PL232140B1 - Mieszalnik, zwłaszcza do mieszania cieczy o różnej gęstości i lepkości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik, przeznaczony do mieszania mediów o różnej gęstości i lepkości. Mieszalnik może mieć zastosowanie jako reaktor chemiczny, w którym wytwarzana hydrodynamika znacząco wpływa na wydajność i jakość produktu.

Znany z patentu USA 5947599 mieszalnik wyposażony jest w co najmniej trzy mieszadła pracujące w ruchu obrotowym. Mieszadła umieszczone są w mieszalniku na jednym wale. Pojedyncze mieszadło stanowi dysk z sześcioma łopatkami, przymocowanymi do dysku pod kątem. Zastosowane mieszadła szybkoobrotowe wytwarzają głównie cyrkulację promieniową. Zastosowanie wielu mieszadeł obrotowych na jednym wale ma na celu zwiększenie cyrkulacji cieczy w większej objętości wsadu mieszalnika.

Znany z patentu USA 4444519 mieszalnik wyposażony jest w osiem przegród oraz w trzy mieszadła obrotowe umieszczone na jednym wale. Każde mieszadło składa się z ośmiu łopatek. Mieszadło umieszczone przy dnie mieszalnika składa się z łopatek w kształcie trójkąta prostokątnego. Łopatki przymocowano do piasty w taki sposób, że kąt prosty stanowi zewnętrzny brzeg łopatki, natomiast kąty ostre skierowane są w kierunku piasty oraz w górę mieszalnika. Mieszadło zamocowane przy powierzchni cieczy jest lustrzanym odbiciem mieszadła umieszczonego przy dnie. Mieszadło zawieszone w połowie odległości między mieszadłem dolnym i górnym stanowi połączenie geometrii dwóch pozostałych mieszadeł. Kształt łopatek umożliwia wzmocnienie wytwarzanej w mieszalniku cyrkulacji promieniowej. Mieszadła są rozmieszczone na trzech różnych wysokościach, co ma na celu wytwarzanie cyrkulacji osiowej w układzie.

Znany z patentu USA 4090696 mieszalnik wyposażony jest w pięć mieszadeł obrotowych o dużej średnicy. Mieszadła umieszczone są na jednym wale w równych odległościach w taki sposób, że każde kolejne mieszadło obrócone jest względem poprzedniego. Pojedynczą łopatkę stanowi płaskownik przymocowany do piasty pod kątem 135° z końcem w kształcie litery U. Koniec łopatki przymocowany jest do płaskownika pod kątem 45°, przy czym kąt ten jest skierowany przeciwnie w stosunku do kąta pochylenia płaskownika. Mieszadło o takiej konstrukcji ma na celu zwiększenie wymiany masy w pobliżu ścianek zbiornika oraz wywołanie korzystnej cyrkulacji promieniowej, natomiast końce łopatek mają za zadanie wywołać dodatkowo cyrkulację osiową.

Znany z patentu USA 20040233780 mieszalnik wyposażony jest w cztery mieszadła obrotowe o mniejszej średnicy oraz jedno mieszadło o większej średnicy. Mieszadła o mniejszej średnicy obracają się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara natomiast mieszadło o większej średnicy obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Mieszadło o dużej średnicy znajduje się w bliskim sąsiedztwie ściany i dna mieszalnika. Ma ono kształt obrotowej ramy z charakterystycznymi ośmioma wypustkami skierowanymi w kierunku osi mieszalnika, rozmieszczonymi symetrycznie po cztery wypustki na prawej i lewej stronie ramy mieszadła. Mieszadło to ma na celu wytworzenie cyrkulacji osiowej w układzie oraz zagarnianie cieczy ze strefy, na którą nie oddziałują mieszadła mniejsze. Mieszadła o mniejszej średnicy zbudowane są z dwóch łopatek. Łopatki te przymocowane są do piasty pod kątem. Kształt łopatek mniejszych mieszadeł ma za zadanie zwiększenie cyrkulacji promieniowej.

