RU118878U1

RU118878U1 - STATIC MIXER

Info

Publication number: RU118878U1
Application number: RU2012111399/05U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Никулин; Леон Игнатьевич Трофимов; Валентин Иванович Аксенов; Сергей Станиславович Пецура; Сергей Вячеславович Морданов; Сергей Николаевич Сыромятников; Евгений Сергеевич Гребенев; Алексей Владимирович Бюлер
Original assignee: Валерий Александрович Никулин; Алексей Владимирович Бюлер
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-08-10

Abstract

1. Статический смеситель для смешения двух жидкостных или газовых потоков, содержащий трубчатый корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, отличающийся тем, что в суженной части установлена турбулизирующая пластина. ! 2. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что плоскость турбулизирующей пластины поворачивается на 90-180° по ходу движения вдоль нее смешиваемых потоков. ! 3. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что турбулизирующая пластина выполнена с соотношением L/h=2-5, где L - длина пластины, h - ширина ее, равная диаметру d прохода в суженном сечении. ! 4. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что заужение цилиндрического корпуса смесителя выполнено при соотношении радиуса загиба R у сужения и диаметра корпуса D, равном R/D=0,2-0,5. ! 5. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что ввод второго из смешиваемых потоков осуществляется через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока или имеющую скос с тыльной стороны. 1. A static mixer for mixing two liquid or gas streams, containing a tubular body with a constriction in the middle part, dividing it into pipes for supplying the first of the mixed streams and removing the mixture, characterized in that a turbulizing plate is installed in the narrowed part. ! 2. A static mixer according to claim 1, characterized in that the plane of the turbulizing plate is rotated 90-180 ° in the direction of movement along it of the mixed flows. ! 3. A static mixer according to claim 1, characterized in that the turbulizing plate is made with a ratio of L / h = 2-5, where L is the length of the plate, h is its width, equal to the diameter d of the passage in the narrowed section. ! 4. The static mixer according to claim 1, characterized in that the narrowing of the cylindrical mixer body is made when the ratio of the bend radius R at the constriction and the diameter of the body D equal to R / D = 0.2-0.5. ! 5. A static mixer according to claim 1, characterized in that the second of the mixed streams is introduced through a pipe cut into the wall of the branch pipe supplying the first stream, and bent along this stream or having a bevel on the rear side.

Description

Полезная модель относится к технике перемешивания технологических потоков и может быть использована в химической и пищевой отраслях промышленности, а также в других производствах, где осуществляются процессы перемешивания.The utility model relates to the technique of mixing process flows and can be used in the chemical and food industries, as well as in other industries where mixing processes are carried out.

Статические смесители для непрерывного смешивания жидкостей и газов в последнее время широко применяют в различных отраслях промышленности. Эго обусловлено рядом преимуществ статических смесителей перед традиционными смесителями, выполненными в виде емкостных аппаратов с пропеллерными или якорными перемешивающими устройствами: они значительно меньше по габаритам и по металлоемкости, не содержат движущихся элементов, более экономичны и надежны в работе.Static mixers for continuous mixing of liquids and gases have recently been widely used in various industries. This is due to a number of advantages of static mixers over traditional mixers, made in the form of capacitive devices with propeller or anchor mixing devices: they are much smaller in size and metal consumption, do not contain moving elements, are more economical and reliable in operation.

В статических смесителях для осуществления процесса смешения в проточной части размещаются смесительные элементы различной конструкции, проходя через которые поток смешиваемых сред неоднократно рассекается на отдельные струи и вихри, а затем по ходу дальнейшего движения эти струи перемешиваются друг с другом, образуя более или менее однородную смесь.In static mixers for the mixing process in the flow part mixing elements of various designs are placed, passing through which the flow of mixed media is repeatedly dissected into separate jets and vortices, and then, in the course of further movement, these jets are mixed with each other, forming a more or less homogeneous mixture.

