PL215201B1

PL215201B1 - Mieszadło do płynów

Info

Publication number: PL215201B1
Application number: PL387752A
Authority: PL
Inventors: Marian Kordas; Stanisław Masiuk; Rafał Rakoczy; Edward Murdzia
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2013-11-29
Also published as: PL387752A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszadło do mieszania płynów. Przeznaczone jest ono zwłaszcza do prowadzenia procesów z wykorzystaniem mikroorganizmów, wytwarzania układów wielofazowych oraz intensyfikacji procesów inżynierii chemicznej.

W procesie mieszania płynów zazwyczaj stosowane są mieszadła pracujące w ruchu obrotowym lub ruchach posuwisto-zwrotnych. Zwykle pojedyncze mieszadło obrotowe jest zdolne zapewnić dobrą hydrodynamikę jedynie w ograniczonym obszarze wsadu aparatu.

Próby rozszerzenia zasięgu intensywności mieszania na cały wsad aparatu realizuje się poprzez zwiększenie częstości obrotowej pojedynczego mieszadła, umieszczenie na wale wielu mieszadeł lub instalowanie kilku mieszadeł na odrębnych wałach. Mieszadło pracujące w zakresie wysokich częstości obrotów rozszerza zasięg intensywności mieszania we wsadzie aparatu oraz wytwarza zróżnicowaną hydrodynamikę, która niekorzystnie wpływa na przebieg procesów. Układ mieszadeł na wspólnym wale lub umieszczenie kilku odrębnie napędzanych mieszadeł zapewnia wymieszanie wsadu mieszalnika, jednak kosztem, zwiększonej energochłonności. Mieszadło pracujące w ruchu posuwisto-zwrotnym wykazuje znacznie mniejszą energochłonność oraz wytwarza promieniowe i osiowe pole prędkości przy znikomym obwodowym ruchu płynu. Mieszadło tego typu przy dużych amplitudach i niskich częstotliwościach penetruje całą objętość roboczą aparatu, jednak nie wytwarza odpowiedniego stopnia burzliwości mieszanego wsadu. Znane z polskiego opisu patentowego nr PL 201101 mieszadło wahadłowe ma osadzoną na wale co najmniej jedną piastę, do której przymocowane są trwale dwa wsporniki, umieszczone po przeciwnych stronach piasty. Znane jest z opisu patentowego nr US 357876 urządzenie mieszające w postaci mieszadeł łopatkowych umieszczonych w odstępach jedno nad drugim w zbiorniku na pionowym współosiowym wale, przy czym poszczególne mieszadła są obrócone względem siebie na przemian o kąt 90°. Znane jest z polskiego opisu patentowego PL 155884 urządzenie do mieszania zwłaszcza emulsji wodnych, w szczególności do emulsji antykorozyjnych w postaci szeregu mieszadeł łopatkowych umieszczonych na pionowym, odgórnie wprowadzonym wale, przedzielonych szeregiem nieruchomych przegród umocowanych do ścianki zbiornika. Znane z polskiego opisu patentowego nr PL 175516 mieszadło wibracyjne tarczowe zaopatrzono w ruchome łopatki umieszczone w otworach z bocznymi pionowymi przesłonami. Podczas ruchów posuwisto-zwrotnych łopatki wychylają się w płaszczyźnie pionowej.

