FI82203C - Foerfarande foer blandning av fluider. - Google Patents

Description

1 82203

Menetelmä fluidien sekoittamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä fluidien sekoittamiseksi pyörivää liikettä suorittavan sekoittimen avulla.

5 Sekoituslaitteita, jotka yleensä koostuvat sekoitus- säiliöstä, säiliössä sijaitsevasta, vähintään yhdestä pyörivästä sekoittimesta ja sekoittimen käyttölaitteesta, käytetään monilla aloilla fluidien, kuten nesteiden ja/tai kaasujen sekoittamiseksi joko keskenään tai kiintoaineen 10 kanssa. Sekoituksen intensiteetti pyritään yleensä saamaan mahdollisimman hyväksi, koska tällä on suuri merkitys tuotteen laadulle. Lisäksi tiedetään yleisesti, että sekoituksen intensiteetillä on tuotteen laadun lisäksi esim. reaktoritekniikassa suuri merkitys reaktorihyötysuhteelle ja 15 siten koko laitteiston toiminnan hyvyydelle.

Ennestään tunnetaan useita ratkaisuja, joilla pyritään sekoituksen intensiteetin parantamiseen. Eräs tavallinen keino on antaa sekoittimen pyörivälle elimelle sekoittumista edistävä muoto, toinen taas siirtää elintä sekoi-20 tussäiliössä pystysuunnassa erillisen pintakerroksen muodostumisen estämiseksi (ks. FI-patenttijulkaisu 67 033).

Edellä esitettyjen toimenpiteiden asemesta tai niiden lisäksi sekoitussäiliöön voidaan asentaa virtaushaitto-ja, jotka synnyttävät fluideissa pyörteilyä, mikä tunnetus-25 ti edistää sekoittumista. Virtaushaittojen käyttöala on kuitenkin suhteellisen rajoittunut, koska niitä ei voida käyttää esim. suuriviskoosisissa ja helposti likaantuvissa systeemeissä, joita käytetään mm. elintarvite-, bio- ja polymeeritekniikassa. Näissä systeemeissä pyörteilyä pyri-30 tään saamaan aikaan asentamalla sekoitin epäkeskisesti säiliön symmetriaviivan suhteen. Tästä aiheutuu kuitenkin sekoittimen akselille huomattava mekaaninen rasitus, mikä johtaa raskaaseen konstruktioon tai akselivaurioihin.

Ennestään tunnetaan kuitenkin myös pyörimisnopeudel-35 taan säädettäviä sekoittimia, joiden säätö on toteutettavissa portaittain tai jatkuvasti. Pyörimisnopeuden säätö 2 82203 tapahtuu tällöin yleensä ilman takaisinkytkentää prosessin ajovaiheen mukaan "sormituntumalla" ja sen tavoitteena on tavallisimmin vain moottorin ylikuormitussuojaus eikä suinkaan sekoituksen intensiteetin parantaminen.

5 Tämä keksintö kohdistuu menetelmään fluidien sekoit tamiseksi, jonka avulla fluidien sekoituksen intensiteettiä voidaan parantaa erittäin yksinkertaisella tavalla. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että sekoit-timen pyörimisnopeutta säädetään jaksollisena aikafunk-10 tiona.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että sekoitti-men pyörimisnopeutta muutetaan jaksollisesti ajan funktiona. Tunnetut sekoittimet ovat pääsääntöisesti vakionopeudella pyöriviä.

15 Keksinnön mukaisella sekoittimen oskilloivalla pyö rimisnopeudella voidaan olennaisesti ja yksinkertaisella tavalla parantaa sekoituksen intensiteettiä varsinkin silloin, kun fluidin viskositeetti on suuri tai virtaushait-toja ei syystä tai toisesta voida käyttää. Sekoituksen 20 intensiteetin paraneminen on seurausta siitä, että sekoit timen nopea oskillointi aiheuttaa fluidin sekoittumista lisääviä pyörteitä, jolloin fluidin tasainen tangentiaali-nen pyörimisliike vähenee. Keksinnön mukaista laitetta on edullista käyttää myös fluidisysteemeissä, jotka sisältä-25 vät nesteen lisäksi kaasua. Tällöin voidaan vähentää virheellisen kavitointityypin muodostumisriskiä, mikä on suuri toimittaessa vakiopyörimisnopeudella.

Sekoittimen oskillointi on toteutettavissa varsin yksinkertaisin välinein, jos sekoittimen pyörimisnopeuden 30 aikafunktio on sinivärähtelijän kolmannen juuren mukainen tai sentapainen funktio.

Riittävä pyörteily saadaan yleensä aikaan, jos sekoittimen pyörimisnopeutta säädetään niin, että sen minimiarvo on noin puolet maksimiarvosta tai sen alle.