Так, например, известен статический смеситель по патенту РФ №2237512 «Статический смеситель», МПК B01F 5/00, в котором в цилиндрическом корпусе смонтирован смесительный элемент в форме конуса с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей и с отверстиями в стенке конуса. При работе смесителя поток перемешиваемых жидкостей проходя отверстия дробится на отдельные струи, которые затем сливаются друг с другом. В результате достигается более равномерное распределение капель перемешиваемых жидкостей в объеме образующейся смеси. Недостаток этой конструкции заключается в том, что смесительный элемент занимает значительное поперечное сечение. Вследствие этого создается чрезмерное гидравлическое сопротивление аппарата.For example, the static mixer according to RF patent No. 2237512 “Static mixer”, IPC B01F 5/00, in which a mixing element in the form of a cone with a vertex directed towards the flow of mixed liquids and with holes in the cone wall is mounted, is known. When the mixer is operating, the flow of mixed liquids passing through the holes is crushed into separate jets, which then merge with each other. The result is a more uniform distribution of droplets of mixed liquids in the volume of the resulting mixture. The disadvantage of this design is that the mixing element occupies a significant cross section. As a result, excessive hydraulic resistance of the apparatus is created.

Значительно меньше сопротивление другого известного аппарата - статического смесителя по патенту США (Patent Application Publication US 2008/0038425 A1 Pub.Date: Feb. 14, 2008), в котором цилиндрический на входе и на выходе смешиваемого потока корпус в средней части один или несколько раз (с интервалом) сужается, что обуславливает поперечное движение перемешиваемых потоков, сопровождающееся образованием множества вихрей, способствующих процессу смешения и образованию однородней смеси без значительных затрат энергии на продольное движение ее. Эта конструкция по технической сущности и достигаемому положительному эффекту наиболее близка к заявляемому техническому решению и поэтому она принята нами в качестве прототипа.Significantly less resistance is another known apparatus - a static mixer according to US patent (Patent Application Publication US 2008/0038425 A1 Pub.Date: Feb. 14, 2008), in which the casing is cylindrical at the inlet and outlet of the mixed stream in the middle part one or more times (with an interval) narrows, which causes the transverse movement of the mixed flows, accompanied by the formation of many vortices that contribute to the mixing process and the formation of a homogeneous mixture without significant energy costs for its longitudinal movement. This design by technical nature and the achieved positive effect is closest to the claimed technical solution and therefore it is accepted by us as a prototype.

Недостатки известного статического смесителя по патенту США, принятого нами за прототип, заключаются в том, что создаваемое в нем поперечное движение перемешиваемой смеси недостаточно для достижения необходимого механического взаимодействия обрабатываемых сред, не обеспечивает достаточно мелкое диспергирование смешиваемых компонентов и при этом не достигается равномерное распределение их по объему получаемой смеси.The disadvantages of the known static mixer according to the US patent, which we adopted as a prototype, are that the transverse movement of the mixed mixture created in it is insufficient to achieve the necessary mechanical interaction of the processed media, it does not provide sufficiently fine dispersion of the mixed components, and their uniform distribution over the volume of the mixture.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка.The proposed technical solution is aimed at eliminating this drawback.

Поставленная цель достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем трубчатый корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, в суженной части установлена турбулизирующая пластина.This goal is achieved by the fact that in a static mixer containing a tubular body with a narrowing in the middle part, dividing it into nozzles for supplying the first of the mixed flows and discharging the mixture, a turbulence plate is installed in the narrowed part.

Кроме того, плоскость турбулизирующей пластины может быть повернут на 90-180° по ходу движения вдоль нее смешиваемых потоков.In addition, the plane of the turbulizing plate can be rotated 90-180 ° in the direction of movement of the mixed flows along it.

Кроме того, турбулизирующая пластина может быть выполнена с соотношением L/h=2-5, где L - длина пластины, h - ширина ее, равная диаметру d прохода в суженном сечении.In addition, the turbulizing plate can be made with a ratio L / h = 2-5, where L is the length of the plate, h is its width equal to the diameter d of the passage in a narrowed section.