Znane, opisane powyżej mieszalniki wyposażone w mieszadła mają te niedogodności, że wywołują w mieszanym płynie strefy o niskim stopniu homogenizacji. Wszystkie wymienione powyżej stosowane konstrukcje mieszadeł obrotowych w mieszalnikach wytwarzają dość intensywną cyrkulację płynu w kierunku promieniowym, jednak przemieszanie płynu w kierunku osiowym nie jest już tak efektywne. Wyjątkiem jest mieszadło w kształcie ramy, które wytwarza głównie cyrkulację osiową a bardzo małą promieniową, jednak stosowanie tego mieszadła powoduje okrężny ruch płynu w całej objętości mieszalnika. Wytworzenie w zbiornikach smukłych zadowalającej cyrkulacji zarówno promieniowej jak i osiowej wiąże się z zastosowaniem na wale dużej ilości mieszadeł obrotowych. Stosowanie przytoczonych powyżej rozwiązań wiąże się z dużym zapotrzebowaniem mocy w stosunku do stopnia wymieszania układu w porównaniu z proponowanym rozwiązaniem konstrukcyjnym.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszalnika, który umożliwi bardzo dobre wymieszanie płynu w kierunku promieniowym oraz osiowym przy znacznie mniejszym zapotrzebowaniu na energię, niż w porównaniu z dotychczas stosowanymi konstrukcjami.

Mieszalnik, zwłaszcza do mieszania cieczy o różnej gęstości i lepkości, zawierający zbiornik, wał mieszadła, 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

PL 232 140 B1 dwóch połączonych walców, których górna podstawa jest częściowo wklęsła, zaś dolna płaska, c o powoduje dodatkowe kierowanie strumieni mieszanego płynu podczas pracy mieszadła. Dyfuzor ma w każdym walcu, w centralnej jego części, przelotowy otwór, który ma kształt walca przechodzącego w dolnej części w ścięty stożek. Korzystnie 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 dwóch dyfuzorów. Zbiornik mieszalnika ma kształt walca z płaskim dnem, przy czym może mieć wysokość równą średnicy, wówczas wystarczy aby mieszalnik był wyposażony w jedno mieszadło umieszczone na wysokości od dna mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika. Mieszalnik może mieć zbiornik, którego wysokość jest większa od średnicy i wówczas ma dwa mieszadła lub może mieć zbiornik smukły, czyli taki, którego stosunek wysokości do średnicy jest większy od 7, wówczas ma trzy lub więcej mieszadeł. W przypadku dwóch mieszadeł: dolnego i górnego, mieszadło dolne jest umieszczone na wysokości od dna mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika, zaś górne mieszadło umieszczone jest na wysokości od górnej krawędzi mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika. W przypadku trzech mieszadeł trzecie mieszadło, środkowe, umieszczone jest w połowie wysokości zbiornika.

Mieszalnik według wynalazku wyposażony jest w mieszadło lub kilka mieszadeł, które pracują 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.

Mieszalnik, według wynalazku, wyposażony jest w mieszadło, które pracuje w ruchu obrotowym w układach jednofazowych lub wielofazowych, powodując uzyskanie zadawalającego stopnia stężeniowego i/lub temperaturowego ujednolicenia mieszanego medium. Wytworzenie odpowiedniego stopnia burzliwości mieszanego płynu wiąże się z uzyskaniem optymalnych warunków pracy przy redukcji kosztów produkcji końcowego produktu.

Mieszalnik według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku mieszalnik o zbiorniku, którego wysokość jest równa średnicy i wyposażonym w jedno mieszadło, fig. 2 przedstawia mieszadło z sześcioma łopatkami w widoku perspektywicznym, fig. 3 - łopatkę mieszającą w widoku z góry, fig. 4 - mieszadło z czterema łopatkami o wydłużonych kierownicach wygiętych ku dołowi w widoku perspektywicznym, fig. 5 - mieszadło z sześcioma łopatkami o wydłużonych kierownicach wygiętych na przemian ku górze i ku dołowi w widoku perspektywicznym, fig. 6 - widok mieszalnika smukłego z dwoma mieszadłami umieszczonymi na jednym wale, fig. 7 - widok smukłego mieszalnika z trzema mieszadłami umieszczonymi na jednym wale.

