RU155460U1

RU155460U1 - MECHANICAL MIXER WITH MOBILE GRAIN LAYER

Info

Publication number: RU155460U1
Application number: RU2014154518/05U
Authority: RU
Inventors: Пётр Сергеевич Васильев; Александр Борисович Голованчиков; Леонид Саввич Рева; Валерий Викторович Савин; Николай Анатольевич Меренцов; Андрей Николаевич Сентебов
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-10-10

Abstract

Механический смеситель с подвижным зернистым слоем содержит вертикальный цилиндрический корпус с выпуклым днищем, с установленными в нем от 2 до 6 отражающих перегородок и с расположенными внутри закрепленными на валу привода быстроходными мешалками, отличающийся тем, что внутри корпуса расположен зернистый слой, состоящий из полидисперсных частиц, имеющих плотность, определяемую отношением,где ρ- плотность частиц зернистого слоя, кг/м,ρ - плотность перемешиваемой среды, кг/м.A mechanical mixer with a moving granular layer contains a vertical cylindrical body with a convex bottom, with 2 to 6 reflecting baffles installed in it and with high-speed mixers located inside the drive shaft mounted on the drive shaft, characterized in that a granular layer consisting of polydisperse particles is located inside the housing, having a density determined by the relation, where ρ is the density of the particles of the granular layer, kg / m, ρ is the density of the mixed medium, kg / m.

Description

Предлагаемая конструкция относится к устройствам для механического перемешивания жидкостей и растворов, эмульсий и суспензий, и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой, и других отраслях промышленности.The proposed design relates to devices for the mechanical mixing of liquids and solutions, emulsions and suspensions, and can be used in chemical, petrochemical, food, and other industries.

Известна конструкция мешалки, содержащая ротор, оснащенный спицами и лопастями разного диаметра, на концах которых закреплены конфузоры, большим сечением обращенные в сторону вращения ротора. Внутри каждого конфузора смонтированы турбулизаторы для создания эффекта кавитации жидкости, имеющие гиперболическую форму, выпуклая часть которых обращена в сторону вращения ротора. Внутри каждого турбулизатора расположено щелевое пространство для протекания жидкой среды между стенкой конфузора и ветвью турбулизатора (патент РФ №2277964, МПК B01F 7/16, 20.06.2006 г.).A known design of the mixer, containing a rotor, equipped with spokes and blades of different diameters, at the ends of which there are fixed confusers, with a large cross section facing the direction of rotation of the rotor. Inside each confuser, turbulators are mounted to create the effect of cavitation of the liquid, having a hyperbolic shape, the convex part of which is turned in the direction of rotation of the rotor. Inside each turbulator there is a slit space for fluid to flow between the wall of the confuser and the branch of the turbulator (RF patent No. 2277964, IPC B01F 7/16, 06/20/2006).

Недостатком данной конструкции мешалки является то, что при очень интенсивном тангенциальном (окружном) течении она создает незначительные радиальные и осевые потоки перемешиваемой жидкости. Это обстоятельство сказывается на увеличении времени перемешивания, что, в свою очередь, приводит к снижению интенсивности и эффективности перемешивания. Кроме того, создаваемый кавитационный эффект, вызывающий самопроизвольное вскипание небольших объемов перемешиваемой жидкости, может оказывать негативное влияние на протекающие химических реакции в процессе перемешивания внутри химических реакторах.The disadvantage of this design of the mixer is that with a very intense tangential (circumferential) flow, it creates insignificant radial and axial flows of the mixed fluid. This circumstance affects the increase in mixing time, which, in turn, leads to a decrease in the intensity and efficiency of mixing. In addition, the created cavitation effect, causing spontaneous boiling of small volumes of the mixed liquid, can have a negative effect on the ongoing chemical reactions during mixing inside chemical reactors.

Известна конструкция мешалки, имеющая вертикальный цилиндрический корпус и привод с возможностью передачи вращения на центральный вал, на котором вверху прикреплены наклоненные к вертикали лопасти, окруженные ориентированным соосно валу неподвижным кольцом, а внизу установлены вертикальные лопатки. При этом отношение высоты неподвижного кольца к ее диаметру равно 0,25÷0,30, а лопатки имеют отношение ширины к высоте 0,2÷0,4 (патент РФ №2492920, МПК B01F 7/18, 20.09.2013 г.).A known mixer design having a vertical cylindrical body and a drive with the possibility of transmitting rotation to a central shaft, on which blades inclined to the vertical are mounted at the top, surrounded by a stationary ring oriented coaxially to the shaft, and vertical blades are installed at the bottom. The ratio of the height of the fixed ring to its diameter is 0.25 ÷ 0.30, and the blades have a ratio of width to height of 0.2 ÷ 0.4 (RF patent No. 2492920, IPC B01F 7/18, 09/20/2013) .

