PL182950B1

PL182950B1 - Mieszalnik rurowy do płynów o niskiej lepkości

Info

Publication number: PL182950B1
Application number: PL97319395A
Authority: PL
Inventors: Markus Fleischli; Gottlieb Schneider; Marc Bruno Wehrli
Original assignee: Sulzer Chemtech Ag
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2002-05-31
Also published as: TW358039B; JPH09276678A; CA2199332C; CZ291563B6; CN1167007A; KR100481930B1; DE59610627D1; CA2199332A1; EP0800857A1; KR970069108A; MX9702575A; CN1078817C; CZ109197A3; EP0800857B1; PL319395A1; ES2203673T3; BR9701784A; US5813762A; ATE246036T1

Abstract

1 . Mieszalnik rurowy do plynów o niskiej lepkosci, w szczególnosci do ply- nów zawierajacych zawiesine materialów stalych, który to mieszalnik rurowy ma za- mocowane trwale w rurze mieszalnika przegrody plytowe, które co najmniej w jednym miejscu rury przeslaniaja cze- sciowo jej przekrój, tworzac otwór prze- plywowy, znamienny tym, ze kazdy otwór przeplywowy (3) utworzony przez przegro- de plytowa (2) sklada sie co najmniej z pierwszego szczelinowego otworu czast- kowego (31), przy czym plaszczyzna prze- grody plytowej (2) i pierwszego otworu czast- kowego (31), tworzy z osia(c) rury (10) kat (tp) zawarty w przedziale od 20° do 60°, zwlaszcza od 35° do 45°, i ze za otworem przeplywowym (3), w kierunku przeplywu, znajduje sie strefa mieszania (4). F ig 2 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik rurowy do płynów o niskiej lepkości, w szczególności do płynów zawierających zawiesinę materiałów stałych.

Z opisu patentowego CH-PS 669 336 (=P.6OO5) znane jest statyczne urządzenie mieszające, za pomocą którego mogą zostać zmieszane płyny zawierające cząsteczki materiałów stałych, bez tworzenia się zatorów. Urządzenie to, w jednej rurze obejmuje przegrody mieszające, które składają się z co najmniej dwóch mostków zewnętrznych i z co najmniej jednego mostka wewnętrznego. Mostki te są na ich jednym końcu, względnie na bokach, połączone bez szczelin z obudową, podczas gdy inne ich zakończenia kończą się w pewnym odstępie od ściany rury. Sąsiadujące mostki krzyżują się, przy czym na każdym skrzyżowaniu pozostaje wolna przestrzeń pośrednia. Mieszanie następuje zasadniczo w obrębie przegród, przez krzyżowe zawracanie poszczególnych strumieni cząstkowych.

Zgodny z wynalazkiem mieszalnik rurowy do płynów o niskiej lepkości, w szczególności do płynów zawierających zawiesinę materiałów stałych, który to mieszalnik rurowy ma zamocowane trwale w rurze mieszalnika przegrody płytowe, które co najmniej w jednym miejscu rury przesłaniają częściowo jej przekrój, tworząc otwór przepływowy, charakteryzuje się tym, że każdy otwór przepływowy utworzony przez przegrody płytowe składa się z co najmniej z pierwszego szczelinowego otworu cząstkowego, przy czym płaszczyzna przegrody płytowej i pierwszego otworu cząstkowego tworzy z osią rury kąt φ zawarty w przedziale od około 20° do 60°, zwłaszcza od 35° do 45°, i że za otworem przepływowym, w kierunku przepływu, znajduje się strefa mieszania.

Korzystnie, pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy przebiega od ściany do ściany rury poprzez oś rury.

Według dalszej cechy wynalazku, otwór przepływowy składa się z dwóch otworów cząstkowych: pierwszego szczelinowego otworu cząstkowego i drugiego otworu cząstkowego, przy czym pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy przebiega od ściany rury poprzez oś rury w kierunku drugiego otworu cząstkowego, o wydłużonym kształcie, korzystnie w kształcie półksiężyca, a zwłaszcza soczewki, który graniczy po przeciwnej stronie rury ze ścianą rury, przy czym ten drugi otwór cząstkowy jest skierowany poprzecznie w stosunku do pierwszego otworu cząstkowego, a strefa mieszania ma długość w zakresie od jednej do dziesięciu średnic rury.

