PL211385B1 - Pionowy mieszalnik statyczny - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211385 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 384602 ^{(51) Int.Cl.}

B01F 5/16 (2006.01) B01F 5/26 (2006.01) B01F 7/04 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 04.03.2008 (54)

Pionowy mieszalnik statyczny (73) Uprawniony z patentu:

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

14.09.2009 BUP 19/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

STANISŁAW MASIUK, Szczecin, PL RAFAŁ RAKOCZY, Szczecin, PL MARIAN KORDAS, Góralice, PL EDWARD MURDZIA, Szczecin, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Renata Zawadzka

PL 211 385 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pionowy mieszalnik statyczny z wkładką w postaci zestawu członów z wirującymi elementami mieszającymi, przeznaczony do mieszania płynów, szczególnie układów wielofazowych.

W procesie mieszania pł ynów o róż nej lepkoś ci stosowane są mieszalniki statyczne wyposaż one w nieruchome wkładki mieszające w postaci zestawu spiralnie skręconych taśm, zestawów rur, kształtek o różnych profilach oraz rusztów. Rozmieszczenie przestrzenne członów wkładek mieszających powoduje rozdzielenie oraz ponowne łączenie strug płynu zwykle o dominującym osiowym kierunku przepływu. Rozdzielenie płynu na strugi oraz ich ponowne łączenie występuje w każdym aktywnym członie wkładki mieszającej. W przestrzeniach pomiędzy wkładkami mieszającymi strugi płynu przepływają swobodnie, równolegle do osi mieszalnika. Jakość procesu mieszania wzrasta wraz ze wzrostem liczby wkładek mieszających.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 106194 mieszalnik statyczny wyposażony jest w wkł adkę mieszaj ąc ą zbudowaną z czł onów w postaci pę ków rur. Rury w pękach ustawione są tak, że kolejność wylotów jednego pęku jest różna w stosunku do kolejności wlotów następnego członu. Wzdłużne mieszanie rozdzielonych strumieni następuje na skutek ich krzyżowania się w przestrzeniach pomiędzy odrębnymi elementami wkładki mieszającej. Znany z polskiego opisu patentowego nr 184264 mieszalnik statyczny zawiera wkładkę mieszającą składającą się z członów rurowych w kształcie stożków ściętych, złączonych podstawami z osiami ustawionymi pod k ątem względem siebie. Na powierzchni bocznej większego stożka są wycięte wzdłużne szczeliny z jednostronnymi kierownicami. Płyn wypływający z górnego stożka oraz ze szczelin jest przemieszczany w wyniku osiowego ruchu wirowego. Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 113104 mieszalnik statyczny, wyposażony we wkładkę mieszającą składającą się z członów w postaci odcinka rury z żebrami zewnętrznie ustawionymi pionowo wzdłuż linii śrubowej oraz otworami pomiędzy żebrami. Mieszanie odbywa się na zasadzie wzajemnego oddziaływania strumieni płynu wypływających z otworów oraz strumieni wprawianych w osiowy ruch wirowy zewnętrznymi śrubowymi przegrodami. Znany z rosyjskiego opisu patentowego nr 679232 mieszalnik statyczny zawiera wkładkę mieszającą składającą się z zespołu obróconych względem siebie elementów w postaci pustych kształtek o przekrojach poprzecznych zmieniających się od trójkąta krzywoliniowego na wlocie do krzywoliniowego trapezu na wylocie. Płyn wprawiany jest w osiowy ruch wirowy przez wzajemne przenikanie strumieni wypływających z przestrzeni pustych kształtek i z obszaru pomiędzy wkładkami. Znany z rosyjskiego opisu patentowego nr 882574 mieszalnik statyczny zawiera wkładkę mieszającą składającą się z członów w postaci dwustronnie ukoś nie ścię tych powierzchni walcowych obróconych wzglę dem siebie oraz płaskich przegród ustawionych pod kątem do osi rury. W powstających wewnętrznych i zewnętrznych kanałach strumienie płynu wzajemnie przemieszczają oraz krzyżują się w wyniku czego powstają osiowe ruchy wirowe.

