FI88115C - Statisk blandare - Google Patents

Description

.... . . 88115

Staattinen sekoitin

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista staattista sekoitinta.

Staattinen sekoitin on uusi sekoitinluokka, jonka toiminta perustuu yleensä laminaariin leikkaukseen ja virtaavan aineen omaan liike-energiaan. Niinpä tämäntyyppisissä sekoit-timissa nesteet sekoitetaan saattamalla ne virtaamaan sellaisen putken läpi, jossa on liikkumattomia virtauksen ohjauselimiä, eli sekoituselimiä, jotka aikaansaavat mainittua laminaarileikkausta virtaavaan nesteeseen.

Staattisia sekoittimia käytetään usein nesteiden tai kaasujen esikäsittelyyn ennen niiden varsinaista prosessointia, kuten sellunvalkaisukemikaalien sekoittamiseen ennen valkai-sureaktoria. Muitakin sovelluksia löytyy; voidaan jopa sanoa, että koko alue jäteveden ilmastoinnista muovin lisäaineiden sekoittamiseen ekstruuderissa voidaan kattaa staattisilla sekoittimilla. Staattiset sekoittimet eivät kuitenkaan sovi käytettäviksi sellaisissa tapauksissa, joissa tarvitaan ·'· : säiliön tasaavaa vaikutusta tai panoksen punnitusta, tai pitkää reaktioaikaa.

Lähes kaikki tunnetun tekniikan mukaiset staattiset sekoittimet kääntävät virtaavaa nestettä siten, että neste saadaan käännöksen jälkeen leikatuksi kahtia tai neljään osaan tms. Nesteen leikkaamisesta laminaaristi on kysymys kaikissa staattisissa sekoittimissa ja painehäviö sekoittimen yli on sekoituksen hyvyyden ohella mitta laitteen toiminnan kokonaisuudesta. Painehäviö pyritään luonnollisesti minimoi-·.· maan.

’· Toinen tärkeä näkökohta staattisen sekoittimen konstruktios sa on se, että sekoitettava neste todella jakautuu tasaises-.···. ti ilman kuolleita tiloja sekoittimen sisässä, tämä merkit see myös hyvää puhdistettavuutta.

2 88115

Kolmas tärkeä tekijä staattisen sekoittimen suunnittelussa on valmistuksen helppous ja edullisuus.

Staattisia sekoittimia koskevia patenttihakemuksia jätettiin runsaasti vuosina 1974 ja 1975, minkä jälkeen uusia konstruktioita on tullut esille jatkuvasti. Tunnettua tekniikkaa edustavat esim. seuraavat patenttijulkaisut: PL-patentti-julkaisu 234 508 vuodelta 1987, JP-patenttijulkaisu 1164424, DD-patenttijulkaisut 265 810 ja 246 669, JP-hakemusjulkaisut 58177126, 63267425, 63230251, 6205634, 60225629 sekä US-patenttijulkaisu 4 747 697 ja SU-patenttijulkaisu 1255183.

US-patentin 4 747 697 mukainen sekoituselementti on putken sisällä oleva 90 astetta kiertävä Helix-ruuvin osa. Latomalla näitä elementtejä peräkkäin saadaan yhä uusi ja uusi leikkaus nestevirran keskeltä. Mainittu laite on yksinkertainen ja tehokas, mutta kallis valmistaa muutoin kuin muovista tai keraamisesta materiaalista puristamalla.

Japanilaisessa hakemusjulkaisussa 63267425 esitetään staattisena sekoittimena sellainen konstruktio, jossa sisäputken ympäri kiertää vakionousuinen spiraali. Tunnusomaista tälle ratkaisulle on, että spiraalinauha on rei'itetty ulkoreunaltaan muistuttaen poikittaistasossa hammasratasta tai sentapaista.

Japanilainen hakemusjulkaisussa 6257634 on selostettu staattinen sekoitin, jossa on päällekkäin asennettu useita revitettyjä levyjä, joista joka toinen on pienempi, ohjaten virtauksen kehän aukoista pienemmän levyn keskiaukkoihin jne.

Tunnettuun tekniikkaan liittyy huomattavia epäkohtia. Niinpä monissa näissä staattisissa sekoittimissa on se ongelma, että niissä on runsaasti ohuita liitosrakoja, jotka tekevät niiden käytön esim. elintarvikkeiden sekoittamiseen mahdottomaksi, koska puhdistus voidaan suorittaa vain purkamalla. Useissa konstruktioissa on lisäksi mahdotonta järjestää jäähdytystä tai lämmitystä - milloin tämä on tarpeen -muutoin kuin ulkoputken lämmönsiirron avulla.