Korzystnie, tworząca jeden otwór przepływowy przegroda płytowa składa się z dwóch segmentów, przy czym krawędzie tych segmentów składają się z następujących odcinków częściowych: zewnętrznego odcinka brzegowego, zwłaszcza w kształcie łuku eliptycznego, który graniczy ze ścianą rury, wewnętrznego odcinka brzegowego, który ogranicza pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy, i drugiego zewnętrznego odcinka brzegowego, który ogranicza drugi otwór cząstkowy otworu przepływowego.

Zgodnie z wynalazkiem, obydwa segmenty przegrody płytowej są połączone wzajemnie, co najmniej jednym wąskim mostkiem, położonym zwłaszcza na granicy między dwoma otworami cząstkowymi otworu przepływowego, przy czym pierwszy otwór cząstkowy ma kształt trapezu i rozszerza się w kierunku przepływu strumienia płynów i, korzystnie, jest symetryczny względem płaszczyzny symetrii przechodzącej przez oś rury.

Zgodnie z dalszą cechą wynalazku segmenty przegrody płytowej otaczające otwór przepływowy znajdują się w jednej płaszczyźnie i korzystnie wraz z mostkiem są wykonane z jednego kawałka blachy.

182 950

Zgodnie z następną cechą wynalazku, mieszalnik rurowy ma co najmniej dwie przegrody płytowe z dwoma otworami przepływowymi, przy czym sąsiadujący, położony w kierunku przepływu, otwór przepływowy, jest umieszczony poza strefą mieszania, w odstępie wynoszącym około trzy do pięciu średnic rury od poprzedniego, co oznacza, że, korzystnie, wolna od wbudowanych przegród, przestrzeń między sąsiadującymi otworami przepływowymi ma długość wynoszącą około dwie do czterech średnic rury.

Pierwsze otwory cząstkowe sąsiadujących otworów przepływowych są usytuowane poprzecznie względem siebie.

Korzystnie, w przekroju poprzecznym rury, powierzchnia otworu przepływowego wynosi około 50% - 75% powierzchni tego przekroju rury.

Otwór przepływowy, lub otwory przepływowe zgodnego z wynalazkiem mieszalnika rurowego, są w ten sposób uformowane i umieszczone, że w płynącym strumieniu płynów, przy przejściu przez otwór przepływowy powstajądwa wiry, skierowane w przeciwnych względem siebie kierunkach. Podczas przepływu strumienia przez strefę mieszania, w wirach następuje częściowe wymieszanie płynów. W porównaniu ze znanymi mieszalnikami, potrzeba tu mniej przegród mieszających, aby uzyskać równie dobry efekt wymieszania. Wymagana jest, co prawda dłuższa rura, ale zgodny z wynalazkiem mieszalnik powoduje mniejszą stratę ciśnienia.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania przegrody płytowej zgodnego z wynalazkiem mieszalnika rurowego o kołowym przekroju, fig. 2 - dwie sąsiadujące przegrody płytowe z fig. 1, fig. 3 - kilka przegród płytowych do wbudowania, wyciętych z pasa blachy, fig. 4 - drugi przykład wykonania przegrody płytowej, fig. 5 - segment przegrody płytowej z fig. 4, fig. 6 - trzeci przykład wykonania przegrody płytowej, w mieszalniku rurowym z rurą o prostokątnym przekroju, fig. 7 - odmianę przykładu wykonania z fig. 6 i fig. 8 - piąty przykład wykonania przegrody płytowej, w mieszalniku rurowym z rurą o kołowym przekroju.

Figury 1 i 2 przedstawiają zgodny z wynalazkiem mieszalnik rurowy 1 dla płynów o niskiej lepkości. Ściana rury TO jest jedynie zaznaczona linią przerywaną. Rura kołowa ma średnicę D. Mieszalnik rurowy 1 ma wbudowane przegrody płytowe 2, które w poszczególnych miejscach na długości rury 10 częściowo przesłaniają jej światło i w ten sposób tworzą otwór przepływowy 3. Przegrody płytowe 2 są rozmieszczone na płaszczyznach nachylonych pod kątem φ do osi c rury, tworzących w obrębie zarysu rury powierzchnie eliptyczne o osiach głównych d i e.