Недостатком данной конструкции мешалки является то, что при интенсивном осевом течении она создает незначительные радиальные и тангенциальные (окружные) потоки перемешиваемой жидкости. Это обстоятельство, обусловленное тем, что верхняя и нижняя мешалки разнесены друг от друга на значительное расстояние, сказывается на увеличении времени перемешивания, что, в свою очередь, приводит к снижению интенсивности и эффективности перемешивания.The disadvantage of this design of the mixer is that with intense axial flow it creates insignificant radial and tangential (circumferential) flows of the mixed fluid. This fact, due to the fact that the upper and lower mixers are spaced apart from each other at a considerable distance, affects the increase in mixing time, which, in turn, leads to a decrease in the intensity and efficiency of mixing.

Известна конструкция смесителя, содержащего корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом При этом на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, причем ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка ведомой полумуфты к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляет L/l=1,05÷1,10, где L и l - соответственно длина малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты (патент РФ №119640, МПК B01F 7/16, 27.08.2012 г.).A known mixer design comprising a housing, a central high-speed mixer mounted on the drive shaft, a slow-moving mixer equipped with a torus made in the form of a torus, rigidly fixed in its upper part and mounted coaxially to the housing, and a fluid coupling with a driven coupling half made in the form of a pipe, which is fixed on the blades of a low-speed mixer and mounted axisymmetrically with the shaft. In this case, the leading coupling half is rigidly fixed to the shaft, the driving coupling coupling and the hole in the nozzle are oval, and the ratio for the small axis of the oval in the hole of the branch pipe of the driven half coupling to the length of the major axis of the oval of the leading coupling half is L / l = 1.05 ÷ 1.10, where L and l are the length of the small axis of the oval in the hole of the pipe and the major axis of the oval of the leading coupling half (patent RF №119640, IPC B01F 7/16, 08/27/2012).

Недостатком данной конструкции смесителя является пренебрежимо малая величина пульсации скорости вращения тихоходной мешалки из-за того, что площадь поверхности ведущей полумуфты, соприкасающейся с прилегающими к ней элементарными слоями перемешиваемой жидкости через которые происходит передача крутящего момента от вала быстроходной мешалки, в несколько раз меньше площади поверхности лопастей тихоходной мешалки, на которую натекает перемешиваемая жидкость. Величина крутящего момента пропорциональна площади контакта мешалки с перемешиваемой жидкостью. Таким образом перемешиваемая жидкость, раскрученная быстроходной мешалкой с конечной скоростью, увлекает за собой тихоходную мешалку с этой же постоянной конечной скоростью, величина которой не дает проявиться скоростным пульсациям тихоходной мешалки. Это обстоятельство, в свою очередь, сказывается на уменьшении интенсивности и эффективности перемешивания.The disadvantage of this mixer design is the negligible pulsation of the rotational speed of the low-speed mixer due to the fact that the surface area of the driving coupling half in contact with the elementary layers of the mixed fluid adjacent to it through which torque is transmitted from the shaft of the high-speed mixer is several times smaller than the surface area blades of a slow-moving mixer, onto which the mixed fluid flows. The magnitude of the torque is proportional to the contact area of the mixer with the mixed fluid. Thus, the stirred liquid, spun by a high-speed mixer with a finite speed, carries along a low-speed mixer with the same constant final speed, the value of which does not allow the manifestation of high-speed pulsations of a low-speed mixer. This circumstance, in turn, affects the decrease in the intensity and efficiency of mixing.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является аппарат для механического перемешивания жидкостей, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с плоским или выпуклым днищем, несколько отражающих перегородок и одну или несколько быстроходных мешалок, закрепленных на валу привода, и имеющих центральное, косое, эксцентричное или боковое расположение относительно оси аппарата (Ф. Стренк Перемешивание и аппараты с мешалками. - Л.: Химия, 1975. - стр. 45-47).The closest technical solution adopted for the prototype is an apparatus for mechanical mixing of liquids, containing a vertical cylindrical body with a flat or convex bottom, several reflecting partitions and one or more high-speed mixers mounted on the drive shaft, and having a central, oblique, eccentric or side location relative to the axis of the apparatus (F. Strenk Mixing and apparatus with mixers. - L .: Chemistry, 1975. - pp. 45-47).

