PL215784B1 - Mieszalnik do mieszania płynów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik do mieszania płynów. Przeznaczony jest on zwłaszcza do prowadzenia procesów z wykorzystaniem mikroorganizmów, wytwarzania układów wielofazowych oraz intensyfikacji procesów inżynierii chemicznej.

W procesie mieszania płynów zazwyczaj stosowane są mieszalniki wyposażone w mieszadła pracujące w mchu obrotowym lub ruchach posuwisto-zwrotnych. Zwykle pojedyncze mieszadło obrotowe jest zdolne zapewnić odpowiedni stopień burzliwości W ograniczonym obszarze wsadu aparatu. Zintensyfikowanie procesu mieszania w całej objętości może być zrealizowane poprzez zwiększenie częstości obrotowej pojedynczego mieszadła, umieszczenie na wale kaskady mieszadeł lub instalowanie kilku mieszadeł na odrębnych wałach. Układ mieszadeł na wspólnym wale lub umieszczenie kilku odrębnie napędzanych mieszadeł zapewnia wymieszanie wsadu mieszalnika, kosztem zwiększonej energochłonności. Mieszalnik wyposażony w mieszadło wykonujące ruchy posuwisto-zwrotne przy niższym zużyciu energii wytwarza, w porównaniu z mieszalnikami obrotowymi, 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 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.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 166767 znany jest mieszalnik posuwisto-zwrotny zawierający zbiornik zaopatrzony w mieszadło osadzone na tłoczysku połączonym z silnikiem napędowym, w którym tłoczysko zamocowane jest do elementu posuwisto zwrotnego silnika liniowego.

Znane jest z polskiego opisu patentowego 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.

Znane z polskiego opisu patentowego nr PL 201101 mieszadło wahadłowe ma osadzoną na trzonie, co najmniej jedną piastę, do której przymocowane są trwale dwa wsporniki, umieszczone po przeciwnych stronach piasty.

Mieszalnik według wynalazku składa się ze zbiornika wyposażonego w mieszadło zawierającego wał, piastę oraz łopatkę. Mieszadło zamontowane wewnątrz cylindrycznego zbiornika 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 górnej i dolnej. Piasta górna przymocowana jest na sztywno do walu górnego a piasta dolna zamocowana jest ruchomo poprzez zespół panewek ślizgowych na wale dolnym, zaś dolny koniec wału dolnego przymocowany jest na sztywno do dna zbiornika. Wał górny mieszadła z przymocowaną na sztywno górną piastą wprawiany jest w jednoczesny ruch obrotowy oraz ruch posuwisto-zwrotny. Inna odmiana mieszalnika charakteryzuje się tym, że wewnątrz zbiornika umieszczone są dwa połączone wałem górnym mieszadła, jedno nad drugim. Korzystnie piasta górna mieszadła połączona jest poprzez wał górny z dolną piastą kolejnego mieszadła, przy czym górna piasta kolejnego mieszadła połączona jest na sztywno z kolejnym wałem górnym.

Kolejna odmiana mieszalnika charakteryzuje się tym, że mieszadło wyposażone jest w dodatkową piastę, ramiona i łączniki. Korzystnie ramię elementarnego modułu połączone jest poprzez zawias z dodatkowym łącznikiem, który poprzez zawias połączony jest z dodatkowym ramieniem. Dodatkowe ramię przymocowane jest do dodatkowej piasty dolnej osadzonej poprzez zespół panewek ślizgowych na wale dolnym poniżej piasty dolnej.

W innej odmianie mieszalnika dolna piasta mieszadła poprzez zawias połączona jest z dodatkowym łącznikiem, który poprzez zawias połączony jest z dodatkowym ramieniem. Dodatkowe ramię przymocowane jest poprzez zawias do dodatkowej piasty dolnej osadzonej poprzez zespół panewek ślizgowych na dolnym wale poniżej piasty dolnej.

Piasta górna zamocowana jest do wału górnego poruszającego się równocześnie w ruchu obrotowym i ruchu posuwisto-zwrotnym, zaś obracająca się piasta dolna zamocowana jest na nieruchomym wale dolnym.

PL 215 784 B1

Mieszalnik według wynalazku może zawierać wiele elementarnych modułów. Korzystnie każdy kolejny elementarny moduł mieszadła względem poprzedniego obrócony jest o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła i/lub o kąt mniejszy lub równy 180° względem osi mieszadła. Ruchome ramię wyposażone jest w łopatkę po jednej stronie lub po obydwóch stronach. Korzystnie łopatka oraz ramię tworzą kąt równy lub większy niż 90°. Korzystnie na łączniku zamocowane jest ożebrowanie prostopadle do powierzchni łącznika. Elementarne moduły rozmieszczone są na piastach symetrycznie względem siebie i/lub względem osi mieszadła.