Pozostawiony przez każdą zamocowaną w rurze 10 przegrodę płytową 2 otwór przepływowy 3 składa się z dwóch otworów cząstkowych: pierwszego otworu cząstkowego 31, rozciągającego się od ściany rury 10 do środka rury i dalej poza oś rury c wzdłuż dłuższej osi głównej e elipsy i, graniczącego ze ścianą rury 10 po przeciwnej stronie, drugiego otworu cząstkowego 32, o wydłużonym, tu półksiężycowym, kształcie, który jest ukierunkowany poprzecznie względem pierwszego otworu cząstkowego 31. Drugi otwór cząstkowy 32 może mieć też przykładowo kształt soczewki.

Płaszczyzna przegrody płytowej 2 z pierwszym otworem cząstkowym 31 przebiegającym wzdłuż osi głównej e elipsy tworzy z osią rury c kąt φ, którego wartość wynosi około od 20° do około 60°, zwłaszcza od 35° do 45°. Drugi otwór cząstkowy 32 jest umieszczony, w odniesieniu do kierunku przepływu strumienia, za pierwszym szczelinowym otworem cząstkowym 31. Za otworem przepływowym 3 rury 10 następuje strefa mieszania 4.

W przekroju poprzecznym rury, powierzchnia otworu przepływowego 3 wynosi około 50% - 70% powierzchni przekroju rury 10, przy czym pierwszy otwór cząstkowy 31 zajmuje 60% - 70% powierzchni tego otworu przepływowego 3. Przy takich stosunkach wymiarów, zapotrzebowanie materiałowe jest nieznaczne, a strumień płynu, który ma być wymieszany, podlega jedynie nieznacznym stratom ciśnienia.

Każda przegroda płytowa 2 ma postać dwóch segmentów 21 i 22. Krawędzie każdego z tych segmentów obejmują zasadniczo, każdorazowo następujące odcinki częściowe: odcinek brzegowy a w kształcie łuku eliptycznego, który graniczy ze ścianą rury 10, wewnętrzny odcinek brzegowy prosty s, który stanowi granicę pierwszego otworu cząstkowego 31 i drugi wewnętrzny odcinek brzegowy b, który graniczy z drugim otworem cząstkowym 32 otworu

182 950 przepływowego 3. Pomiędzy ścianą rury 10 i krawędzią a w kształcie łuku eliptycznego przegrody płytowej 2, może powstać mała szpara, którą w poszczególnych miejscach pokrywa się materiałem łączącym, na przykład materiałem spawalniczym. Krawędź eliptyczną można przybliżyć, na przykład za pomocą odcinków prostych. Zamiast wewnętrznego odcinka brzegowego prostego s, można również zastosować odcinek zakrzywiony.

Stosunkowo dobre działania mieszające uzyskuje się wówczas, gdy segmenty 21 i 22 przegrody płytowej 2 są znacznie skrócone a powierzchnia otworu przepływowego wynosi 75% powierzchni przekroju rury 10. Dla takich segmentów działanie mieszające jest wprawdzie nieco słabsze, ale za to mniejsza jest strata ciśnienia. Generalną zasadą jest to, że większa powierzchnia otworu oznacza mniejszą stratę ciśnienia i na odwrót.

W postaci wykonania według fig. 1 i 2 obydwa segmenty 21 i 22 przegrody płytowej 2 są połączone wąskim mostkiem 23, oddzielającym dwa otwory cząstkowe 31 i 32 otworu przepływowego 3. Za pomocą tego mostka 23 uzyskuje się korzystną pod względem konstrukcyjnym stabilizację przegrody płytowej 2, która pozwala zastosować na przegrody płytowe 2 mniejszą grubość płyt, aniżeli w wypadku gdyby tego mostka nie było.