Pionowy mieszalnik statyczny według wynalazku przeznaczony jest do mieszania płynów, szczególnie układów wielofazowych. Pionowy mieszalnik składa się z członów mieszających usytuowanych jeden nad drugim umieszczonych w obudowie rurowej. Pionowy mieszalnik statyczny według wynalazku ma co najmniej dwa człony mieszające. Każdy z członów mieszających składa się z poziomej turbinki, dystrybutora pł ynów rozpraszanych, komory obróbki termicznej, rur doprowadzających rozpraszane płyny do dystrybutora płynów rozpraszanych, rur doprowadzających i odprowadzających czynnik obróbki termicznej. Człony mieszające umieszczone są w rurowej obudowie, pomiędzy dwoma kołnierzami, wyposażonymi w kanały doprowadzające i odprowadzające płyny rozpraszane i czynnik obróbki termicznej. W pionową kaskadę można zestawiać dowolną ilość członów mieszających w rurowej obudowie z kołnierzami. Każdy kolejny człon mieszający usytuowany jest przeciwstawnie względem poprzedniego w ten sposób, aby dystrybutor kolejnego członu umieszczony był nad poprzedzającą go komorą obróbki termicznej oraz turbinką. Każda kolejna turbinka w członie mieszającym ma przeciwny kierunek obrotów względem poprzedzającej. Dystrybutor znajduje się poniżej komory obróbki termicznej, po przeciwnej stronie osi mieszalnika. Pozioma turbinka poprzez oś osadzona jest w tulejach ślizgowych wbudowanych w rury doprowadzające rozpraszane płyny i usytuowana jest powyż ej komory obróbki termicznej i dystrybutora. Ł opatki turbinki mają wyoblony kształt, przy czym każda łopatka posiada wycięcie o średnicy zbliżonej do średnicy rur doprowadzających i odprowadzających czynnik obróbki termicznej - grzejny lub chłodzący. Pozwala to na mieszanie płynu rozpraszanego w całej szerokości pionowego mieszalnika statycznego. Łopatki turbinki spełniaPL 211 385 B1 ją rolę ruchomych przegród wytwarzających przepływ promieniowy. Dystrybutor, którego otwarte końce usytuowane są w otworach rur doprowadzających rozpraszane płyny, ma postać toroidu przedzielonego wewnątrz pionową przeponą. Przepona dzieli dystrybutor na dwie części, co pozwala na rozpraszanie dwóch różnych płynów, które łączą się ze sobą wewnątrz pionowego mieszalnika. Dystrybutor ma otwory, w które wstawione są dysze skierowane ku poziomej turbince. Korzystnie toroid jest spłaszczony obustronnie w płaszczyźnie pionowej. Komora obróbki termicznej ma kształt klina, umieszczonego poziomo, którego górna i dolna powierzchnia mają kształt wklęsły, odpowiadający powierzchni wyznaczonej przez łopatkę poziomej turbinki. Kształt tych powierzchni umożliwia bezkolizyjną pracę turbinki wykonującej ruch wirowy. Do komory obróbki termicznej od góry przyłączona jest rura doprowadzająca czynnik obróbki termicznej, a od dołu przyłączona jest rura odprowadzająca czynnik obróbki termicznej. W zależności od wymagań procesowych szczelna komora obróbki termicznej ogrzewa przepływający strumień płynu. Kołnierze pionowego mieszalnika mają otwory, zapewniające przepływ płynu mieszanego przez mieszalnik. Kołnierze wyposażone są w wydrążone poziome nieprzelotowe kanały połączone z pionowymi nieprzelotowymi kanałami, w które wstawione są przez uszczelnienie odpowiednio rury, doprowadzające płyny rozpraszane oraz doprowadzające czynnik obróbki termicznej. Kołnierze wyposażone są w króćce doprowadzające i odprowadzające rozpraszany płyn oraz czynnik obróbki termicznej. Pozwala to na dostarczanie i odprowadzanie do pionowego mieszalnika statycznego płynów rozpraszanych i czynnika obróbki termicznej oraz przepływ rozpraszanych płynów oraz czynnika obróbki termicznej pomiędzy poszczególnymi mieszalnikami tworzącymi kaskadę.

