PL242742B1 - Mechaniczne mieszadło obrotowe - Google Patents

Abstract

Mechaniczne mieszadło obrotowe, zawierające wał z osadzoną na nim piastą z łopatkami, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej dwa elementarne moduły mieszające, z których każdy składa się z łopatki górnej (3), równoległej do niej łopatki dolnej (4), pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające (5) w kształcie czworokąta, trwale przymocowane do łopatki górnej (3) i łopatki dolnej (4) w co najmniej dwóch punktach, przy czym łopatka górna (3) i łopatka dolna (4) mają kształt pięciokąta rozszerzającego się w kierunku piasty (2) i są trwale przymocowane do piasty (2). Elementarne moduły mieszające są obrócone w prostopadłej osi do wału (1) o kąt wynoszący od 0 - 45°. Oś skrętu elementów mieszających (5) jest równoległa do płaszczyzny łopatek górnej (3) i dolnej (4). Elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 180°, 120°, lub co 90°.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mechaniczne mieszadło obrotowe stosowane zwłaszcza w reaktorach chemicznych.

Mieszanie jest podstawowym procesem technologicznym, którego celem jest intensyfikacja procesów transportu masy, pędu i energii. W praktyce najczęściej stosowanym rozwiązaniem do realizacji procesu mieszania są mechaniczne mieszadła obrotowe. Odpowiedni dobór mieszadła do mieszania płynu lub układu wielofazowego związany jest głównie z lepkością mieszanego medium. Dobrze dobrane mieszadło pozwala na uzyskanie: wysokiej jakości produktu, odpowiedniego stopnia burzliwości, odpowiedniego poziomu homogenizacji stężeniowej i temperaturowej oraz skrócenia czasu mieszania.

W przypadku mieszania płynów za pomocą mieszadeł obrotowych, zadawalająca burzliwość w mieszanym płynie występuje zwykle w ograniczonej objętości aparatu. W przypadku stosowania tego typu mieszadeł zwiększenie objętości charakteryzującego się intensywnym mieszaniem płynu realizowane jest zazwyczaj przez zwiększenie częstości obrotów mieszadła lub montaż kilku mieszadeł na jednym wale. Rozwiązania tego typu zazwyczaj generują wzrost energochłonności procesu, co negatywnie wpływa na opłacalność prowadzonego procesu.

Stan techniki opisuje wiele przykładów mieszadeł wykonujących ruch obrotowy. Znany z opisu patentowego DE 19503132 układ mieszający składa się z zbiornika i mieszadła pompującego osiowo płyn od powierzchni swobodnej zbiornika przez przewód rurowy w kierunku jego dna. Rozwiązanie to wymusza przepływ cieczy w zbiorniku od powierzchni swobodnej do dna zbiornika nawet przy niskich obrotach mieszadła. Znane z zgłoszenia patentowego opisu SU1607918A1 mieszadło obrotowe składa się z wału, łopatek i stożka zastępującego płaską tarczę, jaka występuje w mieszadle turbinowym. Oryginalność rozwiązania polega na tym, że stożek zastępujący tarczę pozwala wytworzyć pętle cyrkulacyjne w mieszalniku od powierzchni swobodnej do dna i odwrotnie. Znane z opisu wzoru użytkowego DE20214291U1 mieszadło składa się z wału, łącznika, oraz elementów mieszających w formie ściętych stożków. Ścięte wydrążone stożki połączone są z wałem łącznikiem w formie pręta. Zasada działania polega na tym, że obracający się wokół wału wydrążony ścięty stożek (od wewnątrz) zbiera swoją podstawą ciecz, która następnie w miarę przepływu ku wierzchołkowi jest przyspieszana.

Z kolei na zewnątrz walca opływająca ciecz spowalnia. Wytworzony gradient prędkości cieczy korzystnie wpływa na powstawanie zawirowań sprzyjających mieszaniu. Znane z opisu wzoru użytkowego DE20216809U1 mieszadło jest zbliżone budową do mieszadła DE20214291U1 przy czym, zamiast stożków zamontowano na łącznikach proste lub wygięte odcinki rur. Znane z opisu patentowego SI9400040A mieszadło do płynów przypomina budową mieszadło DE20216809U1 z tym, że rurowe elementy mieszające zamocowane są bezpośrednio do wału mieszadła. Znane w technice konstrukcje mieszadeł mechanicznych, które zostały przedstawione w powyższych przykładach charakteryzują się tym, że ciecz przepływa w zamkniętym profilu mieszadła (np. w formie rury), co ogranicza uzyskiwanie odpowiedniej burzliwości i stopnia homogenizacji w obrębie całego wsadu mieszalnika.

Mechaniczne mieszadło obrotowe zawierające wał z osadzoną na nim piastą z łopatkami, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej dwa moduły mieszające, z których każdy składa się z łopatki górnej, równoległej do niej łopatki dolnej, pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające w kształcie czworokąta. Elementy mieszające są trwale przymocowane do łopatki górnej i łopatki dolnej co najmniej w dwóch punktach (wierzchołkach). Łopatka górna i łopatka dolna mają kształt pięciokąta, rozszerzającego się w kierunku piasty, aby zwiększyć powierzchnię łopatek przy obrotowym wale, a następnie przy samej piaście łopatki zwężają się, tak by można je było trwale przymocować do piasty. Zwiększenie powierzchni łopatek przy piaście i wale mieszadła korzystnie wpływa na pompowanie cieczy w kierunku osiowym.

Kąt pochylenia modułu w osi prostopadłej do osi piasty wynosi od 0-45°.

