PL235456B1 - Mieszalnik statyczny przepływowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik statyczny przepływowy, przeznaczony zwłaszcza do ciągłego, przepływowego mieszania cieczy w celu homogenizacji frakcji wodnej z organiczną.

W celu uzyskania jednorodnych właściwości mieszanin, takich jak stężenie, temperatura czy gęstość, w układach jedno i wielofazowych stosuje się operację mieszania. Jest to również sposób na przyspieszenie zachodzenia takich procesów jak wymiana ciepła, masy oraz przebieg reakcji chemicznej. Wymagania jakościowe pod względem mieszanin oraz różnorodność mieszanych składników sprawiają, że istnieje duża ilość metod mieszania, a co za tym idzie konstrukcja mieszalników jest zróżnicowana. Ważnym aspektem w konstrukcji tych urządzeń jest uzyskanie jednorodnej mieszaniny w krótkim czasie przy możliwie niskim nakładzie energetycznym.

W stanie techniki znane są mieszalniki z ruchomym elementem konstrukcyjnym, zwanym mieszadłem, służące do mieszania rozmaitych materiałów, prowadzenia reakcji chemicznych itp. Znane są również mieszalniki statyczne, które są urządzeniami przepływowymi, często o przepływie rurowym, zaopatrzone we wkładki mieszające w postaci nieruchomych półek lub zwojów spiralnych, które są umieszczone we wnętrzu mieszalnika oraz ukształtowane tak, aby zapewnić odpowiednie mieszanie cieczy.

Wpływający do mieszalnika płyn jest dzielony na dwie lub większą ilość warstw, które podczas przepływu przez mieszalnik są deformowane, rekombinowane oraz reorientowane, powodując szybkie mieszanie promieniowe, aż do otrzymania jednorodnej mieszaniny na wylocie mieszalnika.

Odpowiedni dobór rodzaju, ilości oraz rozmieszczenia statycznych elementów mieszających jest określany na podstawie zakresu przepływu, lepkości cieczy, zawartości ciał stałych oraz stopnia wymieszania. Zaletą mieszalników statycznych jest brak części ruchomych i konieczności doprowadzania dodatkowej energii do ich napędzania. Obecnie mieszalniki statyczne znajdują zastosowanie w nasileniu wymiany masy oraz ciepła w układach oraz mieszaniu przy przepływie laminarnym lub burzliwym zarówno układów homogenicznych, jak i niehomogenicznych, jak również mieszania podczas przeprowadzania reakcji chemicznych - w tym przypadku mieszalniki pełnią funkcję reaktorów przepływowych.

Z literatury patentowej znane są mieszalniki statyczne o budowie rurowej.

Z polskiego dokumentu patentowego PL 175 328 znane jest urządzenie do przepływowego mieszania cieczy, zwłaszcza wody niosącej zawiesinę ciał stałych z doprowadzanymi roztworami, które w obudowie rurowej ma nieruchomy wkład mieszający. Pole poprzecznego przekroju obudowy jest korzystnie dwukrotnie większe od pola poprzecznego przekroju rurociągu przepływowego, a całe urządzenie mieszające zabudowane jest szeregowo w rurociąg, najlepiej poziomy tak, że dolna tworząca obudowy jest na przedłużeniu dolnej tworzącej rurociągu. Rurociąg dopływowy połączony jest z urządzeniem dyfuzorem niesymetrycznym, którego przekroje wlotowy i wylotowy są prostopadłe do dolnej tworzącej rurociągu, natomiast wylot z urządzenia jest połączony z rurociągiem odpływowym konfuzorem w kształcie odwróconego w płaszczyźnie dyfuzora. Wkład mieszający urządzenia składa się z płaskownika usytuowanego w osi wzdłużnej obudowy, do którego przymocowane są prostopadle, krawędziami prostymi przegrody w kształcie wycinków koła. Dłuższa oś symetrii przekroju poprzecznego płaskownika pokrywa się z pionową osią przekroju poprzecznego obudowy, zaś przegrody przylegają krawędzią łukową do ścianek obudowy. Szerokość płaskownika wkładu mieszającego jest trzykrotnie mniejsza od średnicy wewnętrznej obudowy, a odległość pomiędzy na przemian umocowanymi przegrodami jest w granicach 1/4 do 1/2 tej średnicy, przy czym ilość przegród jest większa od trzech.