Konstrukcja według wynalazku zapewnia łatwość w montażu mieszalnika w zależności od potrzeb. Jako odrębny elementarny mieszalnik statyczny, po zamknięciu pokrywami górną i dolną, mogą pracować dwa człony mieszające. Elementarne człony mieszalników mogą tworzyć kaskadę mieszalników ze wspólnym lub odrębnym doprowadzeniem i odprowadzeniem płynów rozpraszanych jak również czynników grzejnych obróbki termicznej mieszanego płynu. Zastosowanie dodatkowych elementarnych członów mieszalników statycznych umożliwia modyfikacje procesu mieszania układów wielofazowych poprzez zasilanie każdego mieszalnika innymi płynami rozpraszanymi, jak również oddziaływanie na mieszany wsad odmiennym typem obróbki termicznej. Mieszalnik według wynalazku realizuje osiowe oraz promieniowe wymieszanie płynu przepływającego przez mieszalnik. W celu osiągnięcia wyższego stopnia homogenizacji płyn mieszany można kierować do dalszej obróbki procesowej lub może być przesyłany do kolejnego elementarnego mieszalnika statycznego. Pojedynczy pionowy mieszalnik statyczny lub kaskada mieszalników zaopatrzona na obu końcach odpowiednimi pokrywami z króćcami stanowi odpowiednio elementarny mieszalnik lub kompleksowy mieszalnik statyczny.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia pojedynczy człon mieszający w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia elementarny mieszalnik statyczny z dwoma członami mieszającymi oraz króćcami bez pokrywy i dna w widoku perspektywicznym, fig. 3 przedstawia mieszalnik statyczny z trzema członami mieszającymi oraz króćcami bez pokrywy, i dna w widoku perspektywicznym, fig. 4 przedstawia dwa mieszalniki z zestawem króć ców wlotowych i wylotowych, połączone ze sobą , fig. 5 przedstawia koł nierz 14 z króć cami w widoku z góry, fig. 6 przedstawia ko ł nierz 14 z króć cami doprowadzają cymi i odprowadzającymi płyn rozpraszany i czynnik obróbki termicznej w przekroju poprzecznym, fig. 7 przedstawia kołnierz 13 z króćcami w widoku z góry.

P r z y k ł a d 1

Pionowy mieszalnik statyczny, jak pokazano na fig. 1, składa się z dwóch członów mieszających, z których każdy zawiera poziomą turbinkę mieszającą 1, rurowy dystrybutor 2 płynów rozpraszanych oraz komorę 3 obróbki termicznej. Turbinka 1 jest osadzona na osi 4 umieszczonej po obu stronach w tulejach ślizgowych 5. Tuleje ślizgowe 5 wbudowane są w rury 6, 7 doprowadzające płyny rozpraszane. Tuleje 5 nie zamykają prześwitu rur 6, 7. Do rur 6, 7 końcowymi otworami podłączony jest dystrybutor 2 w taki sposób, że płyny rozpraszane mogą swobodnie dostawać się do jego wnętrza. Dystrybutor 2 w środkowej części podzielony jest szczelną przeponą 8, dzielącą go na dwie odrębne części, które niezależnie zapełnia się płynami rozpraszanymi, dopływającymi z rur 6, 7. W obu częściach dystrybutora 2 nawiercone są otwory, w które wstawione są dysze 9, dzięki którym płyny rozpraszane dostarcza się do wnętrza mieszalnika. Wyloty dysz 9 skierowane są ku osi 4. Powyżej dystrybutora 2 umieszczona jest szczelna komora 3, która przyspawana jest do rur 6, 7. Komora 3, jak pokazano na fig. 2, ma postać klina o przekroju poprzecznym prostopadłym do osi rurowej obudowy 10 mieszalnika. Czynnik obróbki termicznej - grzejny doprowadza się do komory 3 pionowymi rura4