3 88115 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen staattinen sekoitin.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että staattisen sekoit-timessa käytetään peräkkäisiä kartiospiraaleja, joista ainakin yhden nousu on vasenkätinen ja ainakin yhden vastaavasti oikeakätinen. Edullisesti peräkkäisistä spiraaleista joka toisella nousu on vasenkätinen ja joka toisella oikeakätinen.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle ratkaisulle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen l tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan sekoituseliminä toimivat kartiospiraalit on valmistettu spiraaliksi leikka-malla levystä ja vedetty kartioksi.

Toisen edullisen suoritusmuodon mukaan sekoituseliminä toimivat kartiospiraalit on valmistettu metalliaihiosta spiraaliksi vääntämällä ja vedetty kartioksi.

. . Kolmannen edullisen vaihtoehdon mukaan kartiospiraalit on valmistettu putkesta, joka on väännetty spiraaliksi ja ve-"··. detty kartioksi.

··· Käytettäessä sekoittimessa onttoa kartiospiraaliputkea voi- daan sekoituselintä edullisesti käyttää sekoitettavan aineen ;'t\ lämmitykseen ja/tai jäähdytykseen johtamalla putken läpi lämmönsiirtoaineetta.

Samoin voidaan onttoa kartiospiraaliputkea edullisesti : käyttää reagenssin syöttämiseksi sekoitustilaan. Putki on tällöin tarvittavissa määrin rei'itetty.

Keksinnön mukaan kartiospiraalit on sopivimmin sovitettu sisäkkäin nesteen etenemissuunnassa. Niiden etäisyys on ....: esim. spiraalin nousukierrosta pienempi. Vaihtoehtoisesti kartiospiraalit voidaan asentaa peräkkäin siten, että peräk- * 88115 käisten kartioiden kärjet tulevat vastakkain ja vastaavasti peräkkäisten kartioiden pohjat tulevat vastakkain. Tällöin edellisessä kartiossa virtaus saapuu kartioon pohjalta ja seuraavassa kartion kärjen kautta jne. vaihdellen. Edullisesti kartiospiraalit on asennettu samankeskisesti vaipan sisään ja kiinnitetty vaipan keskiakselin suuntaiseen pitkänomaiseen kannatuselimeen.

Kartiospiraalit voivat olla risteyskohdistaan toisiinsa kiinnitetyt, esim. hitsaamalla.

Erään erityisen edullisen vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaan kartiospiraalien välimatka on virtausuunnassa niin suuri, etteivät ne kosketa toisiaan, jolloin ne voidaan saattaa värähtelemään joko luonnollisesti tai ulkoisella tä-rytyksellä. Kartiospiraalien liikuttamiseksi kannatuselimeen voidaan tällöin kytkeä esim. mekaaninen tai pietsoelektrinen tärytys.

Keksinnössä käytettävät spiraalit voivat esim. olla sellaisia, joissa spiraalin nousu jokaisella kierroksella on yhtä suuri. Vaihtoehtoisesti spiraalin nousukulma voi olla vakio-suuruinen, jolloin spiraalin nousu pienenee sitä mukaan, kun '· spiraalin halkaisija pienenee.

: Keksinnön avulla saadaan aikaan huomattavia etuja. Niinpä keksinnön mukainen sekoitin on yksinkertainen ja siten edul-linen valmistaa missä tahansa konepajassa. Se sisältää mini-,'i; mimäärän tukkeutuvia rakoja ja sillä voidaan ongelmitta se koittaa sellaisiakin materiaaleja, kuin sellusulppua tai elintarvikkeita. Edelleen keksinnön mukaiseen laitteseen on -' luonteisesti helppo rakentaa sisäisen lämmityksen tai jääh dytyksen toiminnot.

Keksinnön avulla saadaan aikaan laite, jossa virtaus kiertää, vaihtaa suuntaa ja vaihtaa ulkokehältä sisäkehälle ja päinvastoin sännöllisesti ilman mitään ahtaita ja tiukkoja ...f rakoja. Kartiospiraali, jossa on esim. neljä kierrosta vaih taa toisen samankeskisen erikätisen kartiospiraalin kanssa 5 88115 nesteen kulkusuuntaa tällöin yhden spiraalin matkalla neljä kertaa. Jos yhden spiraalin pituus vlrtaussuunnassa on esim.

