PL234243B1 - Mieszalnik statyczny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik statyczny, przeznaczony do mieszania cieczy z gazem, cieczy z ciałem stałym oraz gazu z ciałem stałym w celu otrzymania jednorodnej mieszaniny, lub roztworu. Mieszalniki statyczne, to aparaty w których użyta jest wyłącznie energia przepływającego płynu lub płynów, są one szeroko stosowane do intensyfikacji procesów wymiany ciepła i masy. Urządzenia tego typu mogą być również wykorzystywane, jako reaktory chemiczne oraz mieszacze montowane w przewodach rurowych.

Mieszalniki statyczne stanowią alternatywę dla mieszadeł mechanicznych, ponieważ koszty ich eksploatacji są dość niskie z powodu braku napędu mechanicznego i połączeń ruchomych. Dodatkowymi zaletami tego typu aparatów są niskie koszty operacyjne, brak uszczelnień ruchowych, niska energochłonność oraz wytwarzanie w przepływającym płynie niskich naprężeń ścinających. Najważniejszą częścią mieszalnika statycznego jest element mieszający, umieszczony wewnątrz podłużnego kanału, najczęściej o poprzecznym przekroju kołowym. Ilość elementów mieszających oraz ich konfiguracja geometryczna mają bezpośrednie przełożenie na osiągane efekty procesu mieszania w postaci osiągnięcia odpowiedniego stopnia burzliwości przepływającego płynu. Szeregowe usytuowanie elementów mieszających powoduje, że każdy kolejny element zwiększa efektywność procesu mieszania przez rozdział głównego strumienia przepływającego płynu na szereg, zmieniających położenie i prędkość, strug.

Znany z patentu US6637928 mieszalnik statyczny zawiera wypełnienie w postaci zazębiających się płaszczyzn, powstałych poprzez połączenie dwóch równoległych listew z trzecią, poprzeczną listwą. Końce równoległych listew ścięto w taki sposób, aby możliwe było ścisłe ułożenie wkładek w kanale rurowym. Płaszczyzny umieszczone zostały wewnątrz mieszalnika pod kątem do podłużnej osi mieszalnika.

Znany z opisu patentowego US5813762 mieszalnik statyczny wyposażono w elementy o kształcie płyty umieszczone w kanale rurowym. Płyty częściowo blokują przekrój poprzeczny rury. Kształt płyty opiera się na elipsie zmodyfikowanej w ten sposób, że ucięto ją równolegle do krótszego promienia. Powstaje w ten sposób wycinek elipsy z jednym prostym bokiem. W płycie wykonano szczelinę poprzez wycięcie biegnące równolegle do dłuższego promienia elipsy, od zaokrąglonego końca w kierunku płaskiej krawędzi. Płytę umieszczono w rurze w tak, że krawędzie płyty tworzą z osią rury kąt 20-60°. Przepływający płyn częściowo omija płytę w części odciętej elipsy, reszta płynu trafia na płytę i przeciska się przez szczelinę.

Znany z opisu patentowego US2002031046 mieszalnik zawiera co najmniej dwie przegrody przeznaczone do tworzenia wirów w cieczy przepływającej przez kanał rurowy. Pierwsza przegroda jest w postaci pochylonej płyty połączonej ze ścianą rury za pomocą podpory. Płyta ma kształt trapezu, którego dłuższa podstawa usytuowana jest przy ścianie rurowego kanału. Druga przegroda ma kształt i układ taki sam jak pierwsza, przy czym obrócona jest o kąt 90° względem osi kanału. Przegrody są umieszczone tak, że ich krawędzie nie stykają się z rurą i są omywane przez przepływający płyn. Opisane rozwiązanie konstrukcyjne może być stosowane w szczególności do wytwarzania układów wielofazowych.

