CS259312B1 - ZaHzenf pro homogenizací kapaliny a plynu - Google Patents

Abstract

Zařízení sestává z cirkulační vestavby, tvořené svislým-cirkulačním válcem, přechodovým nástavcem a výstupním nástavcem, a z míchací soustavy, tvořené dvěma míchadly umístěnými na společné hřídeli ve spodní části vestavby nad distributorem vzduchu. Přechodový i výstupní nástavec mají tvar pláště komolého kužele a jsou navzájem spojeny menšími základnami bučí přímo anebo přes válcový spojovací nástavec nesoucí věnec převáděcích lopatek. V úrovni větší základny výstupního nástavce je umístěno radiálně-diagonální míchadlo a nad ním v prostoru přechodového nástavce míchadlo lopatkové. Do prostoru lopatkového michadla zasahuje výdechová trubice pro odvod plynné fáze a v úrovni radiálně- -diagonálního michadla je umístěn statorový usměrňovač.

Description

Vynález se týká zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu. Zařízení je vhodné zejména pro zajištění homogenizace ve dvou- či vlcefázových systémech v chemických a biochemických reaktorech.

U zařízení pro směšování kapaliny a plynu se obecně požaduje schopnost účinně homogenlzovat kapalnou směs a intenz J.f ikovat přenos hmoty. Tyto požadavky je možno zajistit účelnou cirkulací v celém objemu kapalné směsi a vytvořením vysokého specifického mezifázového povrchu.

Potřebná cirkulace vsádky se obvykle zajišťuje pomocí svislého cirkulačního válce v kombinaci s axiálním míchadlem, jako je tomu u čs. patentu č. 148 540 nebo čs. AO č. 189 415, popřípadě se tento problém řeší prostřednictvím systému s oběhovými čerpadly (NDR-WP č. 168 022).

Intenzifikace přenosu hmoty z plynné fáze do kapalné je většinou zajišťována pomocí radiálního míchadla, pod něž je u distributoru přiváděn plyn, jako je tomu kupř. u čs. patentu č. 148 540. Při vyšších průtocích plynu může však docházet k zahlcení radiálního míchadla, což má za následek pronikání plynu ve formě velkých bublin do prostoru axiálního míchadla a cirkulačního válce. Důsledkem je výrazné zhoršeni cirkulace směsi a podstatné snížení preoesníoh parametrů, zejména u fermentačnich zařízení.

Jinou nevýhodou zařízení, založeného na použiti cirkulačního válce s axiálním míchadlem, je obracení toku směsi na výstupu z axiálního míchadla do horizontální roviny. Tento jev má za následek zvýšení tlakové ztráty cirkulačního toku a snížení čerpacího výkonu axiálního míchadla a vede opět ke zhoršení homogenity vsádky.

K řešení naznačených problémů přispíváni zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu v provedení podle vynálezu. Toto zařízení sestává jednak z cirkulační vestavby, kterou tvoří svislý cirkulační válec s přechodovým nástavcem ve tvaru komolého kužele, větší základnou napojeného na spodní okraj cirkulačního válce a v úrovni menší základny popřípadě opatřeného věncem převáděcích lopatek, jednak z míchací soustavy, kterou tvoří dvě míchadla umístěná ve spodní Části cirkulační vestavby nad distributorem plynu a upevněná na společné hřídeli uložené ve svislé ose cirkulační vestavby, kde jedno z míchadel tvoří radiálně-diagonální míchadlo. Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že cirkulační vestavba je ve spodní části doplněna výstupním nástavcem, který vykazuje rovněž tvar komolého kužele a je menší základnou přímo, popřípadě prostřednictvím spojovacího nástavce napojen na menší základnu přechodového nástavce, přičemž ve spodní části výstupního nástavce je v úrovni jeho větši základny umístěno radiálně-diagonálni míchadlo a nad ním v prostoru přechodového nástavce lopatkové míchadlo.

Výhodou nového uspořádání homogenizačniho zařízení podle vynálezu je, že použitím zvolené kombinace míchadel a účinkem rotace diagonálních lopatek v blízkosti stěny výstupního nástavce se zabrání pronikání plynu do cirkulačního válce. Tim se sníží citlivost cirkulačního mícháni na výstupní tlakové ztráty a současně se zvýší čerpací účinek soustavy míchadel.

Další intenzifikace přenosu hmoty i homogenizace vsádky je možno docílit použitím statorového usměrňovače, který je umístěn v úrovni radiálně-diagonálního míchadla v poloze, při níž míchadlo obklopuje. Šířka mezery mezi usměrňovačem a vnějším obvodem radiálně-diagonálního míchadla odpovídá přitom minimálně 5 mm a maximálně 0,25 průměru radiálně-diagonálního míchadla.

Přínosem tohoto uspořádání je, že v prostoru statorového usměrňovače dochází k intenzivnímu promícháni dispergačního proudu s čerstvými bublinami plynu s cirkulačním proudem, který je prakticky bez bublin. Tímto způsobem je možno výrazně zlepšit jak homogenitu vsádky, tak i přenos hmoty z plynné do kapalné fáze.

Optimálních hydrodynamických podmínek se přitom dosáhne v případě, kdy vrcholový úhel výstupního nástavce se volí v rozmezí 45 až 80°. v tomto případě se totiž docílí optimálních rychlostních poměrů mezi axiálním vstupem a radiálním výstupem radiálně-diagonálnlho míóhadla.