0. 3 m ja neljän spiraalin yhteinen pituus, koska ne ovat sisäkkäin on 0,34 m, tapahtuu neljällä spiralilla tällöin 4 x 4 x 4 = 64 vaihtoa, säännön ollessa: N = 4n-*, n = spiraalien lukumäärä.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisen piirustuksen avulla, jossa on esitetty keksinnön mukaisen staattisen sekoittajan halkileikkauksen sivukuvanto.

Keksinnön mukainen'sekoittaja käsittää putkenomaisen vaipan 1, jonka sisään on sovitettu vaipan 1 keskiakselin suuntainen pitkänomainen kannatuselin, keskustanko 2. Keskustankoon 2 on kiinnitetty sisäkkäin ja peräkkäin useampia kartio-spiraaleja 3-6, joista joka toisen kierre on vasenkätinen. Kuvion esittämässä tapauksessa kunkin kartiospiraalin 4, 5, 6 etäisyys vaipan pituussuunnassa edelliseen spiraaliin 3, 4, 5 on pienempi kuin kierteen nousu (täysi kierros).

Esimerkkitapauksessa sovitettiin keksinnön mukainen spiraa-lisovitelma putkeen, jonka halkaisija oli 150 mm. Kartiospi-.:. raalien nousukulma oli vakiosuuruinen, sen korkeus oli 200 : mm ja pohjan halkaisija n. 150 mm. Peräkkäisten spiraalien " etäisyydet olivat noin 100 mm.

Spiraalit 3-6 voidaan valmistaa monella eri tavalla.

'·/ Niinpä ne voidaan muodostaa pyöreästä levyaihisto, johon leikataan sisäänpäin kulkeva spiraali, joka vedetään kartioksi. Vaihtoehtoisesti ne voidaan valmistaa neliömäisestä .*·*. metallitangosta, joka kääritään spiraaliksi ja vedetään kar- • t tioksi. Edelleen spiraalit 3,4, 5 voidaan valmistaa putkes ta, joka kääritään spiraaliksi ja vedetään kartioksi.

Sisäkkäin keskustangolle 2 sijoitettujen kartioiden 3-6 ‘ . päihin on sovitettu kiinnityslaipat, jotka on hitsattu kiin ni keskustankoon 2. Haluttaessa kartiot voidaan hitsata kiinni toisiinsa risteyskohdistaan.

6 88115

Keksinnön mukaisesti voidaan edelleen, kun spiraalit on valmistettu putkesta, käyttää näitä putkia seuraaviin tehtäviin: - lämmitykseen, - jäähdytykseen, - reagenssin syöttöön, jolloin putket on tarvittavassa määrin rei'itetyt.

Putket ovat näissä suoritusmuodoissa yhdistettävissä lämpöä luovuttavan väliaineen tai vaihtoehtoisesti lämpöä vastaanottavan (jäähdyttävän) väliaineen lähteisiin, joita kuviossa ei ole esitetty. Reagenssin syöttämiseksi putkiin ne ovat vastaavalla tavalla yhdistettävissä reagenssisäiliöön, josta reagenssia voidaan syöttää esim. pumpun avulla. Näitä suoritusmuotoja varten muodostetaan keskustankoon kanavat, joiden kautta halutut väliaineet tai vastaavasti reagenssit voidaan syöttää spiraaleihin ja poistaa niistä.

Lämpöä luovuttavana väliaineena käytetään tavallisesti höyryä, esim. paineenalaista höyryä tai tulistettua höyryä, ja lämpöä vastaanottavana aineena vettä tai suolan ja veden ja/tai jään muodostamaa seosta, väliaine voidaan johtaa . . kerran spiraalin läpi tai kierrättää useamman kerran sen ' läpi.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan spiraalit asennetaan niin, etteivät ne risteilykohdassa kosketa toisiaan, vaan ne on tuettu kaskustankoon 2 vain spiraalin 3-6 keskiöstä. ,···, Spiraaleissa syntyy tällöin virtaavan nesteen vaikutuksesta sekoitusprosessia tehostava värähtelyliike. Vapaasti väräh-. . televät spiraalikartiot soveltuvat erityisen hyvin sekoitus- tehtäviin, joita syöttää sykkivä pumppu, kuten mäntä- tai kalvopumppu.