Znany z patentu SU1669517 mieszalnik statyczny zaopatrzono w system wkładek mieszających, ustawionych jedna za drugą w osi podłużnej aparatu i obróconych o kąt 90° względem poprzedniej wkładki. Pojedyncza wkładka utworzona została poprzez skręcenie prostokątnej płaszczyzny w jej wzdłużnej osi symetrii o kąt 180°. Powierzchnia wkładki została zmodyfikowana poprzez wykonanie perforacji z wytłoczeniami na skręconej powierzchni. Perforację wykonano poprzez nacięcie na powierzchni wkładki, a następnie powierzchnię w pobliżu nacięcia wytłoczono pod ukosem powierzchnią boczną walca. Perforacja umożliwia częściowe przedostawanie się przepływającego płynu przez powierzchnię wkładki.

Znany z patentu US2002063344 mieszalnik statyczny zawiera wkład mieszający wykonany z karbowanego pasa, który został obustronnie nacięty na około 1/4 szerokości. Nacięcia przebiegają pod kątem ostrym, względem wzdłużnej osi pasa, po obu jego bokach. Następnie pas został skręcony w osi podłużnej w taki sposób, że brzeg pasa tworzy śrubowe odcinki pomiędzy nacięciami, które są dodatkowo obrócone w osi. Płyn zawirowywany jest na skręconym pasie i częściowo przedostaje się

Znany z patentu US4884894 mieszalnik zaopatrzono w wał śrubowy z co najmniej jednym spiralnym rowkiem. Wał ten umieszczono w cylindrycznym kanale rurowym, w którym również wykonano co najmniej jeden spiralny rowek. Ciecz przepływa przez spiralne rowki uformowane w rurze kanału i wału śrubowego elementu, co powoduje mieszanie strumieni cieczy.

PL 234 243 B1

Niedogodnością dla opisanych powyżej rozwiązań mieszalników statycznych jest mała efektywność procesu mieszania, wynikająca z niewielkiego podziału strumienia głównego na strugi. Uzyskanie pożądanego efektu wymaga zastosowania dużej liczby elementów mieszających, co wpływa na wzrost oporów przepływu oraz na zwiększoną energochłonność prowadzonego procesu.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji przepływowego mieszalnika statycznego eliminującego podane powyżej niedogodności oraz zwiększającego efektywność procesu mieszania w porównaniu z opisanymi wynalazkami.

Mieszalnik statyczny, według wynalazku, zawierający płaszcz grzejny, kanał rurowy zakończony kołnierzami, elementy mieszające, pierścienie montażowe, krócieć wlotowy i wylotowy płaszcza grzejnego, uchwyty, charakteryzuje się tym, że ma wewnątrz kanału rurowego co najmniej jeden element mieszający, który składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy oraz wewnętrznego elementu, którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy. Rama i wewnętrzy element są skręcone o kąt 120° w przeciwnym kierunku i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszalnika, zaś wewnętrzny element jest obrócony w osi podłużnej mieszalnika o kąt 90° względem ramy. Rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt owalu lub prostokąta. Dłuższa krawędź ramy oraz dłuższa krawędź wewnętrznego elementu tworzy linię śrubową. Korzystnie mieszalnik statyczny wyposażony jest w pięć elementów mieszających a każdy kolejne element mieszający obrócony jest o kąt 60° względem poprzedniego.

Konstrukcja mieszalnika pozwala na uzyskanie żądanego stopnia zmieszania na stosunkowo krótkim odcinku przewodu rurowego, przy stosunkowo niewielkim oporze przepływu.

Elementy mieszające pozwalają na podział głównego strumienia płynu na strugi oraz ich mieszanie dzięki prześwitowi między elementami wkładki. Przy kilku elementach mieszających, płyn ulega kolejnemu podziałowi na warstewki płynu na każdym z nich, potęgując efekt mieszania. Konfiguracja geometryczna mieszalnika zapewnia zwiększenie burzliwości przepływającego płynu zarówno przy ściance aparatu, jaki i w jego rdzeniu oraz zwiększenie efektu mieszania w kierunku poprzecznym przy niwelowaniu dominującego przepływu w kierunku osiowym.

Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne przepływowego mieszalnika statycznego może być stosowane również w procesach intensyfikujących wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem grzejnym/chłodniczym a przepływającym przez mieszalnik płynem. Mieszalnik według wynalazku pozwala na uzyskanie spłaszczenia profili temperatury, co może być szczególne korzystne przy procesie produkcji produktów szczególnych wrażliwych na występowanie niekorzystnych gradientów temperatury.

Mieszalnik statyczny według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania i na rysunku, na których fig. 1 przedstawia element mieszający, w którym rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt owalu, fig. 2 - element mieszający, w którym rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt prostokąta, fig. 3 - mieszalnik statyczny w przekroju osiowym, fig. 4 - przedstawia pierścień montażowy w widoku z góry, fig. 5 - pierścień montażowy w przekroju, fig. 6 - łącznik za pomocą którego połączone są elementy mieszające, fig. 7 - pięć elementów mieszających, fig. 8 - układ pięciu elementów mieszających obróconych względem siebie co 60°.

P r z y k ł a d 1

Mieszalnik statyczny posiada kanał rurowy 1 zakończony kołnierzami. Wewnątrz kanału 1 umieszczono szeregowo pięć elementów mieszających Każdy element mieszający składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy 2 oraz wewnętrznego elementu 3 w kształcie owalu, którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy 2. Rama 2 i wewnętrzny element 3 są skręcone o kąt 120° w przeciwnym kierunku połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszalnika. Rama wewnątrz i wewnętrzny element 3 mają kształt owalu. Wewnętrzny element 3 jest obrócony w osi podłużnej mieszalnika o kąt 90° względem ramy 2. Elementy mieszające połączone są bezpośrednio między sobą za pomocą łącznika 9 i unieruchomione w kanale rurowym 1 za pomocą pierścieni montażowych 4 wyposażonych w uchwyty 8, znajdujących się na obu końcach kanału rurowego 1. Kołnierze kanału rurowego 1 oraz pierścienie montażowe 4 zaopatrzono w otwory przelotowe umożliwiające wpięcie aparatu do instalacji rurowej lub zamontowanie dennic z króćcami. Kanał rurowy 1 wyposażony jest w płaszcz grzejny 5, wraz z króćcami wlotowym 6 i wylotowym 7.

Elementy mieszające umieszone w kanale rurowym 1 zwiększają burzliwości płynu zarówno przy ścianie kanału rurowego 1, jak i w rdzeniu oraz powodują podział płynu na strugi. W wyniku wzajemnego oddziaływania dwóch elementów, ramy 2 i wewnętrznego elementu 3, strugi przepływającego płynu zostają wprawione w ruch rotacyjny z różnymi prędkościami.

PL 234 243 B1

P r z y k ł a d 2

Mieszalnik statyczny jak w przykładzie 1 z tym, że rama 2 wewnątrz i wewnętrzny element 3 mają kształt prostokąta. Elementy mieszające połączone są między sobą za pomocą łącznika 9 i każdy kolejny-element mieszający jest obrócony w osi mieszalnika o kąt 60° względem wcześniejszego.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszalnik statyczny, zawierający płaszcz grzejny, kanał rurowy zakończony kołnierzami, elementy mieszające, pierścienie montażowe, krócieć wlotowy i wylotowy płaszcza grzejnego, uchwyty, znamienny tym, że ma co najmniej jeden element mieszający, który składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy (2) oraz wewnętrznego elementu (3), którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy (2), przy czym rama (2) i element (3) są skręcone o kąt 120° w przeciwnym kierunku i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszalnika zaś element (3) jest obrócony w osi podłużnej kąt 90° względem ramy (2).
2. 2. Mieszalnik statyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (2) wewnątrz i wewnętrzny element (3) mają kształt prostokąta.
3. 3. Mieszalnik statyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (2) wewnątrz i wewnętrzny element (3) mają kształt owalu.
4. 4. Mieszalnik statyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że dłuższa krawędź ramy (2) oraz wewnętrznego elementu (3) tworzy linię śrubową.

   PL 234 243 Β1

   Rysunki

   PL 234 243 Β1

   Fig.6

   PL 234 243 Β1

   Fig.7

   PL 234 243 Β1

   Fig.8