35 Siinä tapauksessa, että yhteen säiliöön on kytket ty useita oskilloivia sekoittimia, keksinnön mukaan on 3 82203 edullista, että sekoittimia käytetään siten, että niiden pyörimisnopeuden aikafunktiot ovat vaihesiirrossa keskenään. Tällä järjestelyllä saavutetaan energiansäästöä, koska toisen sekoittimen jarrutusenergia voidaan käyttää 5 hyväksi toisen sekoittimen kiihdytykseen. Tämä etu on erityisen merkittävä, jos pyörimisnopeuden aikafunktioilla on sama amplitudi ja frekvenssi sekä funktioiden välinen vai-hesiirto on 360° jaettuna sekoittimien lukumäärällä.

Keksinnön mukaista menetelmää selitetään seuraavassa 10 tarkemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa on esitetty sekoittimen tehon ja pyörimisnopeuden aikafunktiot.

Kuviossa on esitetty, kuinka sekoittimen fluidiin luovuttaman tehon (P) aikafunktion muodostaa sinimuotoinen käyrä, joka nousee ja laskee tasaisesti välillä P - P . .

15 P . on noin 0,125 P , jolloin tunnetun affiniteetti-mm max J

yhtälön mukaan sinikäyrän muotoisesti vaihteleva pyörimisnopeus (n = f(<jt)) liikkuu alueella 0,5 . n ... n

ITlclX TtlclX

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä sekoi-tinelin voidaan valita tavanomaiseen tapaan säiliökoko, 20 sekoituksen tavoite ja fluidin viskositeetti huomioonottaen, joten keksinnön mukainen menetelmä ei ole sidottu mihinkään määrättyyn sekoitinelintyyppiin. Sekoittimen pyörimisnopeutta voidaan ohjata esim. mikroprosessorin ja taajuusmuuttajan tai sentapaisten laitteiden avulla.

25 Jos sekoitussäiliössä on useita sekoittimia, niiden pyörimisnopeudet on edullista ohjata siten, että akseli-tehojen jaksolliset funktiot ovat 360/z asteen vaihesiirrossa keskenään (z = akseleiden lukumäärä). Vastaavaa menettelyä on edullista käyttää, jos useita yksiakselisia 30 sekoitussäiliöitä ohjataan keksinnön mukaisella menetelmällä, koska tällöin on saavutettavissa edellä selitetty energiankulutuksen pieneneminen.

Sinikäyrän asemesta voidaan sekoittimen ohjaukseen käyttää jotakin muuta vastaavan tapaista jaksollista aika-35 funktiota. Värähtelyn taajuus on edullista sitoa tehon 4 82203 maksimiarvoon, joka puolestaan riippuu säiliön koosta, sekoituksen tavoitteesta ja fluidin viskositeetista siten, että nesteen liikkeen hidastuminen sekoittimen nopeuden alenevassa vaiheessa on olennaisesti suurempi kuin fluidin 5 sisäisen kitkan aiheuttama nopeuden luonnollinen aleneminen. Tällöin saadaan pyörteen muodostumista tehostettua.

Claims (7)

1. Menetelmä fluidien sekoittamiseksi jatkuvasti samaan suuntaan pyörivän, säiliössä sijaitsevan sekoittimen 5 avulla, tunnettu siitä, että sekoittimen pyörimis nopeutta (n) säädetään jaksollisena aikafunktiona, joka on tasaisesti oskilloiva, lähinnä sinivärähtelijan kolmannen juuren tai sentapaisen funktion mukainen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että sekoittimen pyörimisnopeutta säädetään niin, että sen minimiarvo (n . ) on noin puolet mm ^ tai sen alle maksimiarvosta (n ). max

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä käytettäessä useita toisiinsa kytkettyjä sekoittimia, t u n - 15. e t t u siitä, että sekoittimia käytetään siten, että niiden pyörimisnopeuden aikafunktiot (n) ovat vaihesiirros-sa keskenään.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyörimisnopeuden aikafunktioilla 20 on sama amplitudi ja frekvenssi sekä funktioiden välinen vaihesiirto on 360° jaettuna sekoittimien lukumäärällä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoittimeen syötetään tehoa siten, että sekoittimen fluidiin luovuttavan tehon (P) aikafunktio 25 on sinivärähtelijä tai sentapainen funktio.

5 82203

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen liikkeen hidastuminen alenevan sekoittimen nopeuden vaiheessa on olennaisesti suurempi kuin fluidin sisäisen kitkan aiheuttama luonnol- 30 linen hidastuminen.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoittimen pyörimisnopeuden säätö suoritetaan mikroprosessorin ja taajuusmuuttajan tai sentapaisten laitteiden avulla. 6 82203