Z polskiego dokumentu patentowego PL 179 318 znany jest mieszalnik statyczny do mieszania mediów o wysokiej lepkości, zawierający rurę i przynajmniej jedno umieszczone w rurze mieszadło, złożone z krzyżujących się ze sobą żeber, usytuowanych ukośnie względem głównego kierunku przepływu medium wyznaczonego przez linię środkową, rury oraz zawierający wolne otwarte przejścia dla mieszanego medium usytuowane w dwóch segmentowych obszarach krawędziowych w głównym kierunku przepływu między bocznymi krawędziami bocznych żeber mieszadła i ścianką rury.

Z polskiego dokumentu patentowego PL 106 155 znany jest mieszalnik statyczny, zawierający przestrzenie lub przestrzeń wypełnioną nieruchomymi elementami, znamienny tym, że zawiera zbiory sztywnych taśm spiralnie skręconych wokół własnej, osi, ułożonych równolegle do osi rury i do siebie w taki sposób, że w środku każdego zbioru znajduje się jedna taśma otoczona taśmami na przemian lewo- i prawoskrętnymi, na zewnątrz których umieszczone są, ewentualnie, następne taśmy lewo i prawoskrętne, lub ściana ograniczająca przestrzeń, a krawędzie czołowe taśm otaczających z sąsiadujących zbiorów, są ustawione od siebie pod kątem równym od 10 do 90°.

PL 235 456 B1

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO9214541A1 znany jest mieszalnik statyczny przepływowy do mieszania dwóch frakcji, w kształcie rury obejmującej komorę mieszania, we wnętrzu której znajduje się zamontowany współosiowo nieruchomy element mieszający zbudowany z szeregowo połączonych wkładów, które w pewnych przykładach wykonania mogą być helikoidalne.

Mimo znanych rozwiązań w dziedzinie konstrukcji mieszalników statycznych, celowym byłoby opracowanie konstrukcji mieszalnika pozwalającej na przyspieszenie procesu homogenizacji frakcji wodnej z organiczną bez konieczności stosowania wykorzystywanych do tej pory zbiorników z mieszadłem mechanicznym oraz obniżenie kosztów wytwarzania tego typu emulsji.

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik statyczny przepływowy do mieszania dwóch frakcji, korzystnie frakcji wodnej oraz frakcji organicznej, w kształcie rury obejmującej komorę mieszania, we wnętrzu której znajduje się zamontowany współosiowo nieruchomy element mieszający zbudowany z szeregowo połączonych helikoidalnych wkładów, charakteryzujący się tym, że pierwszy wkład ma przegrody nachylone pod kątem 30° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika, drugi wkład ma przegrody nachylone pod kątem 45° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika, a trzeci wkład ma przegrody nachylone pod kątem 60° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika.

Korzystnie, mieszalnik zawiera ponadto komorę wstępnego mieszania w postaci trójnika zawierającego króćce wlotowe frakcji wodnej oraz frakcji organicznej ustawione względem siebie pod kątem ostrym, korzystnie 60°.

Na Fig. 1 przestawiono schematycznie konstrukcję przepływowego mieszalnika w przekroju podłużnym oraz w rzucie poprzecznym. Mieszalnik przepływowy zawiera komorę mieszania wstępnego 10 połączoną współosiowo z komorą mieszania 11. Wewnątrz komory mieszania znajdują się współosiowo zamontowane heksoidalne wkłady mieszające 13, 14, 15.

Mieszalnik według wynalazku posiada obudowę rurową w formie płaszcza 12, w której znajduje się umieszczony współosiowo nieruchomy wkład mieszający. Mieszalnik zamontowany szeregowo w instalacji na wlocie 18 połączony jest z rurociągami dopływowymi, a na wylocie 19 z rurociągiem odpływowym za pomocą połączeń kołnierzowych lub gwintów.

Komora mieszania 11 ma postać rurowego płaszcza 12, wewnątrz którego znajduje się zamontowany współosiowo nieruchomy wkład mieszający. Wlot komory mieszania 17 jest połączony współosiowo za pomocą złącza kołnierzowego z wylotem komory wstępnego mieszania 10, która ma postać trójnika zawierającego króćce wlotowe frakcji wodnej 16 oraz frakcji organicznej 17 ustawione względem siebie pod kątem ostrym, korzystnie 60°. Komora mieszania wstępnego 10 jest elementem opcjonalnym, który może nie być wykorzystywany w przypadku braku odpowiedniej ilości miejsca na montaż w instalacji. Po przeciwnej stronie komora mieszania zakończona jest wylotem 19 mieszaniny frakcji wodnej i organicznej.