Кроме того, сужение цилиндрического корпуса смесителя может быть выполнено при соотношении радиуса R загиба стенки у сужения и диаметра корпуса D, равном R/D=0,2-0,5.In addition, the narrowing of the cylindrical body of the mixer can be performed with a ratio of the radius R of the wall bend at the narrowing and the diameter of the body D equal to R / D = 0.2-0.5.

Кроме того, ввод второго из смешиваемых потоков может быть осуществлен через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока или имеющую скос с тыльной стороны.In addition, the introduction of the second of the mixed flows can be carried out through a pipe cut into the wall of the pipe supplying the first stream, and bent along this stream or having a bevel on the back side.

Конструкция заявляемого статистического смесителя представлена на фиг.1. Смеситель включает: 1 - цилиндрическая часть корпуса - патрубок для подвода первого из смешиваемых потоков, 2 - цилиндрическая часть корпуса - патрубок для вывода образующейся смеси, 3 - сужение корпуса, 4 - труба для подвода второго из смешиваемых потоков, 5 - турбулизирующая пластина.The design of the inventive statistical mixer is presented in figure 1. The mixer includes: 1 - the cylindrical part of the body - a pipe for supplying the first of the mixed flows, 2 - the cylindrical part of the body - a pipe for outputting the resulting mixture, 3 - the narrowing of the body, 4 - a pipe for supplying the second of the mixed flows, 5 - a turbulent plate.

Заявляемый статический смеситель работает следующим образом.The inventive static mixer operates as follows.

Один из смешиваемых жидкостных потоков направляется в патрубок для подвода первого смешиваемого потока 1, другой смешиваемый поток подается по трубопроводу 4 в патрубок 1, предпочтительно по оси этого патрубка. Двигаясь совместно потоки с увеличенной скоростью проходят сужение 3, интенсивно перемешиваются сначала за счет разделения сплошных потоков на струи, а затем - при нарушении сплошности образовавшихся струй вследствии их механического взаимодействия и в виде однородной смеси вытекают в патрубок 2. После прохождения сужения 3 перемешиваемые компоненты, расширяясь по всему сечению патрубка 2, приобретают вихревой характер течения, направленный от центральной части патрубка к стенкам. Одновременно, поток смеси при прохождении сужения посредством турбулизирующей пластины 5 закручивается вокруг центральной части смесителя. В итоге в патрубке 2 на движение смеси от центральной части его к стенкам накладываются движущие силы, обеспечивающие движение ее вокруг центральной части. Такое сложное движение обеспечивает хорошее перемешивание смеси и мелкое диспергирование перемешиваемых сред без значительных энергетических затрат. Оптимальное сочетание радиального движения одной части смеси с круговым движением другой части общего потока обеспечивается заявляемым соотношением длины и ширины турбулизирующей пластины, а также поворотом плоскости пластины по ходу движения смеси на 90-180°. Эти соотношения определяют скорости поперечного движения жидкостей и обеспечивают достаточную степень закрутки смешиваемого потока на выходе из сужения 5 и при минимальных затратах энергии обеспечивают высокую дисперсность и полноту перемешивания смеси на выходе из аппарата. Конкретные значения этих величин будут определяться физическими свойствами перемешиваемых потоков.One of the mixed fluid streams is sent to the pipe for supplying the first mixed stream 1, the other mixed stream is fed through a pipe 4 to the pipe 1, preferably along the axis of this pipe. Moving together, flows with increased speed undergo constriction 3, are intensively mixed, first, due to the separation of continuous flows into jets, and then, when the continuity of the formed jets is violated due to their mechanical interaction and in the form of a homogeneous mixture, flow into nozzle 2. After passing through the constriction 3, the mixed components expanding over the entire cross section of the pipe 2, they acquire the vortex nature of the flow, directed from the central part of the pipe to the walls. At the same time, the flow of the mixture during passage of the constriction by means of a turbulence plate 5 is twisted around the central part of the mixer. As a result, in pipe 2, the driving forces are imposed on the movement of the mixture from its central part to the walls, ensuring its movement around the central part. Such a complex movement provides good mixing of the mixture and fine dispersion of the mixed media without significant energy costs. The optimal combination of the radial movement of one part of the mixture with the circular motion of another part of the total flow is ensured by the claimed ratio of the length and width of the turbulizing plate, as well as by turning the plane of the plate along the course of the mixture by 90-180 °. These ratios determine the transverse velocity of liquids and provide a sufficient degree of swirling of the mixed flow at the exit of the restriction 5 and, with minimal energy consumption, provide high dispersion and completeness of mixing of the mixture at the outlet of the apparatus. The specific values of these quantities will be determined by the physical properties of the mixed flows.

