PL232139B1 - Mieszadło, zwłaszcza do mieszania mediów o różnej gęstości i lepkości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszadło, zwłaszcza do mieszania mediów o różnej gęstości i lepkości. Mieszadło może mieć zastosowanie w różnego typu reaktorach chemicznych w których wytwarzana hydrodynamika znacząco wpływa na wydajność i jakość produktu.

Znane z patentu USA 2008/0130406 mieszadło pracujące w ruchu obrotowym przeznaczone do mieszania mediów o dużej lepkości posiada wygięte łopatki przymocowane do piasty lub do wału o charakterystycznym kształcie przypominającym literę S. Łopatki wygięte w ten sposób mają zapewnić lepszą cyrkulację osiową poprzez zagarnianie cieczy górną stroną łopatki, a wyrzucanie z większą prędkością u dołu łopatki.

Znane z patentu DE 202006015558 mieszadło wyposażone jest w co najmniej dwa dyfuzory przymocowane pod odpowiednim kątem do wału mieszadła. Dyfuzory podczas obrotów mają na celu zasysanie cieczy górną częścią, a wyrzucanie częścią skierowaną do dna mieszalnika - ma to na celu zwiększenie cyrkulacji promieniowo osiowej poprzez wytworzenie strugi cieczy o dużej prędkości skierowanej w dół mieszadła.

Znane z patentu WO 2011/036113 mieszadło obrotowe wyposażone jest w co najmniej dwie łopatki charakterystycznie zawinięte na piaście do tyłu względem obrotów mieszadła. Łopatki są zaostrzone na krawędziach, co ma za zadanie wywołać duże naprężenia ścinające, a także zwiększyć zawirowania w kierunku promieniowym.

Znane z patentu SU990283 mieszadło obrotowo posuwisto-zwrotne wyposażone jest w przynajmniej dwa układy, przy czym na jeden układ składa się mieszadło obrotowe i dysk zawieszony pod mieszadłem. Układy pracują w taki sposób, że jeśli pierwszy zostaje uniesiony w górę, to drugi kierowany jest w dół. Mieszadło obrotowe ma na celu wytwarzanie cyrkulacji promieniowej w mieszalniku, natomiast zadaniem dysku, zawieszonego pod nim, jest zwiększanie cyrkulacji osiowej.

Znane z patentu PL 201107 mieszadło wibracyjne dyskowe zawiera tłoczysko, na którym zamocowany jest co najmniej jeden dysk zaopatrzony w kanały przepływowe, w postaci przelotowych otworów w dysku, charakteryzuje się tym, że wewnątrz kanałów przepływowych umieszczone są na osiach równoległych do płaszczyzny dysku zamontowano obrotowe elementy wirujące.

Znane z patentu PL 175516 mieszadło wibracyjne, wyposażone jest w dysk z kanałami przepływowymi w postaci przelotowych otworów. Kanały przepływowe wyposażone są w dwie ścianki wystające ponad otwory dysku, zaś wewnątrz kanałów umieszczone są płaskie wahliwe przesłony o poziomej osi obrotu, umiejscowionej poprzecznie względem ścianek. Amplitudę wahania się przesłon ograniczają ograniczniki umieszczone na ściankach bocznych kanału przelotowego.

Znane z patentu USA nr 3330535 mieszadło wibracyjne, składa się z jednakowych okrągłych dysków, rozmieszczonych jeden nad drugim na pionowym toczysku. Każdy z dysków posiada pionowe, przelotowe kanały o przekroju okrągłym, rozmieszczono obwodowo w kilku rzędach. Wykorzystywanie kilku dysków wpływa na poprawę intensywności mieszania, lecz ogranicza cyrkulację medium w aparacie. Komplikuje również budowę mieszadła, co wiąże się ze zwiększeniem zużycia energii elektrycznej.

Znane z opisu patentowego GB nr 2100613 mieszadło, posiada na dysku pionowe otwory cylindryczne, które są umiejscowione po obwodzie, zamknięte od dołu zaworami klapkowymi przymocowanymi do dolnej powierzchni dysku. W momencie poruszania się mieszadła ku górze zaworki są otwarte i płyn z górnej części mieszalnika swobodnie przepływa do dolnej części, natomiast przy ruchu w kierunku przeciwnym to znaczy ku dołowi, zaworki zamykają otwory, co powoduje wypychanie płynu z dołu aparatu ku górze.

