PL237697B1 - Mieszalnik do mieszania cieczy lub układów heterofazowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mieszalnik do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, który zawiera zbiornik, przegrody, płaszcz, dystrybutor gazu, wał oraz mieszadło zawierające piastę, łopatki mieszadła, charakteryzuje się tym, że ma osadzone na wale (10) mieszadło składające się z piasty (1), do której przymocowane są trwale jednym końcem co najmniej dwa proste ograniczniki (2) i co najmniej dwa zakrzywione ograniczniki (3), które drugim końcem przymocowane są trwale do usztywniającej obręczy (4), zaś w co drugiej przestrzeni pomiędzy ogranicznikami (2 i 3) mieszadło ma, przymocowane ruchomo do piasty (1), za pomocą zawiasu (6), co najmniej dwie łopatki zbudowane z jednego elementu końcowego (7), wyposażonego w zawias (6) z jednej strony oraz co najmniej jednego elementu (5) wyposażonego w zawias (6) z dwóch stron. Zawias (6) znajduje się pomiędzy zewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2) albo pomiędzy wewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2). Element (5) i element końcowy (7) łopatki mają kształt prostopadłościanu. Dystrybutor gazu (14) umieszczony jest w przestrzeni zbiornika (11) pomiędzy piastą (1) a dnem zbiornika (11).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, które zmieniają swoje właściwości fizyko-chemiczne podczas prowadzenia procesu.

Mieszanie mechaniczne należy do podstawowych operacji jednostkowych inżynierii chemicznej. Głównym celem procesu mieszania jest uzyskanie zakładanego stopnia homogenizacji układu lub zwiększenie intensywności procesów wymiany ciepła i masy w mieszanym wsadzie. W procesach mieszania zazwyczaj stosowane są mieszadła obrotowe tarczowe lub mieszadła turbinowe. Zastosowanie pojedynczego mieszadła wykonującego ruch obrotowy zapewnia efektywne mieszanie jedynie w obszarze bezpośredniego oddziaływania mieszadła. Zwiększenie obszaru pracy mieszadła powoduje konieczność wprowadzania do zbiornika układu kilku mieszadeł na jednym wale, kilku mieszadeł na odrębnych wałach bądź zwiększenie częstości obrotów mieszadła, co związane jest z obniżeniem efektywności energetycznej prowadzonego procesu. Dodatkowym utrudnieniem podczas prowadzenia procesu mieszania jest to, że mieszana substancja może zmienić właściwości fizykochemiczne na skutek np. zmiany temperatury lub zachodzącej reakcji chemicznej. Wówczas może zaistnieć konieczność wymiany zastosowanego typu mieszadła, którego dobór uzależniony jest od aktualnych właściwości wsadu mieszalnika.

W literaturze przedmiotu znane są przykłady mieszalników wyposażonych w mieszadła turbinowe i tarczowe. Znane z opisu patentowego DE69009863 urządzenie do prowadzenia procesu emulsyfikacji, wyposażone zostało w klasyczne mieszadło tarczowe z sześcioma łopatkami prostymi, charakteryzującymi się poprzecznym żebrem wzmacniającym łopatki mieszadła.

Mieszadła tarczowe mogą być wyposażone w łopatki zakrzywione. Znane z opisu patentowego CN201834912 mieszadło wprowadzane do zbiornika fermentacyjnego charakteryzuje się tym, że na tarczy mieszadła zamontowano łopatki o zakrzywionej powierzchni po promieniu. Ponadto łopatki cechują się pofalowaną krawędzią górną. Mieszadło może być stosowane w aparatach, w których prowadzony jest proces fermentacyjny i pozwala na osiągnięcie wydajnej dyspersji w układzie gaz-ciecz.