Oś skrętu elementów mieszających jest równoległa do płaszczyzny łopatek górnej i dolnej. Moduły mieszające są rozmieszczone co 180°, 120° lub co 90°.

Zaletą rozwiązania jest jednoczesne wytworzenie wielu zderzających się strug w mieszanym wsadzie przy zachowaniu cyrkulacji cieczy w całej objętości wsadu. Dzięki zastosowaniu skręconych elementów mieszających, uzyskuje się podział głównego strumienia przepływającego płynu w obrębie mieszadła na oddzielne podstrumienie, których połączenie powoduje zmianę kierunku przepływu oraz wymieszanie płynu. Pozwala to na uniknięcie powstawania w mieszanym medium tzw. „stref zastoju”. Poprzez pochylenie modułów zwiększona jest cyrkulacja osiowa mieszanego medium. Zwiększenie powierzchni łopatek przy piaście i wale mieszadła korzystnie wpływa na pompowanie cieczy w kierunku osiowym. Skręcone elementy mieszające łączą i usztywniają łopatkę górną i dolna.

Mieszadło według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania i na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia mieszadło z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi w widoku od przodu, fig. 2 przedstawia to samo mieszadło w widoku z boku, fig. 3 przedstawia mieszadło z czterema elementarnymi modułami mieszającymi w widoku od przodu, fig. 4 przedstawia mieszadło z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi i zaznaczonym przepływem cieczy wywołanym przez obracające się mieszadło w przekroju osiowym, fig. 5 przedstawia mieszadło zbudowane z dwóch elementarnych modułów mieszających w widoku od góry, fig. 6 przedstawia mieszadło z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi i zaznaczonym przepływem cieczy wywołanym przez obracające się mieszadło w przekroju poprzecznym.

Przykład I

Mieszadło ma obrotowy wał 1, na który nałożona jest piasta 2 z trwale do niej przymocowanymi dwoma elementarnymi modułami mieszającymi rozmieszczonymi, co 180°. Każdy elementarny moduł mieszający składa się z łopatki górnej 3, łopatki dolnej 4, pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające 5 w kształcie czworokąta, trwale przymocowane do łopatki górnej 3 i łopatki dolnej 4 w co najmniej dwóch punktach - dwóch wierzchołkach. Łopatki górna 3 i dolna 4 są trwale, jednostronnie przymocowane do piasty 2 i mają kształt pięciokąta rozszerzającego się w kierunku piasty 2, aby zwiększyć powierzchnię łopatek przy obrotowym wale 1, co korzystnie wpływa na pompowanie cieczy w kierunku osiowym. Łopatki 3 i 4 przy samej piaście zwężają się tak, aby bok pięciokąta, który jest trwale przymocowany do piasty 2 miał wymiar umożliwiający przymocowanie ich do piasty 2. Elementarne moduły mieszające są obrócone w prostopadłej osi do wału 1 o kąt 30° przy czym elementarne moduły mieszające są symetryczne względem osi wału. Oś skrętu elementów mieszających 5 jest równoległa do płaszczyzny łopatek 3 i 4. Wał 1 wprawia w ruch obrotowy piastę 2 z przymocowanymi do niej elementarnymi modułami mieszającymi. Obrotowy układ łopatek górnej 3, dolnej 4 i skręconych elementów mieszających 5 współpracuje ze sobą tworząc korzystny rozkład zawirowań i cyrkulacji płynu. Głównym zadaniem łopatek górnej 3 i dolnej 4 jest wywołanie cyrkulacji osiowej wmieszanym wsadzie mieszalnika. Natomiast zadaniem skręconych elementów mieszających 5 jest wytworzenie strug promieniowych, które są następnie rozbijane przez łopatki 3 i 4. Obrót wału 1 z elementarnymi modułami mieszającymi powoduje jednoczesne wytworzenie osiowej cyrkulacji płynu, za co odpowiadają łopatki 3 i 4 oraz przepływu promieniowego wywołanego przez skręcone elementy mieszające 5 wywołując intensywne mieszanie, jak pokazano na fig. 4 i fig. 6.

Przykład II

Mieszadło jak w przykładzie I, z tym, że ma cztery elementarne moduły mieszające, przy czym dwa dodatkowe elementarne moduły mieszające usytuowane są nad dwoma pierwszymi elementarnymi modułami mieszającymi w jednej płaszczyźnie.

Przykład III

Mieszadło jak w przykładzie II, z tym, że dwa dodatkowe elementarne moduły mieszające usytuowane są nad dwoma pierwszymi elementarnymi modułami mieszającymi i są obrócone o kąt 90° w osi wału 1 mieszadła.

Claims (6)

1. Mechaniczne mieszadło obrotowe zawierające wał z osadzoną na nim piastą z łopatkami, znamienne tym, że ma co najmniej dwa elementarne moduły mieszające, z których każdy składa się z łopatki górnej (3), równoległej do niej łopatki dolnej (4), pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające (5) w kształcie czworokąta, trwale przymocowane do łopatki górnej (3) i łopatki dolnej (4) w co najmniej dwóch punktach, przy czym łopatka górna (3) i łopatka dolna (4) mają kształt pięciokąta rozszerzającego się w kierunku piasty (2) i są trwale przymocowane do piasty (2).

2. Mechaniczne mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że elementarne moduły mieszające są obrócone w prostopadłej osi do wału (1) o kąt wynoszący od 0-45°.

4 PL 242742 B1

3. Mechaniczne mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że oś skrętu elementów mieszających (5) jest równoległa do płaszczyzny łopatek górnej (3) i dolnej (4).

4. Mechaniczne mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 180°.

5. Mechaniczne mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 120°.

6. Mechaniczne mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 90°.