenzifikuje i případnou výměnu tepla mezi tekutinou a vnitřní stěnou trubky, takže trubky s uvedenými vestavbami mohou být s výhodou využity i při stavbě trubkových výměníků.

Vynález a jeho účinky jsou blíže objasněny v popise příkladů jeho provedení podle přiložených obrázků, kde na obr. 1 je znázorněn výchozí polotovar pro výrobu elementu vestavby, který je možné získat vystřižením nebo vyražením z plechového pásu o šířce shodné s vnitřním průměrem trubky, do které bude vestavba vkládána.

Na obr. 2 je v axonometrickém promítání znázorněn element vestavby statického směšovače podle vynálezu ve svém konečném provedení. Z obr. 2 je zřejmé, že je element zformován tak, že mu lze opsat válcovou plochu shodnou s vnitřním povrchem trubky a že postupnost v uspořádá ní některých dílčích ploch elementu, jeho střední části vůči náběhové a koncové, je závislá na tom, ze které strany je element obtékán.

Na obr. 3 a 4 je znázorněno uspořádání dvou sousedních elementů ve vestavbě u statického směšovače podle vynálezu pro jednotlivé orientace. Dále je na obr. 3 a 4 schematicky znázorně no šrafovanými plochami, jak od začátku prvního elementu až po jednotlivé zvolené odlehlosti ve směru průtoku tekutin zasahují plochy elementů postupně do průřezu trubky.

Geometrické parametry elementu vestavby h, h^, l·^, h^ a js, tak jak jsou uvedeny na obrázcích 1 a 2, lze ve vztahu k vnitřnímu průměru trubky d měnit a tím ovlivňovat i vlastní funkci směšovače. Doporučována jsou následující rozmezí simplexů geom. podobnosti.

o,l < ^-<0,2

0,02

U takto uspořádaných vestaveb se mechanismy makrosměšování uplatňují následujícím způsobem. Při průtoku proudu směšovaných tekutin dochází na náběhové hraně a n.a šikmých plochách ve střední části každého elementu k dělení proudů a vlivem všech šikmých ploch též k vzájemné mu přeskupování dílčích proudů. Vlivem tečných napětí v okolí obtékaných ploch elementů i vnitřní stěny trubky dochází ke snižování tloušťky pruhů směšovaných tekutin. Při vyšších rychlostech, kdy se výrazněji uplatňují v proudící tekutině setrvačné síly, zvyšuje intenzitu směšování též vířivý pohyb v úplavu za šikmými plochami vestavby.

Ověření funkce statického směšovače podle vynálezu a jeho tlakové ztráty bylo provedeno pro obě orientace dle obr. 3 a 4 na modelech s vnitřním průměrem d = 20 mm s vestavbou sestávající se šestnácti elementů. Použité kapaliny byly voda a vodné roztoky glycerinu. Homogenizační účinky byly zjišťovány vizuálně směšováním dvou proudů téže modelové kapaliny odlišného zbarvení. Homogenizační účinky i tlakové ztráty se při obou orientacích vzájemně výrazně nelišily. V proměřovaném rozsahu průtoku 0,5 až 15 litrů za minutu byla potřebná délka směšovače stanovena 40 . d až 8 . d. Měrná spotřeba energie nutné pro homogenizaci byla významně nižší než u srovnávaných, v praxi nejrozšířenějších statických směšovačů, to je směšovačů s vestavbou šroubovou, diskovou a lamelovou.

Statický směšovač podle vynálezu je využitelný ke kontinuálnímu směšování více tekutin i k intenzifikaci sdílení tepla mezi proudící tekutinou a vnitřní stěnou trubky.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Statický směšovač, tvořený trubkou kruhového průřezu, do níž je vložena nepohyblivá vestavba, vyznačující se tím, že je sestavena z jednotlivých za sebou seřazených shodných elementů, jejichž náběhová a koncová část je tvořena tenkými rovinnými stěnami ve tvaru písmene T, jejichž osa symetrie je shodná s osou trubky a dvěma párovými tenkými stěnami ve tvaru části eliptické úseče, které na stěnu ve tvaru písmene T navazují v místě vzhledem k ose trubky příslušné části dolní hrany obdélníkové stěny tvořící horní část písmene T a jsou vůči této ploše vyhnuty každá na jinou stranu o shodný úhel a eliptické hrany se dotýkají vnitřní stěny trubky a spodní hrany stěny ve tvaru písmene T náběhové a koncové části spojuje střední část elementu tvořená dvěma proti sobě zalomenými obdélníkovými stěnami, které vytvářejí v bokorysném pohledu tvar kosočtverce a dotýkají se v krajním bodě zalomení nejvíce vzdáleném od osy trubky její vnitřní stěny.
2. 2. Statický směšovač podle bodu nich elementů spolu svírají úhel 90° vyznačující se tím.