Kierunek przepływu płynów jest na fig. 1 oznaczony strzałkami 5, 5'. Przepływ płynów przez otwór przepływowy 3 rury wywołuje w strumieniu dwa przeciwnie skierowane wiry, które w rzucie na powierzchnię przekroju rury są oznaczone strzałkami 6, 6'.

Pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy 31 ma ogólnie kształt trapezu z punktami narożnymi A, B, B’ i A' , który rozszerza się ku drugiemu otworowi cząstkowemu 32 otworu przepływowego 3. Przy tym kształcie pierwszego szczelinowego otworu cząstkowego powstaje optymalna para wirów 6, 6'. Ażeby utworzyły się dwa jednakowo silne wiry, otwór przepływowy 3 jest ukształtowany dokładnie symetrycznie względem płaszczyzny symetrii lezącej w osi c rury.

Segmenty 21, 22 przegrody płytowej 2, tworzącej jeden otwór przepływowy 3, są w przykładzie wykonania na fig. 1 i 2 umieszczone w jednej płaszczyźnie. Można je wykonać wraz z mostkiem 23 łączącym, z jednego kawałka blachy. Figura 3 pokazuje, jak te przegrody płytowe 2 można oszczędnie pod względem materiałowym wykroić z jednego pasa blachy.

Przegrody płytowe 2 mogą być, zamiast płaskie także zagięte, lub załamane.

W mieszalniku rurowym 1 należy zamocować tyle przegród płytowych 2, aby utworzyć, co najmniej dwa otwory przepływowe 3, przy czym kolejny otwór przepływowy 3', sąsiadujący z pierwszym otworem przepływowym 3 i położony względem kierunku przepływu strumienia poza strefą mieszania 4, jest umieszczony w odstępie, około 3 do 5 średnic rury D. Niezabudowana przestrzeń między sąsiadującymi otworami przepływowymi 3, 3' mą więc tym samym długość, około o 2 do 4 średnic rury D. Pierwsze szczelinowe otwory cząstkowe 31 sąsiednich otworów 3, 3' są umieszczone poprzecznie względem siebie.

Figury 4 do fig. 8 przedstawiają dalsze możliwe postaci przegród płytowych 2 tworzących otwór przepływowy 3. Na fig. 4 obydwa segmenty 2Γ, 22', jednakowo uformowane, są umieszczone względem siebie pod kątem. Kształt segmentu 21', względnie 22'jest widoczny na fig. 5. Segmenty 21' i 22' mogą być oczywiście również połączone mostkiem, jak to przedstawiono przykładowo linią przerywaną.

Figury 6 i 7 pokazują złożone z segmentów 21, 22 przegrody płytowe 2 tworzące otwór przepływowy 3 do, zgodnych z wynalazkiem, mieszalników rurowych, których przekroje są kwadratowe, lub prostokątne. Figura 6 pokazuje dodatkowo, że mostek 23 może być umieszczony w innym miejscu niż na granicy obydwóch otworów cząstkowych otworu przepływowego 3. Mostek 23 może przykładowo stanowić pręt o przekroju kołowym.

Piąty przykład wykonania według fig. 8, pokazuje przegrodę płytową 2' złożoną z segmentów 21', 22' tworzących otwór przepływowy 3, który składa się tylko z jednego otworu, pierwszego szczelinowego otworu cząstkowego 31. Pierwszy otwór cząstkowy 31 ma kształt trapezowy z dwoma zagiętymi bokami AA’, BB’ i rozszerza się zgodnie, lub przeciw kierunkowi przepływu.

Mieszalnik rurowy 1, zgodny z wynalazkiem, jest stosowany do mieszania płynów zawierających zawiesinę materiałów stałych. Zastosowanie to jest szczególnie korzystne, jeżeli materiały stałe mają postać włóknistą.