Główny element mieszalnika statycznego - nieruchomy wkład mieszający - zamontowany jest współosiowo we wnętrzu rurowego płaszcza mieszalnika 12 komory mieszania 11, a od strony wlotu do komory mieszania zbudowany jest z trzech wkładów helikoidalnych: pierwszego wkładu 13 z przegrodami nachylonymi pod kątem 30° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika 12, drugiego wkładu 14 z przegrodami nachylonymi pod kątem 45° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika 12 oraz trzeciego wkładu 15 z przegrodami nachylonymi pod kątem 60° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika 12. Kolejność zamontowania wkładów można modyfikować w celu zapewnienia odpowiednich warunków mieszania.

Zastosowanie przegród o zmiennym kącie nachylenia w konstrukcji mieszalnika statycznego, będącego przedmiotem wynalazku, pozwala na wielokrotną zmianę kierunku przepływu mieszanej cieczy, w wyniku czego uzyskuje się znaczne przyspieszenie homogenizacji fazy wodnej z organiczną bez konieczności stosowania mieszadeł mechanicznych oraz przy niewielkim spadku ciśnienia. Ma to korzystny wpływ na zwiększenie przerobu instalacji, a także obniżenie kosztów inwestycyjnych, eksploatacyjnych oraz związanych z czasem prowadzenia procesu czy zużyciem energii podczas eksploatacji pomp. Ponadto, urządzenie nie posiada żadnych elementów ruchomych, które w praktyce często są elementami szybko zużywającymi się, a jego konstrukcja modułowa pozwala na szybką wymianę podzespołów w przypadku uszkodzenia lub w celu wprowadzania modyfikacji i dalszych ulepszeń.

Dodatkowo niewielkie gabaryty mieszalnika pozwalają na zamontowanie go w instalacjach bez konieczności znaczących modyfikacji rurociągów czy też podpór poprzez adaptację elementów roboczych rurociągu jako wlotu i/lub wylotu mieszalnika.

PL 235 456 B1

Przedmiotem wynalazku jest również sposób mieszania frakcji wodnej i organicznej z wykorzystaniem mieszalnika statycznego. W sposobie według wynalazku wprowadza się frakcję wodną poprzez króciec frakcji wodnej oraz frakcję organiczna poprzez króciec frakcji organicznej do komory wstępnego mieszania, w której wstępnie miesza się frakcję wodną oraz organiczną. Dzięki niskiej wartości kąta pomiędzy króćcami współczynnik oporu oraz spadek ciśnienia są zmniejszone dla mieszających się płynów. Następnie mieszaninę wstępną wprowadza się do komory mieszania, w której miesza się ją poprzez wielokrotne wymuszenie zmiany kierunku przepływu cieczy przez komorę mieszającą, aż do wytworzenia mieszaniny, którą odprowadza się poprzez wylot mieszalnika.

Sposób mieszania frakcji wodnej i organicznej według wynalazku pozwala na obniżenie kosztów związanych z czasem prowadzenia procesu oraz zużyciem energii podczas eksploatacji pomp.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszalnik statyczny przepływowy do mieszania dwóch frakcji, korzystnie frakcji wodnej oraz frakcji organicznej, w kształcie rury obejmującej komorę mieszania, we wnętrzu której znajduje się zamontowany współosiowo nieruchomy element mieszający zbudowany z szeregowo połączonych helikoidalnych wkładów, znamienny tym, że pierwszy wkład (13) ma przegrody nachylone pod kątem 30° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika (12), drugi wkład (14) ma przegrody nachylone pod kątem 45° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika (12), a trzeci wkład (15) ma przegrody nachylone pod kątem 60° względem osi symetrii płaszcza mieszalnika (12).
2. 2. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto komorę wstępnego mieszania (10) w postaci trójnika zawierającego króćce wlotowe frakcji wodnej (16) oraz frakcji organicznej (17) ustawione względem siebie pod kątem ostrym, korzystnie 60°.