Недостатком такого аппарата является снижение степени перемешивания друг с другом элементарных слоев жидкости по мере удаления объема, в котором они находятся, в направлении от мешалки к стенке корпуса аппарата или его днищу. Подобный негативный эффект обусловлен тем, что перемешивание происходит, в основном, за счет турбулентных вихрей, возникающих на кромках мешалки и срывающихся с них, и проявляется всегда, независимо от того, какой тип быстроходной мешалки будет установлен в аппарате на валу привода, независимо от числа мешалок в выбранном аппарате и числа отражающих перегородок в нем. В свою очередь, снижение степени перемешивания элементарных слоев жидкости приводит к уменьшению интенсивности и эффективности перемешивания в целом.The disadvantage of this apparatus is the decrease in the degree of mixing with each other of the elementary layers of liquid as the volume in which they are located is removed, in the direction from the mixer to the wall of the apparatus body or its bottom. Such a negative effect is due to the fact that mixing occurs mainly due to turbulent vortices arising at the edges of the mixer and breaking off from them, and always manifests itself, regardless of what type of high-speed mixer will be installed in the apparatus on the drive shaft, regardless of the number mixers in the selected apparatus and the number of reflective partitions in it. In turn, a decrease in the degree of mixing of the elementary layers of the liquid leads to a decrease in the intensity and efficiency of mixing as a whole.

Задача, на которую направлено данное техническое решение - разработка эффективного механического смесителя.The task this technical solution is aimed at is the development of an effective mechanical mixer.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение интенсивности и эффективности процесса перемешивания.The technical result of the proposed design is to increase the intensity and efficiency of the mixing process.

Технический результат достигается тем, что механический смеситель с подвижным зернистым слоем, содержит вертикальный цилиндрический корпус с выпуклым днищем, с установленными в нем от 2 до 6 отражающих перегородок и с расположенными внутри закрепленными на валу привода быстроходными мешалками, при этом внутри корпуса расположен зернистый слой, состоящий из полидисперсных частиц, имеющих плотность, определяемую отношениемThe technical result is achieved by the fact that the mechanical mixer with a moving granular layer contains a vertical cylindrical body with a convex bottom, with 2 to 6 reflecting partitions installed in it and with high-speed mixers located inside the drive shaft mounted inside it, while a granular layer is located inside the case, consisting of polydisperse particles having a density determined by the ratio

где ρ_ч - плотность частиц зернистого слоя, кг/м³,where ρ _h - the density of the particles of the granular layer, kg / m ³ ,

ρ - плотность перемешиваемой среды, кг/м³.ρ is the density of the mixed medium, kg / m ³ .

Использование в предлагаемой конструкции зернистого слоя, состоящего из полидисперсных по размеру и плотности частиц, определяемую отношением (1), позволяет создать внутри смесителя такую гидродинамическую обстановку, при которой в тангенциальном (окружном), радиальном и осевом потоках перемешиваемой жидкости (независимо от их наличия, соотношения и интенсивности, а также от числа и типа быстроходных мешалок и количества отражающих перегородок) возникают турбулентные микровихри по всему объему аппарата, а не только вблизи кромок мешалки, что приводит к более быстрому и качественному перемешиванию элементарных слоев жидкости на микроуровне и, соответственно, увеличивает интенсивность и эффективность процесса перемешивания в целом. Возникновение подобных микровихрей обусловлено тем, что потоки перемешиваемой жидкости при любой траектории их движения внутри аппарата, увлекая за собой частицы зернистого слоя, будут либо отставать (если плотность частиц меньше The use in the proposed design of a granular layer consisting of particles that are polydisperse in size and density, determined by relation (1), allows creating such a hydrodynamic situation inside the mixer in which in the tangential (circumferential), radial and axial flows of the mixed fluid (regardless of their presence, ratio and intensity, as well as on the number and type of high-speed mixers and the number of reflecting partitions) turbulent microvortices arise throughout the entire volume of the apparatus, and not only near the edges and that results in more rapid mixing and quality of elementary layers of liquid at the micro level, and accordingly, increasing the intensity and efficiency of the mixing process in general. The occurrence of such microvortices is due to the fact that the flows of the mixed fluid during any trajectory of their movement inside the apparatus, entraining the particles of the granular layer, will either lag (if the particle density is less