PL 211 385 B1 mi 11, 11', a odprowadza się pionowymi rurami 12, 12'. W celu zapewnienia mieszania w całej szerokości mieszalnika łopatki turbinki 1 posiadają wycięcie o średnicy zbliżonej do średnicy rur 11, 11', 12, 12'. Człony mieszające łączy się pionowo naprzemiennie, tak, że wspólne dla obu są rury 6, 7. Nad dystrybutorem 2 członu mieszającego dolnego umieszcza się komorę 3 członu mieszającego górnego i analogicznie nad komorą 3 czł onu mieszają cego dolnego umieszcza się dystrybutor 2 członu mieszającego górnego. Każda z komór 3 ma odrębne doprowadzenie czynnika grzejnego. Dwa człony mieszające umieszcza się w rurowej obudowie 10 od góry i od dołu zamkniętej zdejmowanymi kołnierzami 13 i 14. W kołnierzu 13 znajduje się otwór 15, natomiast w kołnierzu 14 otwór 16, zapewniające przepływ płynu mieszanego przez mieszalnik. W kołnierzach 13 i 14 wykonane są pierścieniowe wewnętrzne kanały pod uszczelki 17 umożliwiające połączenie większej liczby pionowych mieszalników statycznych. W kołnierzach 13, 14, jak pokazano na fig. 5-7, nagwintowane są również nieprzelotowe otwory do spinania ze sobą kołnierzy 13, 14 poprzez rurową obudowę 10 i uszczelki wewnętrzne 10'. Spinanie to odbywa się za pomocą pionowych prętów 18. W kołnierzu 13 nawiercone są cztery nieprzelotowe pionowe kanały 6a, 7a, 11a i 11'a przystosowane do wstawienia do nich odpowiednio rur 6, 7 oraz rur 11, 11' doprowadzających czynnik obróbki termicznej - grzejny. Pionowe kanały 6a, 7a, 11a i 11'a połączone są odpowiednio z nawierconymi poziomymi kanałami 21a, 22a, 19a, 20a, zakończonymi odpowiednio króćcami 19, 20, pozwalającymi na doprowadzenie do mieszalnika czynnika grzejnego i króćcami 21, 22 do odprowadzania płynów rozpraszanych. W kołnierzu 14 nawiercone są cztery nieprzelotowe pionowe kanały 6a, 7a, 12a i 12'a, przystosowane do wstawienia do nich rur 6, 7 doprowadzających płyny rozpraszane oraz rur 12 i 12' odprowadzających czynnik obróbki termicznej - grzejny. Pionowe kanał y 6a, 7a, 12a i 12'a połączone są z nawierconymi poziomymi kanałami 21a, 22a 19a, 20a zakończonymi króćcami 19, 20 przeznaczonymi do odprowadzenia czynnika grzejnego i króć cami 21, 22 doprowadzającymi płyny rozpraszane.

W każ dym czł onie mieszają cym strumień pł ynu mieszanego kieruje się otworem 16 kołnierza 14 przez powierzchnię dolną komory 3 ku łopatce turbinki 1. Strumień ten zasila się strumieniami płynów rozpraszanych, dostarczanych dyszami 9 z dystrybutora 2. Strumień płynu mieszanego zasilony płynami rozpraszanymi o dominującym przepływie osiowym, po ogrzaniu dzięki komorze 3, kieruje się w obszar oddziaływania turbinki 1. Turbinka 1 miesza płyn w całej szerokości rurowej obudowy 10, na co pozwalają wycięcia na powierzchni łopatek. Wymieszany płyn opuszcza dolny człon mieszający i trafia bezpoś rednio w obszar oddział ywania górnego czł onu mieszającego, czyli na dolną powierzchnię komory 3 obróbki termicznej. Płyn mieszany zasila się dodatkowo płynami rozpraszanymi z dysz 9 dystrybutora 2. Następnie poddaje się go analogicznej obróbce hydrodynamicznej jak w dolnym członie mieszającym. W członie mieszającym górnym promieniowe wymieszanie płynu odbywa się w kierunku przeciwnym niż w członie mieszającym dolnym. Turbinka 1 dolnego członu mieszającego obraca się w kierunku przeciwnym do turbinki 1 górnego członu mieszającego.

P r z y k ł a d 2

Pionowy mieszalnik statyczny analogiczny jak w przykładzie 1 z tym, że składa się z trzech członów mieszających jak pokazano na fig. 3. Rura 11 zasila komorę 3 dolnego członu mieszającego, zaś rura 11 jest rurą doprowadzającą czynnik obróbki termicznej - grzejny do komory 3 górnego członu mieszającego. Czynnik grzejny odprowadzany jest z komory 3 dolnego członu mieszającego rurą

12. Komora 3 obróbki termicznej środkowego członu mieszającego jest zasilana rurą 11', natomiast rurą 12' odprowadza się czynnik obróbki termicznej - grzejny.

P r z y k ł a d 3

Pionowy mieszalnik statyczny analogiczny jak w przykładzie 1 z tym, że składa się z dwóch, kaskadowo umieszczonych na sobie mieszalników, jak pokazano na fig. 4, z których każdy zawiera po dwa człony mieszające umieszczone pomiędzy kołnierzami 13, 14. Króćce 19, 20, 21, 22 kołnierza 13 mieszalnika dolnego łączą się za pomocą rurek z odpowiednimi króćcami kołnierza 14 mieszalnika górnego, co pozwala na przekazywanie płynów rozpraszanych i czynnika grzejnego pomiędzy górnym i dolnym mieszalnikiem. Czynnik obróbki termicznej - chłodzący doprowadza się króćcami 19, 20 kołnierza 13 górnego mieszalnika, zaś płyn rozpraszany doprowadza się króćcami 21, 22 kołnierza 14 dolnego mieszalnika. Płyn mieszany wpływa do dolnego mieszalnika otworem 16 w kołnierzu 14, następnie poprzez człony mieszające wypływa przez otwór 15 kołnierza 13, który poprzez połączenie śrubowe złączono z kołnierzem 14 górnego mieszalnika. Do górnego mieszalnika płyn mieszany wpływa przez otwór 16 w jego kołnierzu 14, a wypływa po przejściu przez człony mieszające przez otwór 15 kołnierza 13.