Mieszadło do płynów według wynalazku, zawierające wał, piastę, łopatkę charakteryzuje się tym, że ma co najmniej jeden elementarny moduł mieszający składający się z ruchomych elementów: łącznika i ramienia wyposażonego w łopatkę, połączonych ze sobą ruchomo poprzez zawias, przy czym elementarny moduł mieszający przymocowany jest ruchomo poprzez zawiasy do dwóch piast pierwszej i drugiej, zaś każda z piast zamocowana jest na odrębnym wale. Każdy kolejny elementarny moduł mieszający względem poprzedniego obrócony jest o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła i/lub o kąt mniejszy lub równy 180° względem osi mieszadła. Korzystnie, gdy mieszadło składa się z dwóch, czterech, sześciu lub ośmiu elementarnych modułów mieszających. Korzystnie, gdy ramię wyposażone jest w łopatkę usytuowaną po jednej jego stronie lub po obydwóch stronach ramienia, na jego końcu. Korzystnie ramię i łopatka tworzą kąt równy lub większy niż 90°. Korzystnie na łączniku zamocowane jest ożebrowanie prostopadle do powierzchni łącznika. Korzystnie, gdy elementarne moduły mieszające rozmieszczone są na piastach symetrycznie względem siebie i/lub względem osi mieszadła. Możliwych jest kilka korzystnych wersji mieszadła. Jeżeli pierwsza piasta zamocowana jest na wale poruszającym się w ruchu obrotowym i w ruchu posuwisto-zwrotnym, to druga obracająca się piasta zamocowana jest na nieruchomym wale. Jeżeli pierwsza obracająca się piasta zamocowana jest na nieruchomym wale, to druga piasta zamocowana jest na wale poruszającym się w ruchu obrotowym i w ruchu posuwisto-zwrotnym. W innej korzystnej wersji mieszadła pierwsza piasta zamocowana jest na wale poruszającym się w ruchu obrotowym, zaś druga piasta zamocowana jest na wale poruszającym się w ruchu posuwisto-zwrotnym, lub odwrotnie - pierwsza piasta zamocowana jest na wale poruszającym się w ruchu posuwisto-zwrotnym, a druga piasta zamocowana jest na wale poruszającym się w ruchu obrotowym.

Mieszadło według wynalazku wykonuje jednocześnie ruch obrotowy oraz ruchy posuwistozwrotne przy jednoczesnej zmianie konfiguracji geometrycznej. Pozwala to na wytworzenie równomiernych pól prędkości w kierunkach promieniowym, osiowym oraz obwodowym, zapewnia prawidłowość przebiegu procesu mieszania ośrodków ciągłych oraz zadawalający stopień homogenizacji mieszanego wsadu. Wykonywanie płynnych zmian konfiguracji podczas pracy mieszadła, powoduje

PL 215 201 B1 wytworzenie odpowiedniego stopnia burzliwości mieszanego wsadu zapewniającego poprawność realizowanego procesu. Ruch obrotowy mieszadła warunkuje wytworzenie promieniowej składowej prędkości, powodując znaczne zwiększenie efektywności procesu mieszania oraz skrócenie czasu homogenizacji mieszanego wsadu. Zapewnia to stabilność pracy mieszadła przy niskich częstościach obrotów warunkujących występowanie niskich naprężeń ścinających w mieszanym ośrodku płynnym. W połączonym ruchu obrotowym i posuwisto-zwrotnym mieszadło penetruje wsad aparatu zapewniając właściwą hydrodynamikę w całej objętości aparatu.

Mieszadło według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania i na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia elementarny moduł mieszający z łopatką po jednej stronie ramienia, fig. 2 przedstawia elementarny moduł mieszający z łopatkami po obydwu stronach ramienia wraz z prostopadłym ożebrowaniem łącznika, fig. 3 przedstawia mieszadło składające się z dwóch elementarnych modułów mieszających, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła, fig. 4 przedstawia mieszadło składające się z dwóch elementarnych modułów mieszających, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o 180° względem osi mieszadła, fig. 5 przedstawia mieszadło składające się z czterech elementarnych modułów mieszających, fig. 6 przedstawia mieszadło składające się z sześciu elementarnych modułów mieszających, fig. 7 przedstawia mieszadło składające się z ośmiu elementarnych modułów mieszających, fig. 8 przedstawia działanie mieszadła składającego się z ośmiu elementarnych modułów mieszających, gdzie w wyniku ruchów posuwisto zwrotnych wału pierwsza piasta i druga piasta zbliżają się do siebie, fig. 9 przedstawia działanie mieszadła składającego się z ośmiu elementarnych modułów mieszających, gdzie w wyniku ruchów posuwisto zwrotnych wału pierwsza piasta i druga piasta oddalają się od siebie.

P r z y k ł a d 1

Mieszadło do płynów przedstawione na fig. 1 ma jeden elementarny moduł mieszający składający się z ruchomych elementów: łącznika 3 i ramienia 4. Łącznik 3 zamocowany jest jednym końcem, poprzez zawias 6, do pierwszej piasty 1, zaś drugim końcem, poprzez zawias 8, zamocowany jest do ramienia 4. Ramię 4 wyposażone jest na jednym końcu w łopatkę 5, zaś drugi koniec ramienia 4 zamocowany jest, poprzez zawias 7, do drugiej piasty 2. Pierwsza piasta 1 zamocowana jest na wale 9, zaś druga piasta 2 na wale 10.