X dalšímu zlepšení cirkulace vsádky a k intenzifikaci homogenizačního i technologického procesu může účinně přispět výdechová trubice, jejímž účelem je zprostředkovat usměrněný odvod plynu z prostoru lopatkového míóhadla. Trubice je do prostoru lopatkového míchadla zavedena svou spodní, vstupní stranou, kterou alespoň zčásti míchadlo překrývá, zatímco její horní, výstupní strana je otevřena do prostoru nad hladinou kapaliny, popřípadě nad víkem nádoby do atmosféry.

Příkladné provedení zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu podle vynálezu je dále blíže znázorněno na připojeném výkrese, který představuje svislý řez nádobou, v jejíž svislé ose je umístěna cirkulační vestavba s míchací soustavou.

Cirkulační vestavbu ve znázorněném provedení tvoří svislý cirkulační válec 4, který je svou spodní stranou napojen na přechodový nástavec ji. Přechodový nástavec 2 má obecně tvar protáhlého komolého kužele, jehož vrcholový úhel se volí v rozmezí 45 až 75°. Ke spodnímu okraji cirkulačního válce j4 je přechodový nástavec 2 napojen svou větší základnou, zatímco v úrovni menší základy plynule přechází ve válcový spojovací nástavec 10, nesoucí věnec převáděcích lopatek 11. Na válcový spojovací nástavec 10 navazuje bezprostředně výstupní nástavec 6, který má opět tvar pláště komolého kužele s vrcholovým úhlem 45 až 80°.

Výstupní nástavec 2 je ke spojovacímu nástavci 10 připojen menší základnou, zatímco v jeho spodní části, v úrovni větší základny je umístěno radiálně-diagonální míchadlo 2· Radiálně-diagonální míchadlo 2 je upevněno na společné hřídeli 1 s lopatkovým míchadlem 2, které je situováno v prostoru přechodového nástavce 5_.

Lopatkové míchadlo 2 vytváří intenzivní tangenciální tok v prostoru nad zúženou částí přechodového nástavce 2 a tím vyvolává- v důsledku hydroeyklonového efektu- oddělování plynné fáze od kapalné. Odvod vyčerpaného plynu z prostoru lopatkového míchadla 2 zprostředkuje výdechová trubice 8, jejíž konstrukční provedení je předmětem čs. AO č. 258 961, zatímco vytvoření přechodového nástavce 2» který spolu s převáděcími lopatkami 11 usměrňuje tok směsi do sací strany radiálně-diagonálního míchadla 2» je předmětem čs. AO č. 242 972.

Jako radiálně-diagonálního míchadla 2 je možno s výhodou použít kombinovaného míchadla podle čs AO č. 256 103.

Radiálně-diagonální míchadlo 2 obklopuje statorový usměrňovač 2> mezí nímž a vnějším obvodem míchadla je ponechána mezera, která odpovídá 0,25 průměru míchadla. Pod radiálně-diagonálním míchadlem 2 je umístěn prstencový distributor plynu 2·

Provedení homogenizačního zařízení podle vynálezu není ovšem omezeno jen na uspořádání znázorněné na výkrese či popsané v předcházející části,· Podle povahy technologického procesu a zpracovávaného fázového systému, který při různých typech fermentačních výrob může zahrnovat tři i více fází, je možno vhodně obměňovat rozměry a tvar jednotlivých částí cirkulační vestavby stejně jako volit různé alternativy v provedení obou michadel.

Claims (4)

1. předmEt v y n A lezu

   1. Zařízení pro homogenizaci kapaliny a plynu, sestávající z cirkulační vestavby, kterou tvoří svislý cirkulační válec s přechodovým nástavcem ve tvaru komolého kužele, napojeného na spodní okraj cirkulačního válce větší základnou a v úrovni menší základny popřípadě opatřeného převáděcími lopatkami, a dále z míchací soustavy, kterou tvoří dvě nad sebou na společné hřídeli upevněná míchadla, umístěná ve spodní části cirkulační vestavby nad distributorem plynu, kde jedno z míchadel je provedeno jako radiálně-diagonální míchadlo, vyznačené tím, že cirkulační vestavba je ve spodní části doplněna výstupním nástavcem (6), který má rovněž tvar komolého kužele, menší základnou,přímo, popřípadě prostřednictvím spojovacího nástavce (10) napojeného na menší základnu přechodového nástavce (5), přičemž ve spodní části výstupního nástavce (6) je v úrovni jeho větší základny umístěno radiálně-diagonální míchadlo (3) a nad ním v prostoru přechodového nástavce (5) lopatkové míchadlo (2)
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že v úrovni radiálně diagonálního míchadla (3) je umístěn statorový usměrňovač (9) v poloze obklopující radiálně-diagonální míchadlo (3) , přičemž šířka mezery mezi usměrňovačem (9) a vnějším obvodem míchadla (3) činí minimálně 5 mm a maximálně 0,25 průměru radiálně-diagonálního míchadla (3).
3. 3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že vrcholový úhel výstupního nástavce (6) se volí v rozmezí 45 až 80°.
4. 4. Zařízeni podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že ve svislé ose cirkulačního válce (4) je uložena trubice (8) pro odvod plynu, jejíž vstupní strana je otevřena do prostoru lopatkového míchadla (2), které alespoň zčásti obklopuje, a výstupní část do prostoru nad hladinou kapaliny, případně nad víkem nádoby do atmosféry.