плотности перемешиваемой среды), либо опережать (если плотность частиц больше плотности перемешиваемой среды) отдельные частицы, что приведет к возникновению локальных микропотоков, направленных в различные стороны от каждой частицы зернистого слоя. Так как частицы зернистого слоя имеют полидисперсный размер, то скорость и величина локальных микрообъемов возмущения этих микропотоков будут различными, их распределение и время существования - случайными. В месте наложения друг на друга двух или более сонаправленных или различно направленных микропотоков будут образовываться микровихри, которые способствуют разрыву и дальнейшему проникновению друг в друга близлежащих элементарных слоев жидкости.density of the mixed medium), or ahead (if the density of the particles is greater than the density of the mixed medium) individual particles, which will lead to the emergence of local microflows directed in different directions from each particle of the granular layer. Since the particles of the granular layer have a polydisperse size, the speed and magnitude of the local microvolumes of the perturbations of these microflows will be different, their distribution and the lifetime will be random. At the place of overlapping of two or more codirectional or differently directed microflows, microvortices will form, which contribute to the rupture and further penetration of neighboring elementary layers of liquid into each other.

Плотность частиц зернистого слоя должна определяться отношением (1), так как это обеспечивает равномерное распределение частиц зернистого слоя в процессе перемешивания по всему объему аппарата.The density of the particles of the granular layer should be determined by the relation (1), since this ensures a uniform distribution of particles of the granular layer during mixing throughout the apparatus.

Уменьшение отношения плотности частиц зернистого слоя и плотности перемешиваемой среды ниже заявленного предела, равного 0,8, приведет к увеличению плавучести частиц, их массовому скоплению в верхней части объема смесителя вблизи свободной поверхности перемешиваемой жидкости. Это обстоятельство приведет к тому, что образование турбулентных микровихрей будет происходить, в основном, в верхней части аппарата, что, в свою очередь приведет к уменьшению интенсивности и эффективности процесса перемешивания в целом.A decrease in the ratio of the density of the particles of the granular layer and the density of the mixed medium below the declared limit of 0.8 will increase the buoyancy of the particles, their mass accumulation in the upper part of the volume of the mixer near the free surface of the mixed liquid. This circumstance will lead to the fact that the formation of turbulent microvortices will occur mainly in the upper part of the apparatus, which in turn will lead to a decrease in the intensity and efficiency of the mixing process as a whole.

Увеличение отношения плотности частиц зернистого слоя и плотности перемешиваемой среды выше заявленного предела, равного 1,2, приведет к уменьшению плавучести частиц, их массовому скоплению в нижней части объема смесителя вблизи днища. Это обстоятельство приведет к тому, что образование турбулентных микровихрей будет происходить, в основном, в нижней части аппарата, что, в свою очередь приведет к уменьшению интенсивности и эффективности процесса перемешивания в целом.An increase in the ratio of the density of the particles of the granular layer and the density of the mixed medium above the declared limit of 1.2 will lead to a decrease in the buoyancy of the particles, their mass accumulation in the lower part of the volume of the mixer near the bottom. This circumstance will lead to the fact that the formation of turbulent microvortices will occur mainly in the lower part of the apparatus, which, in turn, will lead to a decrease in the intensity and efficiency of the mixing process as a whole.

Зернистый слой, загружаемый в механический смеситель, может состоять из материала различной природы, в качестве которого могут использоваться стеклянные или керамические шарики, песок, пластиковые гранулы и т.п. При этом необходимо только, чтобы этот материал был химически неактивным (инертным) по отношению к перемешиваемой среде.The granular layer loaded into the mechanical mixer may consist of a material of various nature, which can be used glass or ceramic balls, sand, plastic granules, etc. Moreover, it is only necessary that this material is chemically inactive (inert) with respect to the mixed medium.