Przykładem mieszalnika wyposażonego w mieszadło z zakrzywionymi łopatkami jest rozwiązanie znane z opisu US5791780. Mieszadło składa się z piasty, tarczy oraz łopatek o przekroju poprzecznym w kształcie niesymetrycznej litery C, przy czym górna krawędź łopatki jest dłuższa względem krawędzi dolnej łopatki. Mieszadło może być stosowane do mieszania cieczy oraz rozpraszania dostarczanego strumienia gazu.

Znany z opisu patentowego KR20000071347 mieszalnik wyposażony w mieszadło turbinowe z łopatkami, których profil zbliżony jest do litery C, charakteryzuje się wysunięciem górnej krawędzi łopatki (w kierunku natarcia) względem krawędzi dolnej. W mieszalniku tym przewidziano również możliwość zastosowania dwóch mieszadeł na wspólnym wale oraz zaopatrzenie w dystrybutor gazu. Taki układ zapewnia wysoką efektywność dyspersji gazu w cieczy.

Znane z opisu patentowego JP2015502846 mieszadło obrotowe tarczowe charakteryzuje się tym, że łopatki wykonane są w postaci rynien, zakrzywionych w taki sposób, że kierują one mieszaną ciecz odpowiednio nad, równolegle oraz pod powierzchnię mieszadła. Mieszalnik wyposażony w takie mieszadło umożliwia efektywne mieszanie cieczy w całej objętości zbiornika w wyniku przepływu płynu w różnych kierunkach.

Zastosowanie mieszadła o zakrzywionych łopatkach w procesie mieszania farb znane jest z opisu patentowego CN107497338. Mieszalnik wyposażony jest w układ trzech mieszadeł łapowych osadzonych na wspólnym wale, umożliwiających efektywne mieszanie w całej objętości mieszalnika, przy czym każde mieszadło zbudowane jest z czterech łopatek o poprzecznym przekroju w kształcie litery S.

Znane z opisu patentowego US5993158 mieszadło turbinowe o elastycznych łopatkach charakteryzuje się tym, że kształt łopatek zależny jest od prędkości obrotowej wału mieszadła i oporów, jakie stawia mieszana ciecz.

Z opisu patentowego PL 215784 znany jest mieszalnik do mieszania płynów, zawierający zbiornik wał, piastę i element mieszający, który charakteryzuje się tym, że mieszadło ma co najmniej jeden elementarny moduł, składający się z ruchomych elementów, łącznika i ramienia, wyposażonego w łopatkę, połączonych ze sobą ruchomo poprzez zawias. Elementarny moduł przymocowany jest ruchomo poprzez zawiasy do dwóch piast, górnej i dolnej, zaś piasta górna przymocowana jest na sztywno do wału górnego, a piasta dolna zamocowana jest ruchomo, poprzez zespół panewek ślizgowych, na wale dolnym. Dolny koniec wału przymocowany jest na sztywno do dna zbiornika. Z opisu patentowego PL 217244 znany jest mieszalnik do mieszania płynów zawierający zbiornik wyposażony w mieszadło

PL 237 697 B1 zawierające wał, piastę, element mieszający, który charakteryzuje się tym, że mieszadło ma co najmniej jeden elementarny moduł składający się z ruchomych elementów: łącznika i ramienia wyposażonego w łopatkę, połączonych ze sobą ruchomo poprzez zawias, przy czym elementarny moduł przymocowany jest ruchomo poprzez zawiasy do dwóch piast górnej i dolnej, zaś piasta górna przymocowana jest nieruchomo poprzez śruby do zewnętrznego wału o kształcie rurowym, wewnątrz którego znajduje się wewnętrzny wał, na którego dolnym końcu zamocowana jest ruchomo poprzez zespół panewek ślizgowych piasta dolna. Zewnętrzny wał osadzony jest na łożyskach w obudowie przymocowanej nieruchomo do pokrywy zbiornika.