Znane z opisu patentowego SU nr 565702 mieszadło wibracyjne wyposażone jest w płaski dysk, w którym wykonane są owalne otwory rozmieszczone obwodowo, w pobliżu zewnętrznej krawędzi dysku. W otworach są osadzone stożkowe tulejki umiejscowione skośnie względem górnej i dolnej powierzchni poziomej dysku. Wewnętrzne powierzchnie tulejek są nagwintowane.

Znane, opisane powyżej mieszadła mają te niedogodności, że stwarzają obszary o zadawalającym stopniu burzliwości w ograniczonej objętości aparatu mieszającego. Wszystkie wymienione powyżej mieszadła obrotowe powodują w miarę dobre wymieszanie płynu w kierunku promieniowym kosztem uzyskania zadawalającego mieszania w kierunku osiowym. Uzyskanie zadawalającego stopnia homogenizacji mieszanego płynu w aparatach smukłych wymaga zastosowania większej ilości mieszadeł na wale, co wiąże się ze zwiększeniem wydatku energetycznego. Opisane mieszadła wykonujące ruch posuwisto-zwrotny wykazują dobre wymieszanie płynu w kierunku osiowym jedynie w obszarze bezpośredniej penetracji dysku. Zwiększenie tego obszaru wiąże się z zastosowaniem większej amplitudy lub

PL 232 139 B1 większej częstotliwości pracy dysku mieszającego. Wytworzenie korzystnych warunków hydrodynamicznych w przypadku standardowych mieszadeł obrotowych oraz mieszadeł wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne wymaga znacznie większego zapotrzebowania mocy w porównaniu z proponowanym rozwiązaniem konstrukcyjnym.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszadła, które umożliwi bardzo dobre wymieszanie płynu w kierunku promieniowym oraz osiowym przy zapotrzebowaniu mocy znacznie mniejszym w porównaniu z dotychczas stosowanymi konstrukcjami mieszadeł.

Mieszadło, zwłaszcza do mieszania mediów o różnej gęstości i lepkości zawierające piastę, łopatki, charakteryzuje się tym, że ma łopatki mieszające składające się z kierownicy oraz usytuowanych symetrycznie po jej przeciwległych stronach dyfuzorów. Kierownica ma kształt prostopadłościanu, który w górnej części ma wybranie w kształcie połowy walca, zaś dyfuzor ma kształt dwóch połączonych walców, których górna podstawa jest częściowo wklęsła, zaś dolna płaska. Dyfuzor ma w każdym walcu, w centralnej jego części, przelotowy otwór, który ma kształt walca przechodzącego w dolnej części w ścięty stożek. Łopatka mieszająca jest pochylona pod kątem 45° względem osi piasty. Koniec kierownicy może być wydłużony, tak, że wystaje poza koniec dyfuzora. Koniec kierownicy może być wówczas wygięty po łuku ku górze i/lub ku dołowi. Korzystnie liczba łopatek mieszających jest parzysta i są one rozmieszczone symetrycznie na obwodzie piasty. Łopatki mogą stanowić monolit lub też składać się z trzech, przymocowanych do siebie trwale, części: kierownicy i dyfuzorów.

Mieszadło według wynalazku pracuje w ruchu obrotowym w układach jednofazowych lub wielofazowych, powodując uzyskanie zadawalającego stopnia stężeniowego lub temperaturowego ujednorodnienia mieszanego medium, dzięki specyficznej konstrukcji mieszadła i wyprofilowaniu łopatki. Podczas ruchu obrotowego mieszadła płyn przeciska się przez otwory dyfuzorów tworząc strumienie o kierunku promieniowym. Dodatkowe strumienie osiowe płynu powstają dzięki kierownicom łopatki mieszającej. Ruch obrotowy mieszadła daje zadawalający stopień wymieszania medium znajdującego się w mieszalniku, również poza obszarem bezpośredniej penetracji mieszadła. Dzięki zastosowaniu tego typu mieszadła, przy niskich obrotach mieszadła uzyskuje się odpowiedni stopień burzliwości mieszanego medium. Intensyfikuje procesy transportu masy i energii oraz zapewnia odpowiedni stopień konwersji i selektywność reakcji chemicznej. Specyficzna konstrukcja mieszadła pozwala na mieszanie mediów o rożnej lepkości oraz płynów niejednorodnych. Zaproponowane rozwiązanie konstrukcyjne mieszadła poprzez system kierownic oraz dyfuzorów zapewnia większą burzliwość mieszanego medium przy niższych nakładach energetycznych oraz uzyskanie cyrkulacji płynu w kierunku osiowym powodując zanik martwych stref w mieszanym wsadzie. W przepływającym przez dyfuzor płynie wytwarzają się lokalne wiry, intensyfikując mieszanie oraz poprawiają proces wymiany masy i ciepła w mieszanym medium.