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

Mieszalnik według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na odpowiednich rysunkach: fig. 1 przedstawia elementarny moduł mieszający z łopatką po jednej stronie ramienia, fig. 2 przedstawia elementarny moduł mieszający z łopatką po obydwu stronach ramienia oraz ożebrowanym łącznikiem, 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 mieszalnik, w którym piasta górna przymocowana jest na sztywno do wału górnego a piasta dolna zamocowana jest ruchomo na wale dolnym, przymocowanym na sztywno do dna zbiornika, fig. 9 przedstawia mieszalnik, w którym wewnątrz zbiornika umieszczone są dwa mieszadła jedno nad drugim, fig. 10 przedstawia mieszalnik zbudowany z dwóch elementarnych modułów mieszających, który jest wyposażony w dodatkowe elementy łączniki 3'oraz ramiona 4', fig. 11 przedstawia mieszalnik zbudowany z czterech elementarnych modułów.

P r z y k ł a d 1

Mieszalnik przedstawiony na fig. 8, zbudowany jest ze zbiornika 12, zaopatrzonego w pionowe przegrody 8, wewnątrz którego umieszczone jest mieszadło zbudowane z czterech elementarnych modułów mieszających, piasty górnej 1, piasty dolnej 2, dwóch odrębnych wałów: górnego 10 i dolnego 11. Każdy elementarny moduł mieszający składa się z ruchomych elementów: łącznika 3 i ramienia 4. Łącznik 3 zamocowany jest jednym końcem, poprzez zawias 7. do górnej piasty 1, zaś drugim końcem, poprzez zawias 9, 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 dolnej piasty 2. Piasta górna 1 przymocowana jest na sztywno do wału górnego 10, tak, że porusza się wraz z nim ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym. Piasta dolna 2 zamocowana jest ruchomo poprzez zespół panewek ślizgowych 13 na górnym końcu wału dolnego 11, w taki sposób, że porusza się tylko ruchem obrotowym wokół wału dolnego 11. Dolny koniec wału dolnego 11 przymocowany jest na sztywno do dna zbiornika 12. Drugi elementarny moduł względem pierwszego obrócony jest o kąt 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła. Trzeci elementarny moduł względem drugiego jest obrócony o 90° względem osi mieszadła, czwarty elementarny moduł względem trzeciego jest obrócony o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła.

P r z y k ł a d 2

Mieszalnik jak w przykładzie 1, z tym, że mieszadło składa się dwóch elementarnych modułów mieszających jak pokazano na fig. 3, zbudowanych jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł względem pierwszego obrócony jest o 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła.

PL 215 784 B1

P r z y k ł a d 3

Mieszalnik jak w przykładzie 1, z tym, że mieszadło składa się sześciu elementarnych modułów mieszających, jak pokazano na fig. 6, zbudowanych jak opisano w przykładzie 1, przy czym drugi elementarny moduł względem pierwszego obrócony jest o kąt 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła, trzeci elementarny moduł względem drugiego jest obrócony o 120° względem osi mieszadła, czwarty elementarny moduł względem trzeciego jest obrócony o 180 względem osi prostopadłej do osi mieszadła, piaty elementarny moduł względem czwartego jest obrócony o kąt 120° względem osi mieszadła, szósty elementarny moduł względem piątego 180° względem osi prostopadłej do osi mieszadła.

P r z y k ł a d 4

Mieszalnik przedstawiony na fig. 9 wykonany jak w przykładzie 1, z tym, że wewnątrz zbiornika 12 umieszczone są dwa połączone wałem 10, mieszadła, jedno nad drugim, każde złożone jest z czterech elementarnych modułów mieszających. Piasta górna 1 pierwszego mieszadła połączona jest poprzez wał górny 10 z dolną piastą 2' kolejnego mieszadła. Piasta górna 1 i piasta dolna 2' kolejnego mieszadła są połączone na sztywno z wałem górnym 10 tak, że poruszają się one, wraz z walem górnym 10, ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym. Piasta górna 1' drugiego mieszadła połączona jest na sztywno z kolejnym wałem górnym 10', tak, że porusza się wraz z kolejnym wałem górnym 10' ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym. Piasta dolna 2 porusza się wyłącznie ruchem obrotowym.