W praktyce mieszalniki mechaniczne wyposażone są zwykle w, wykonujące ruch obrotowy, mieszadła charakteryzujące się niezmienną konfiguracją geometryczną mieszadła (brak możliwości zmiany kształtu łopatek mieszadła podczas prowadzenia procesu). Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne, które jest przedmiotem wynalazku, umożliwia zmianę kształtu łopatek mieszadła poprzez zmianę wyłącznie kierunku obrotów mieszadła i umożliwia zastosowanie prostej budowy napędu mechanicznego mieszadła.

Mieszalnik do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, według wynalazku, zawierający zbiornik, przegrody, płaszcz, dystrybutor gazu, wał oraz mieszadło zawierające piastę, łopatki mieszadła, charakteryzuje się tym, że ma osadzone na wale mieszadło składające się z piasty, do której przymocowane są trwale jednym końcem co najmniej dwa proste ograniczniki i co najmniej dwa zakrzywione ograniczniki, które drugim końcem przymocowane są trwale do usztywniającej obręczy, zaś w co drugiej przestrzeni pomiędzy ogranicznikami mieszadło ma, przymocowane ruchomo do piasty, za pomocą zawiasu, co najmniej dwie łopatki. Łopatki zbudowane są z jednego elementu końcowego, wyposażonego w zawias z jednej strony oraz co najmniej jednego elementu wyposażonego w zawias z dwóch stron. W zależności od wariantu wykonania zawias na piaście, za pomocą którego przymocowany jest do piasty element łopatki znajduje się pomiędzy zewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika i ogranicznikiem prostym albo pomiędzy wewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika i ogranicznikiem prostym. Elementy z których zbudowane są łopatki mają kształt prostopadłościanu, które połączone są zawiasami dzięki czemu łopatka zmienia kształt w zależności od kierunku obrotu wału, na którym zamontowana jest piasta. Łopatka mieszadła przyjmuje kształt ogranicznika o jaki się opiera, w zależności od kierunku obrotu. Dystrybutor gazu umieszczony jest w przestrzeni zbiornika pomiędzy piastą a dnem zbiornika. Mieszadło umieszczone jest centrycznie wewnątrz zbiornika cylindrycznego wyposażonego w przegrody i płaszcz.

Zaletą mieszalnika według wynalazku jest to, że ruchome połączenie kolejnych elementów łopatek mieszadła umożliwia zmianę kształtu łopatek w zależności od kierunku obrotu piasty. Zmiana kształtu łopatek mieszadła, zbudowanych z elementów połączonych zawiasami, wynika z kierunku obrotu wału oraz kształtu ograniczników. Mieszadło według wynalazku pozwala na łatwą zmianę geometrii w trakcie procesu mieszania, poprzez zmianę kierunku obrotu mieszadła.

Mieszadło do płynów według wynalazku przedstawione jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku mieszalnik wraz z zamontowanym mieszadłem wykonującym obroty w prawo (łopatki zakrzywione), fig. 2 - mieszadło wykonujące obroty w prawo (łopatki zakrzywione), fig. 3 - w widoku mieszadło wykonującego obroty w lewo (łopatki proste), fig. 4 - w widoku mieszadło bez łopatek, fig. 5 - w widoku mieszadło z dwoma ogranicznikami prostymi i dwoma zakrzywionymi i dwiema łopatkami, wykonujące obroty w prawo, fig. 6 - w widoku mieszadło z dwoma ogranicznikami prostymi i dwoma zakrzywionymi i dwiema łopatkami, wykonujące obroty w lewo, fig. 7 - łopatkę mieszadła zbudowaną z trzech elementów wyposażonych w zawias z dwóch stron i końcowego elementu wyposażonego w zawias z jednej strony, fig. 8 - pojedynczy element łopatki wyposażony w zawias z dwóch stron, fig. 9 końcowy element łopatki.