При формировании сужения деформацию цилиндрических стенок выполняют таким образом, чтобы радиус R загиба у сужения определялся из соотношения R/D=0,5-1,2, где D - диаметр цилиндрического корпуса смесителя. При работе смесителя такая конфигурация проточной части аппарата к месту сужения потока позволяет снизить гидродинамическое сопротивление движению смешиваемого потока по аппарату.When forming a narrowing, the deformation of the cylindrical walls is performed so that the radius R of the bend at the narrowing is determined from the ratio R / D = 0.5-1.2, where D is the diameter of the cylindrical body of the mixer. When the mixer is operating, such a configuration of the flow part of the apparatus to the place of narrowing of the flow allows to reduce the hydrodynamic resistance to the movement of the mixed flow through the apparatus.

Ввод второго из смешиваемых потоков может быть осуществлен через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока. Такая конструкция ввода, создавая подсасывающий эффект способствует движению второго потока, уменьшает гидравлическое сопротивление смесителя и увеличивает эффективность процесса смешения. По эффективности вторая конструкция ввода второго из смешиваемых потоков, представленная на фиг.2, аналогична по механизму воздействия на процесс смешения в заявляемом смесителе.The input of the second of the mixed flows can be carried out through a pipe cut into the wall of the pipe supplying the first stream and bent along this stream. This design of the input, creating a suction effect promotes the movement of the second stream, reduces the hydraulic resistance of the mixer and increases the efficiency of the mixing process. In terms of efficiency, the second design of the input of the second of the mixed flows, presented in figure 2, is similar in mechanism of impact on the mixing process in the inventive mixer.

Заявляемый статический смеситель отвечает всем критериям патентоспособности. Техническое решение является новым, так как из уровня техники не известны смесители с такими же совокупностями существенных отличительных признаков. Предпринятые сопоставительные исследования на модели аппарата показали, что заявляемый аппарат обеспечивает более эффективное перемешивание при меньших затратах энергии по сравнению с известными аппаратами. Это свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критериям «новизна» и «существенные отличия».The inventive static mixer meets all the criteria of patentability. The technical solution is new, because the prior art mixers with the same sets of essential distinguishing features are not known. Comparative studies undertaken on the model of the apparatus showed that the inventive apparatus provides more efficient mixing at lower energy costs compared with the known apparatus. This indicates the compliance of the proposed technical solution with the criteria of "novelty" and "significant differences".

Claims

1. A static mixer for mixing two liquid or gas flows, comprising a tubular body with a narrowing in the middle part, dividing it into nozzles for supplying the first of the mixed flows and discharging the mixture, characterized in that a turbulizing plate is installed in the narrowed part.

2. The static mixer according to claim 1, characterized in that the plane of the turbulizing plate rotates 90-180 ° in the direction of movement of the mixed flows along it.

3. The static mixer according to claim 1, characterized in that the turbulizing plate is made with a ratio L / h = 2-5, where L is the length of the plate, h is its width equal to the diameter d of the passage in a narrowed section.

4. The static mixer according to claim 1, characterized in that the narrowing of the cylindrical body of the mixer is made with a ratio of the bending radius R at the narrowing and the diameter of the body D equal to R / D = 0.2-0.5.

5. The static mixer according to claim 1, characterized in that the input of the second of the mixed flows is carried out through a pipe cut into the wall of the pipe supplying the first stream and bent along the flow or having a bevel on the back side.