Количество зернистого материала, загружаемого в механический смеситель, может быть различным и зависит от вязкости (маловязкая, средней вязкости, высоковязкая) и типа (ньютоновская, неньютоновская) перемешиваемой среды, а также от наличия застойных зон в аппарате, которые образуются при наличии внутри корпуса смесителя большого числа отражающих перегородок.The amount of granular material loaded into the mechanical mixer can be different and depends on the viscosity (low viscosity, medium viscosity, high viscosity) and the type (Newtonian, non-Newtonian) of the medium being mixed, as well as on the presence of stagnant zones in the apparatus that are formed when the mixer is inside the body a large number of reflective partitions.

В свою очередь, отсутствие отражающих перегородок, особенно в больших аппаратах с центральным расположением вала привода, приводит к завихрению жидкости в аппарате и образованию воронки, что способствует развитию сильного тангенциального (окружного) течения при очень слабых радиальных и осевых потоков перемешиваемой жидкости и приведет к снижению интенсивности и эффективности перемешивания. Поэтому, чем больше габариты механического смесителя с центральным расположением вала привода, тем большего размера будет образовываться воронка в нем, и, соответственно, большее число отражающих перегородок необходимо устанавливать внутри корпуса аппарата для ее устранения. Однако максимальное число отражающих перегородок не должно превышать шести, так как дальнейшее увеличение приводит к образованию слишком большого объема застойных зон по отношению к общему объему перемешиваемой жидкости, что, в свою очередь, приводит к резкому снижению интенсивности и эффективности перемешивания.In turn, the absence of reflective baffles, especially in large devices with a central location of the drive shaft, leads to fluid swirling and the formation of a funnel, which contributes to the development of a strong tangential (circumferential) flow with very weak radial and axial flows of the mixed fluid and will lead to a decrease intensity and effectiveness of mixing. Therefore, the larger the dimensions of the mechanical mixer with the central location of the drive shaft, the larger the funnel will form in it, and, accordingly, the greater the number of reflective partitions must be installed inside the device to eliminate it. However, the maximum number of reflective partitions should not exceed six, since a further increase leads to the formation of too large a volume of stagnant zones in relation to the total volume of the mixed liquid, which, in turn, leads to a sharp decrease in the intensity and efficiency of mixing.

В аппаратах небольших габаритов с центральным расположением вала привода соответственно образуется и небольшая воронка, которая не оказывает существенного влияния на интенсивность и эффективность перемешивания, что, в свою очередь, позволяет снизить число отражающих перегородок до минимума, т.е. до двух. (В отдельных частных случаях в конструкциях механического смесителя небольших габаритов вовсе можно отказаться от использования отражающих перегородок.)In devices of small dimensions with a central location of the drive shaft, a small funnel is also formed, which does not significantly affect the intensity and efficiency of mixing, which, in turn, allows to reduce the number of reflective partitions to a minimum, i.e. to two. (In some particular cases in the designs of a mechanical mixer of small dimensions, one can completely refuse to use reflective partitions.)

Также снизить число отражающих перегородок до минимума в конструкции механического смесителя возможно, если вал привода в аппарате будет занимать не центральное, а косое, эксцентричное или боковое расположение относительно оси аппарата, так как при таких вариантах расположения вала привода тангенциальное (окружное) течение становится менее интенсивным, что снижает склонность жидкости к завихрению и, соответственно, практически исключает возможность образования воронки.It is also possible to reduce the number of reflective baffles to a minimum in the design of the mechanical mixer if the drive shaft in the apparatus occupies not a central, but oblique, eccentric or lateral arrangement relative to the axis of the apparatus, since with such variants of the arrangement of the drive shaft the tangential (circumferential) flow becomes less intense , which reduces the tendency of the fluid to swirl and, accordingly, virtually eliminates the possibility of a funnel.

Количество быстроходных мешалок, закрепленных на валу привода зависит от соотношения диаметра цилиндрического корпуса аппарата и высоты жидкости в нем, и выбирается из расчета одной мешалки, приходящейся на высоту жидкости, равную диаметру корпуса аппарата. Например, если высота жидкости в аппарате в два раза превышает диаметр цилиндрического корпуса, то на валу привода необходимо установить две быстроходные мешалки. Однако при этом число быстроходных мешалок чаще всего не превышает трех, так как дальнейшее увеличение приводит к тому, что длина цилиндрического корпуса механического смесителя будет в три и более раз превышать его диаметр. Это обстоятельство будет способствовать увеличению интенсивности осевых потоков и уменьшению интенсивности тангенциальных (окружных) и радиальных потоков перемешиваемой жидкости, что приведет к снижению интенсивности и эффективности перемешивания.The number of high-speed mixers mounted on the drive shaft depends on the ratio of the diameter of the cylindrical body of the apparatus and the height of the liquid in it, and is selected based on one mixer per liquid height equal to the diameter of the apparatus. For example, if the height of the liquid in the apparatus is two times the diameter of the cylindrical body, then two high-speed mixers must be installed on the drive shaft. However, the number of high-speed mixers most often does not exceed three, since a further increase leads to the fact that the length of the cylindrical body of the mechanical mixer will be three or more times its diameter. This circumstance will contribute to an increase in the intensity of axial flows and a decrease in the intensity of the tangential (circumferential) and radial flows of the mixed fluid, which will lead to a decrease in the intensity and efficiency of mixing.