182 950

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Mieszalnik rurowy do płynów o niskiej lepkości, w szczególności do płynów zawierających zawiesinę materiałów stałych, który to mieszalnik rurowy ma zamocowane trwale w rurze mieszalnika przegrody płytowe, które co najmniej w jednym miejscu rury przesłaniają częściowo jej przekrój, tworząc otwór przepływowy, znamienny tym, że każdy otwór przepływowy (3) utworzony przez przegrodę płytową (2) składa się co najmniej z pierwszego szczelinowego otworu cząstkowego (31), przy czym płaszczyzna przegrody płytowej (2) i pierwszego otworu cząstkowego (31), tworzy z osią (c) rury (10) kąt (φ) zawarty w przedziale od 20° do 60°, zwłaszcza od 35° do 45°, i że za otworem przepływowym (3), w kierunku przepływu, znajduje się strefa mieszania (4).
2. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy (31) przebiega od ściany do ściany rury (10) poprzez oś rury (c).
3. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1, znamienny tym, że otwór przepływowy (3) składa się z dwóch otworów cząstkowych: pierwszego szczelinowego otworu cząstkowego (31) i drugiego otworu cząstkowego (32), przy czym pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy (31) przebiega od ściany rury (10) poprzez oś (c) rury w kierunku drugiego otworu cząstkowego (32), o wydłużonym kształcie, korzystnie w kształcie półksiężyca, a zwłaszcza soczewki, który graniczy po przeciwnej stronie rury ze ścianą rury (10), przy czym ten drugi otwór cząstkowy (32) jest skierowany poprzecznie w stosunku do pierwszego otworu cząstkowego (31), a strefa mieszania (4) ma długość (m) w zakresie od jednej do dziesięciu średnic rury (D).
4. Mieszalnik rurowy według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że tworząca jeden otwór przepływowy (3) przegroda płytowa (2), składa się z dwóch segmentów (21, 22), przy czym krawędzie tych segmentów składają się z następujących odcinków częściowych: zewnętrzny odcinek brzegowy (a), zwłaszcza w kształcie łuku eliptycznego, który graniczy ze ścianą rury (10), wewnętrzny odcinek brzegowy (s), który ogranicza pierwszy otwór cząstkowy (31), i drugi zewnętrzny odcinek brzegowy (b), który ogranicza drugi otwór cząstkowy (32) otworu przepływowego (3).
5. Mieszalnik rurowy według zastrz. 4, znamienny tym, że obydwa segmenty (21, 22) przegrody płytowej (2) są połączone wzajemnie co najmniej jednym wąskim mostkiem (23), położonym zwłaszcza na granicy między dwoma otworami cząstkowymi (31, 32) otworu przepływowego (3).
6. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że pierwszy szczelinowy otwór cząstkowy (31) ma kształt trapezu i rozszerza się w kierunku przepływu strumienia płynów.
7. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że otwór przepływowy (3) jest symetryczny względem płaszczyzny symetrii przechodzącej przez oś (c) rury i oś główną (e).
8. Mieszalnik rurowy według zastrz. 4, znamienny tym, ze segmenty (21, 22) przegrody płytowej (2) otaczające otwór przepływowy (3), znajdują się w jednej płaszczyźnie.
9. Mieszalnik rurowy według zastrz. 8, znamienny tym, że umieszczone w jednej płaszczyźnie segmenty (21, 22) przegrody płytowej (2) wraz z mostkiem (23), są z jednego kawałka blachy.
10. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że ma co najmniej dwie przegrody płytowe (2) z dwoma otworami przepływowymi (3, 3'), przy czym sąsiedni, położony w kierunku przepływu otwór przepływowy (3*) jest umieszczony poza strefą mieszania (4) w odstępie (m) wynoszącym około trzy do pięciu średnic rury (D) od poprzedniego.
11. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że ma co najmniej dwie przegrody płytowe (2) z dwoma otworami przepływowymi (3, 3’), przy czym wolna od przegród płytowych (2), przestrzeń między sąsiadującymi otworami przepływowymi (3, 3'), ma długość wynoszącą około dwóch do czterech średnic rury (D).

182 950
12. Mieszalnik rurowy według zastrz. 11, znamienny tym, że pierwsze otwory cząstkowe (31) sąsiadujących otworów przepływowych (3, 3') przegród płytowych (2) są usytuowane poprzecznie względem siebie.
13. Mieszalnik rurowy według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w przekroju poprzecznym rury (10), powierzchnia otworu przepływowego (3) wynosi około 50% - 75% powierzchni tego przekroju rury.

* * *