P r z y k ł a d 5

Mieszalnik przedstawiony na fig. 10 wykonany jak w przykładzie 1, z tym, że ma mieszadło wykonane z dwóch elementarnych modułów mieszających, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o kąt 180° względem osi mieszadła. Mieszadło wyposażone jest w dodatkowe elementy łącznik 3‘oraz ramię 4'. Ramię 4 elementarnego modułu mieszającego połączone jest poprzez zawias 9 z łącznikiem 3', który, poprzez zawias 9, połączony jest z ramieniem 4''. Ramię 4' przymocowane jest do piasty 2” osadzonej poprzez zespół panewek ślizgowych 13 na wale dolnym 11 poniżej piasty 2, tak, że porusza się tylko ruchem obrotowym.

P r z y k ł a d 6

Mieszalnik przedstawiony na fig. 11 wykonany jak w przykładzie 1, z tym, że ma mieszadło wykonane z czterech elementarnych modułów mieszających, przy czym drugi elementarny moduł mieszający względem pierwszego obrócony jest o kąt 180° względem osi mieszadła. Pierwszy i drugi elementarny moduł mieszający osadzone są na piastach 1 i 2. Trzeci i czwarty elementarne moduły usytuowane są analogicznie jak pierwszy i drugi, z tym, że osadzone są na piastach 2 i 2''. Piasta 2 jest dolną piastą dla pierwszego modułu mieszającego i drugiego modułu mieszającego, zaś górną piastą dla modułu mieszającego, trzeciego i czwartego. Piasta 2 zamocowana jest na wale dolnym 11 w taki sposób, że porusza się na nim ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym. Piasta 2 poprzez zawias 7 połączona jest z łącznikiem 3', który poprzez zawias 9 połączony jest z ramieniem 4'. Ramię 4'przymocowane jest poprzez zawias 7 do piasty 2” osadzonej na wale dolnym 11 poniżej piasty 2. Piasta 2” osadzona jest na wale dolnym 11 poprzez zespół panewek ślizgowych 13, tak, że porusza się tylko ruchem obrotowym wokół wału dolnego 11.

PL 215 784 B1

Wykaz oznaczeń

1.		piasta górna
2.	2',2''	piasta dolna
3.	3'	łącznik
4.	4'	ramię
5.		łopatka
6.		ożebrowanie ramienia
7.		zawias łączący piastę z łącznikiem i/lub ramieniem
8.		przegrody zbiornika
9.		zawias łączący ramię z łącznikiem
10.	10'	wał górny
11.		wał dolny
12.		zbiornik
13.		panewki ślizgowe

Claims (11)

1. Mieszalnik do mieszania płynów zawierający zbiornik wyposażony w mieszadło zawierające wał, piastę, łopatkę, znamienny tym, że mieszadło 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 (9), przy czym elementarny moduł mieszający przymocowany jest ruchomo poprzez zawiasy (7) do dwóch piast górnych (1) i dolnej (2), zaś piasta górna (1) przymocowana jest na sztywno do wału górnego (10) a piasta dolna (2) zamocowana jest ruchomo poprzez zespół panewek ślizgowych (13) na wale dolnym (11), zaś dolny koniec wału dolnego (11) przymocowany jest na sztywno do dna zbiornika (12).

2. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że piasta górna (1) mieszadła połączona jest poprzez wał górny (10) z piastą dolną (2') kolejnego mieszadła, przy czym górna piasta (1') kolejnego mieszadła połączona jest na sztywno z wałem górnym (10').

3. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ramię (4) elementarnego modułu mieszającego połączone jest poprzez zawias (9) z dodatkowym łącznikiem (3'), który poprzez zawias (9) połączony jest z dodatkowym ramieniem (4'), przy czym ramię (4') przymocowane jest do dodatkowej piasty (2”) osadzonej poprzez zespół panewek ślizgowych (13) na wale dolnym (11) poniżej piasty dolnej (2).

4. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że piasta dolna (2) mieszadła poprzez zawias (7) połączona jest z dodatkowym łącznikiem (3'), który poprzez zawias (9) połączony jest z dodatkowym ramieniem (4'), przy czym ramię (4') przymocowane jest poprzez zawias (7) do dodatkowej piasty dolnej (2”) osadzonej poprzez zespół panewek ślizgowych (13) na wale dolnym (11) poniżej piasty dolnej (2).

5. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że piasta górna (1) zamocowana jest do wału górnego (10) poruszającego się równocześnie w ruchu obrotowym i ruchu posuwisto-zwrotnym, zaś obracająca się piasta dolna (2) zamocowana jest na nieruchomym wale dolnym (11).

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

7. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ramię (4) wyposażone jest w łopatkę (5) usytuowaną po jego jednej stronie.

8. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ramię (4) wyposażone jest w łopatkę (5) usytuowaną po obydwóch jego stronach.

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

10. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na łączniku (3) zamocowane jest ożebrowanie (6) prostopadłe do powierzchni łącznika (3).

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