Esitetty rakenne mahdollistaa myös sellaisen aivan uuden sekoituksen muodon, jossa vapaat spiraalit saadaan värähtele-mään mekaanisella tai pietsosähköisellä tärytyksellä. Täry-tys kytketään edullisesti siihen keskustankoon 2, johon spi- i 7 88115 raalit on kiinitetty. Erityisen edullista sanottu tärytys on aineensiirto-operaatioissa kahden toisiinsa liukenemattoman vaiheen välillä.

Sekoitettavien aineiden luonteen mukaan käytetään sanotuissa spiraalikartioissa erilaisia kartiokulmia. Erittäin viskooseja tai suuria kiintoainehiukkasia sisältäviin tehtäviin valitaan pitkä kartio ja muihin tehtäviin lyhyt kartio. Pääsääntöisesti kartion kartiokulma on edullisesti 15 - 45 astetta.

Spiraalin materiaalin paksuus tai leveys on tyypillisesti 5 - 10 % staattisen sekoittajan ulkoputken sisähalkaisijas-ta. Ainoa spiraalien dimensiota rajoittava tekijä on sekoitettavien materiaalien luonne.

Kuten edellä mainittiin, on spiraalien etäisyys toisistaan virtauksen sunnassa luonnollisesti spiraalin käytetyn materiaalin paksuus tai leveys milloin spiraalikartiot on liitetty toisiinsa kiinteästi tai hitsattu toisiinsa kiinni. Milloin käytetään tärytettäviä tai vapaasti virtauksessa värähteleviä kartoita on niiden etäisyys toisistaan suurem-t.< . pi, tavallisesti kuitenkin pienempi kuin yhden kierteen nou- * su.

Spiraalikartion suurin halkaija on aina sekoitinvaipan 2 ·'· sisähalkaisij an suuruinen paitsi värähtelevissä kartiospi- raaleissa hieman pienempi. Kartion pienin halkaisija vaihte-. :·. lee, mutta on tavallisesti noin 1/10 vaipan sisähalkaisijas- ta.

» ·

Claims (12)

1. Staattinen sekoitin, joka voidaan asentaa osaksi vir-tausputkistoa siinä virtaavien nesteiden, kaasujen tai lietteiden tai näiden seosten sekoittamiseksi ja joka käsittää - oleellisesti putken muotoisen vaipan (l), jonka sisään on sovitettu ainakin kaksi peräkkäistä sekoitus-elintä (3 - 6), joista ainakin yksi (3, 5) on vasenkätinen ja ainakin yksi (4, 6) oikeakätinen, tunnettu siitä, että - sekoitinelimet koostuvat kartiospiraaleista (3 - 6).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on sovitettu sisäkkäin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitin, tunnet-t u siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on asennettu peräkkäin siten, että peräkkäisten kartioiden kärjet tai vastaavasti pohjat tulevat kohdakkain.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on asennettu samankeskisesti vaipan (1) sisään ja kiinnitetty vaipan keskiakselin suuntaiseen pitkänomaiseen kannatuseli-meen (2).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on kiinnitetty toisiinsa risteyskohdistaan.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalien (3-6) välimatka on virtaus-suunnassa niin suuri, etteivät ne kosketa toisiaan, ja kartiospiraalit (3 - 6) on sovitettu värähtelemään joko luonnollisesti tai ulkoisella tärytyksellä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sekoitin, tunnet-t u siitä, että kartiospiraalien (3-6) liikuttamiseksi i 9 88115 kannatuselimeen (2) on kytkettävissä mekaaninen tai pietso-elektrinen tärytys.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on valmistettu spiraaliksi leikkamalla levystä ja vedetty kartioksi.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on valmistettu metalliaihiosta spiraaliksi vääntämällä ja vetämällä kartioksi.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen sekoitin, tunnettu siitä, että kartiospiraalit (3 - 6) on valmistettu putkesta vääntämällä spiraaliksi ja vetämällä kartioksi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen sekoitin, tunnet-t u siitä, että kartiospiraaliputkia käytetään lämmitykseen ja/tai jäähdytykseen putken sisällä kulkevalla lämmönsiirto-aineella.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen sekoitin, tunnet-t u siitä, että sanottuja kartiospiraalin putkia käytetään syöttämään sekoitustilaan tarvittavaa reagenssia, jolloin putket ovat tarvittavissa määrin rei'itetyt. 10 881 1 5