P r z y k ł a d 1

Mieszalnik zbudowany jest z cylindrycznego zbiornika 11 wyposażonego w cztery płaskie przegrody pionowe 12, płaszcz 13 i dystrybutor gazu 14. W zbiorniku 11 umieszczony jest centrycznie wał mieszadła 10, na którym zamontowano mieszadło składające się z piasty 1, do której trwale przyłączono cztery ograniczniki proste 2 i cztery ograniczniki zakrzywione 3. Przeciwne końce ograniczników 2 i 3 są trwale połączone z usztywniającą obręczą 4. Dystrybutor gazu 14 umieszczony jest w przestrzeni zbiornika 11 pomiędzy piastą 1 a dnem zbiornika 11. Mieszadło umieszczone jest centrycznie wewnątrz zbiornika 11. Do piasty 1 w co drugiej przestrzeni 8, pomiędzy ogranicznikami 2 i 3 zamocowano zawias 6 połączony z łopatką, która składa się z trzech elementów 5 wyposażonych w zawiasy z obydwu stron i końcowego elementu 7, wyposażonego w zawias z jednej strony. Elementy 5 i element 7 mają kształt

PL 237 697 B1 prostopadłościanu. W wyniku obrotu piasty 1 osadzonej na wale oraz oporowi jaki wywiera ciecz na poruszającą się łopatkę, łopatka mieszadła dostosowuje swój kształt do kształtu ogranicznika prostego 2 lub zakrzywionego 3. Łopatki mieszadła umieszczone są w przestrzeni 8 pomiędzy ogranicznikiem prostym 2 i zewnętrzną stroną łuku ogranicznika zakrzywionego 3. Obrót piasty 1 w prawo powoduje ułożenie się łopatek na ogranicznikach zakrzywionych 3 po zewnętrznej stronie łuku. Obrót piasty 1 w przeciwnym kierunku (w lewo) powoduje ułożenie się łopatek na ogranicznikach prostych 2.

P r z y k ł a d 2

Mieszalnik jak w przykładzie 1, z tym że mieszadło ma dwa ograniczniki proste 2 i dwa ograniczniki zakrzywione 3, a dwie łopatki mieszadła umieszczone są w przestrzeni 9 pomiędzy ogranicznikiem prostym 2 i wewnętrzną stroną łuku ogranicznika zakrzywionego 3. Zmiana przestrzeni, w której zamontowany jest zawias łączący łopatkę z piastą powoduje, że w wyniku obrotu wału mieszadła w lewo łopatki układają się po wewnętrznej stronie łuku ogranicznika zakrzywionego 3, zaś w wyniku obrotu mieszadła w prawo łopatki układają się na ogranicznikach prostych 2.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszalnik do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, zawierający zbiornik, przegrody, płaszcz, dystrybutor gazu, wał oraz mieszadło zawierające piastę, łopatki mieszadła, znamienny tym, że ma osadzone na wale (10) mieszadło składające się z piasty (1), do której przymocowane są trwale jednym końcem co najmniej dwa proste ograniczniki (2) i co najmniej dwa zakrzywione ograniczniki (3), które drugim końcem przymocowane są trwale do usztywniającej obręczy (4), zaś w co drugiej przestrzeni pomiędzy ogranicznikami (2) i (3) mieszadło ma, przymocowane ruchomo do piasty (1), za pomocą zawiasu (6), co najmniej dwie łopatki zbudowane z jednego elementu końcowego (7), wyposażonego w zawias (6) z jednej strony oraz co najmniej jednego elementu (5) wyposażonego w zawias (6) z dwóch stron.
2. 2. Mieszalnik według zastrz. 1 znamienny tym, że zawias (6) znajduje się pomiędzy zewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2).
3. 3. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawias (6) znajduje się pomiędzy wewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2).
4. 4. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że element (5) i element końcowy (7) łopatki mają kształt prostopadłościanu.
5. 5. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dystrybutor gazu (14) umieszczony jest w przestrzeni zbiornika (11) pomiędzy piastą (1) a dnem zbiornika (11).