P r z y k ł a d 2

Mieszadło przedstawione na fig. 3 składa się dwóch elementarnych modułów mieszających zbudowanych jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła.

P r z y k ł a d 3

Mieszadło przedstawione na fig. 4 składa się dwóch elementarnych modułów mieszających zbudowanych jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o 180° względem osi mieszadła.

P r z y k ł a d 4

Mieszadło przedstawione na fig. 5 składa się czterech elementarnych modułów mieszających zbudowanych jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o 180° względem osi mieszadła, trzeci elementarny moduł mieszający względem drugiego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła, a czwarty elementarny moduł mieszający względem trzeciego jest obrócony o 180° względem osi mieszadła.

P r z y k ł a d 5

Mieszadło przedstawione na fig. 6 składa się sześciu elementarnych-modułów mieszających, każdy zbudowany jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o kąt 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła, trzeci elementarny moduł mieszający względem drugiego jest obrócony o 120° względem osi mieszadła, czwarty elementarny moduł mieszający względem trzeciego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła, piąty elementarny moduł mieszający względem czwartego jest obrócony o kąt 120° względem osi mieszadła, szósty elementarny moduł mieszający względem piątego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła.

P r z y k ł a d 6

Mieszadło przedstawione na fig. 7 składa się ośmiu elementarnych modułów mieszających, każdy zbudowany jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o kąt 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła. Trzeci elemen4

PL 215 201 B1 tarny moduł mieszający względem drugiego jest obrócony o 90° względem osi mieszadła, czwarty elementarny moduł mieszający względem trzeciego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła, piąty elementarny moduł mieszający względem czwartego jest obrócony o kąt 90° względem osi mieszadła, szósty elementarny moduł mieszający względem piątego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła. Siódmy elementarny moduł mieszający względem szóstego jest obrócony o kąt 90° względem osi mieszadła, zaś ósmy elementarny-moduł mieszający względem siódmego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła.

Claims

1. Mieszadło do płynów zawierające wał, piastę, łopatkę, znamienne tym, że ma co najmniej jeden elementarny moduł mieszający składający się z ruchomych elementów: łącznika (3) i ramienia (4) wyposażonego w łopatkę (5), połączonych ze sobą ruchomo poprzez zawias (8), przy czym elementarny moduł mieszający przymocowany jest ruchomo poprzez zawiasy (6, 7) do dwóch piast pierwszej piasty (1) i drugiej piasty (2), zaś każda z piast (1, 2) zamocowana jest na odrębnym wale (9, 10).

2. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy kolejny elementarny moduł mieszający względem poprzedniego obrócony jest o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła i/lub o kąt mniejszy lub równy 180° względem osi mieszadła.

3. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że ramię (4) wyposażone jest w łopatkę (5) usytuowaną po jego jednej stronie.

4. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że ramię (4) wyposażone jest w łopatki (5) usytuowane po obydwóch jego stronach.

5. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że łopatka (5) oraz ramię (4) tworzą kąt równy lub większy niż 90°.

6. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że na łączniku (3) zamocowane jest ożebrowanie (11) prostopadle do powierzchni łącznika (3).

7. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że elementarne moduły mieszające rozmieszczone są na piastach (1, 2) symetrycznie względem siebie i/lub względem osi mieszadła.

8. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza piasta (1) zamocowana jest na wale (9) poruszającym się w ruchu obrotowym i w ruchu posuwisto-zwrotnym, zaś druga obracająca się piasta (2) zamocowana jest na nieruchomym wale (10).

9. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza obracająca się piasta (1) zamocowana jest na nieruchomym wale (9), zaś druga piasta (2) zamocowana jest na wale (10) poruszającym się w ruchu obrotowym i ruchu posuwisto- zwrotnym.

10. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza piasta (1) zamocowana jest na wale (9) poruszającym się w ruchu obrotowym, zaś druga piasta (2) zamocowana jest na wale (10) poruszającym się w ruchu posuwisto-zwrotnym.

11. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsza piasta (1) zamocowana jest na wale (9) poruszającym się w ruchu posuwisto-zwrotnym, zaś druga piasta (2) zamocowana jest na wale (10) poruszającym się w ruchu obrotowym.