P r z y k ł a d 1

Mieszalnik składa się z cylindrycznego zbiornika 6 z płaskim dnem, którego wysokość równa jest średnicy. W zbiorniku 6 umieszczony jest pionowo, wzdłuż osi zbiornika 6, wał napędowy 7 mieszadła, na końcu którego umieszczone jest mieszadło. Mieszadło zbudowane jest z piasty 1, do której przymocowanych jest sześć łopatek mieszających 2 rozmieszczonych, co 60° na obwodzie piasty 1. Łopatki mieszające 2 pochylone są pod kątem 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 walca. 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

PL 232 140 B1 przelotowy otwór 5, który ma kształt walca przechodzącego w dolnej części w ścięty stożek. Mieszadło umieszczone jest na wysokości od dna mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika.

P r z y k ł a d 2

Mieszalnik jak w przykładzie 1, z tym, że ma zbiornik 6, którego stosunek wysokości do jego średnicy wynosi 3. Mieszalnik wyposażony jest w dwa mieszadła: dolne i górne. Mieszadło dolne jest umieszczone na wysokości, od dna mieszalnika, równej 1/3 średnicy zbiornika 6. Górne mieszadło umieszczone jest na wysokości od górnej krawędzi mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika 6. Mieszadło górne stanowi lustrzane odbicie dolnego mieszadła.

P r z y k ł a d 3

Mieszalnik jak w przykładzie 2, z tym że ma zbiornik smukły, którego stosunek wysokości do jego średnicy wynosi 8. Mieszalnik wyposażony jest w trzy mieszadła: dolne, górne i środkowe. Mieszadło dolne jest umieszczone na wysokości od dna mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika 6, górne mieszadło umieszczone jest na wysokości od górnej krawędzi mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika 6, zaś środkowe mieszadło umieszczone jest na środku wysokości zbiornika 6. Mieszadło górne ma koniec kierownicy 3 wydłużony i wygięty po łuku ku dołowi i stanowi lustrzane odbicie dolnego mieszadła. Mieszadło dolne ma koniec kierownicy 3 wydłużony i wygięty po łuku ku górze, zaś mieszadło środkowe ma koniec kierownicy 3 wygięty po łuku na przemian ku górze lub ku dołowi.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszalnik, zwłaszcza do mieszania cieczy o różnej gęstości i lepkości, zawierający zbiornik, wał mieszadła, piastę, łopatki, znamienny tym, że ma co najmniej jedno mieszadło, w którym do piasty (1) przymocowane są 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.
4. 4. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (6) mieszalnika ma kształt walca z płaskim dnem.
5. 5. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ma dwa mieszadła: dolne i górne, przy czym mieszadło dolne jest umieszczone na wysokości od dna mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika (6), zaś górne mieszadło umieszczone jest na wysokości od górnej krawędzi mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika (6).
6. 6. Mieszalnik według zastrz. 5, znamienny tym, że mieszadło górne stanowi lustrzane odbicie dolnego mieszadła.
7. 7. Mieszalnik według zastrz. 5, znamienny tym, że mieszadło górne jest obrócone o kąt 180° w stosunku do mieszadła dolnego.
8. 8. Mieszalnik według zastrz. 4, znamienny tym, że zbiornik (6) mieszalnika jest smukły.
9. 9. Mieszalnik według zastrz. 8, znamienny tym, że ma trzy mieszadła: dolne, górne i środkowe, przy czym mieszadło dolne jest umieszczone na wysokości od dna mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika (6), górne mieszadło umieszczone jest na wysokości od górnej krawędzi mieszalnika równej 1/3 średnicy zbiornika (6), zaś środkowe mieszadło umieszczone jest na środku wysokości zbiornika (6).