Wytworzenie odpowiedniego stopnia burzliwości mieszanego płynu, przy uwzględnieniu aspektów ekonomicznych prowadzonego procesu, wiąże się z uzyskaniem optymalnych warunków pracy, przy redukcji kosztów produkcji końcowego produktu.

Mieszadło według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania oraz na rysunkach, na którym fig. 1 przedstawia mieszadło z sześcioma łopatkami w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia łopatkę mieszającą w widoku z góry, fig. 3 - łopatkę mieszającą w przekroju poprzecznym, fig. 4 - łopatkę mieszającą w przekroju podłużnym przechodzącym przez dyfuzor, fig. 5 - łopatkę mieszającą w przekroju podłużnym przechodzącym przez kierownicę, fig. 6 - mieszadło z sześcioma łopatkami o wydłużonych i wygiętych ku dołowi kierownicach, fig. 7 - mieszadło z czterema łopatkami o wydłużonych kierownicach wygiętych ku dołowi w widoku perspektywicznym, fig. 8 - mieszadło z sześcioma łopatkami o wydłużonych kierownicach wygiętych na przemian ku górze i ku dołowi w widoku perspektywicznym.

P r z y k ł a d 1

Mieszadło, jak pokazano na fig. 1, ma piastę, do której przymocowanych jest sześć łopatek mieszających 2 rozmieszczonych co 60° na obwodzie piasty 1. Łopatki mieszające 2 pochylone są pod katem 45° względem płaszczyzny prostopadłej do piasty 1 mieszadła. Łopatki mieszające 2 składają się z kierownicy 3 i usytuowanych symetrycznie po jej przeciwległych stronach dyfuzorów 4. Kierownica 3 ma kształt prostopadłościanu, który w górnej części ma wybranie w kształcie połowy wa lca. Każdy dyfuzor 4 ma kształt dwóch połączonych walców, których górna podstawa jest częściowo wklęsła, zaś dolna płaska. Dyfuzor (4) ma w każdym walcu w centralnej jego części przelotowy otwór 5, który ma kształt walca przechodzącego w dolnej części w ścięty stożek.

PL 232 139 B1

P r z y k ł a d 2

Mieszadło jak w przykładzie pierwszym, z tym , że ma piastę 1 do której przymocowane są cztery łopatki mieszające 2 rozmieszczone co 90°. Kierownica 3 mieszadła jest wydłużona oraz wygięta ku dołowi.

P r z y k ł a d 3

Mieszadło jak w przykładzie 1, z tym, że kierownica 3 mieszadła jest wydłużona oraz wygięta ku górze.

P r z y k ł a d 4

Mieszadło jak w przykładzie 1, z tym, że ma łopatki mieszające 2 z wydłużonymi kierownicami 3 zwróconymi są na przemian ku górze lub ku dołowi.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszadło, zwłaszcza do mieszania ciekłych substancji o różnej gęstości i lepkości zawierające piastę, łopatki, znamienne tym, że ma łopatki mieszające (2) składające się z kierownicy (3) oraz usytuowanych symetrycznie po jej przeciwległych stronach dyfuzorów (4), przy czym kierownica ma kształt prostopadłościanu, który w górnej części ma wybranie w kształcie połowy walca, zaś dyfuzor (4) ma kształt dwóch połączonych walców, których górna podstawa jest częściowo wklęsła, zaś dolna płaska, przy czym dyfuzor (4) ma w każdym walcu w centralnej jego części przelotowy otwór (5), który ma kształt walca przechodzącego w dolnej części w ścięty stożek.
2. 2. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że łopatka mieszająca (2) pochylona jest o 45° względem piasty (1).
3. 3. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że koniec kierownicy (3) jest wydłużony i wygięty po łuku ku górze i/lub ku dołowi.