Claims (14)

1. Pionowy mieszalnik statyczny przeznaczony do mieszania pł ynów, szczególnie ukł adów wielofazowych składający się z członów mieszających umieszczonych w obudowie rurowej, znamienny tym, że ma co najmniej dwa człony mieszające, z których każdy składa się z poziomej turbinki (1), dystrybutora (2) płynów rozpraszanych, komory (3) obróbki termicznej, rur (6, 7) doprowadzających płyny rozpraszane do dystrybutora (2), rur (11, 11') doprowadzających czynnik obróbki termicznej oraz rur (12, 12') odprowadzających czynnik obróbki termicznej, przy czym człony mieszające umieszczone są w obudowie rurowej (10) pomiędzy dwoma kołnierzami (13, 14), wyposażonymi w kanały doprowadzające i odprowadzające płyny rozpraszane i czynnik obróbki termicznej, a kolejny z członów mieszających usytuowany jest przeciwstawnie względem poprzedniego.

2. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dystrybutor (2) znajduje się poniżej komory (3) obróbki termicznej po przeciwnej stronie osi mieszalnika.

3. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, ż e pozioma turbinka (1) poprzez oś (4) osadzona jest w tulejach ślizgowych (5) wbudowanych w rury (6, 7) i usytuowana jest powyżej komory (3) obróbki termicznej i dystrybutora (2).

4. Pionowy mieszalnik według zastrz. 3, znamienny tym, ż e pozioma turbinka (1) ma łopatki o kształ cie wyoblonym.

5. Pionowy mieszalnik według zastrz. 4, znamienny tym, ż e łopatki poziomej turbinki (1) posiadają wycięcie o średnicy zbliżonej do średnicy rur (11, 12).

6. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dystrybutor (2), którego otwarte końce usytuowane są w otworach rur (6, 7) ma postać toroidu przedzielonego wewnątrz pionową przeponą (8), przy czym dystrybutor (2) ma otwory, w które wstawione są dysze (9) skierowane ku poziomej turbince (1).

7. Pionowy mieszalnik według zastrz. 6, znamienny tym, ż e toroid jest spłaszczony obustronnie w płaszczyźnie pionowej.

8. Pionowy mieszalnik wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e komora (3) obróbki termicznej ma kształt klina, umieszczonego poziomo, którego górna i dolna powierzchnia mają kształt wklęsły.

9. Pionowy mieszalnik wedł ug zastrz. 8, znamienny tym, ż e powierzchnie górna i dolna komory (3) obróbki termicznej mają kształt odpowiadający powierzchni wyznaczonej przez łopatkę poziomej turbinki (1).

10. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że do komory (3) obróbki termicznej od góry przyłączona jest rura (11) doprowadzająca czynnik obróbki termicznej, a od dołu przyłączona jest rura (12) odprowadzająca czynnik obróbki termicznej.

11. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierze (13, 14) mają otwory (15,16), zapewniające przepływ płynu mieszanego przez mieszalnik.

12. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierz (13) wyposażony jest w wydrążone poziome nieprzelotowe kanały (21a, 22a, 19a, 20a) połączone z pionowymi nieprzelotowymi kanałami (6a, 7a, 11a, 11'a,), w które wstawione są przez uszczelnienie odpowiednio rury (6, 7, 11, 11').

13. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierz (14) wyposażony jest w wydrążone poziome nieprzelotowe kanał y (21a, 22a, 19a, 20a) połączone z pionowymi nieprzelotowymi kanałami (6a, 7a, 12a, 12'a), w które wstawione są przez uszczelnienie odpowiednio rury (6, 7, 12, 12').

14. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołnierze (13, 14) wyposażone są w króćce (21, 22) doprowadzające i odprowadzające rozpraszany płyn oraz króć ce (19, 20) doprowadzające i odprowadzające czynnik obróbki termicznej.