Таким образом, конструкция механического смесителя с подвижным зернистым слоем может быть вариативной, зависящей от свойств перемешиваемой среды и материала зернистого слоя, требуемой производительности аппарата, его габаритов, режимов его работы, типа быстроходных мешалок и их количества.Thus, the design of a mechanical mixer with a moving granular layer can be varied, depending on the properties of the mixed medium and the material of the granular layer, the required productivity of the apparatus, its dimensions, its operating modes, type of high-speed mixers and their number.

На фиг. 1 показан общий вид механического смесителя с подвижным зернистым слоем. На фиг. 2 показан разрез смесителя по А-А.In FIG. 1 shows a general view of a mechanical mixer with a moving granular layer. In FIG. 2 shows a section through the mixer along AA.

Механический смеситель с подвижным зернистым слоем состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с выпуклым днищем 2, отражающих перегородок 3 и быстроходных мешалок 4 с восемью прямыми лопатками, закрепленных на центральном валу 5 привода (условно не показан). Внутри корпуса 1 расположен зернистый слой, состоящий из полидисперсных по размеру и плотности частиц 6, имеющих плотность, определяемую отношением (1).A mechanical mixer with a moving granular layer consists of a vertical cylindrical body 1 with a convex bottom 2, reflecting partitions 3 and high-speed mixers 4 with eight straight vanes mounted on the central shaft 5 of the drive (not shown conditionally). Inside the housing 1 there is a granular layer consisting of polydisperse in size and density of particles 6 having a density determined by relation (1).

Механический смеситель с подвижным зернистым слоем работает следующим образом. В цилиндрический корпус 1 с выпуклым днищем 2, загружается перемешиваемая среда и некоторый объем зернистого материала, состоящего из полидисперсных по размеру и плотности частиц 6, плотность которых определяется отношением (1). Быстроходные мешалки 4, закрепленные на центральном валу 5 привода приводятся во вращение, создавая внутри объема перемешиваемой жидкости тангенциальный (окружной), радиальный, осевой потоки или их комбинации в различных вариантах. Наличие отражающих перегородок 3 препятствует образованию воронки, а также разделяет основные потоки на несколько в зависимости от числа перегородок. Частицы 6 зернистого материала, двигаются вместе с создаваемыми мешалками 4 потоками перемешиваемой жидкости, при этом более плотные частицы отстают, а менее плотные - опережают основные потоки, создавая за счет этого вокруг себя локальные микровихри, которые на микроуровне обеспечивают разрывы близлежащих элементарных слоев жидкости и их взаимное смешение друг с другом, позволяя за достаточно короткое время достигнуть необходимой степени перемешивания. А за счет того, что плотность частиц зернистого материала определяется отношением (1), образование таких микровихрей осуществляется по всему объему аппарата, обеспечивая тем самым за достаточно короткое время необходимую степень перемешивания по всему объему смесителя.Mechanical mixer with a moving granular layer works as follows. In a cylindrical body 1 with a convex bottom 2, a mixed medium and a certain volume of granular material consisting of polydisperse in size and density of particles 6, the density of which is determined by relation (1), are loaded. High-speed mixers 4, mounted on the central shaft 5 of the drive are rotated, creating tangential (circumferential), radial, axial flows, or combinations thereof in various versions inside the volume of the mixed fluid. The presence of reflective partitions 3 prevents the formation of a funnel, and also divides the main flows into several depending on the number of partitions. Particles 6 of granular material move together with the flows of stirred liquid created by the mixers 4, while the denser particles lag behind and the less dense particles outrun the main flows, creating local microvortices around them, which at the micro level provide breaks in the nearby elementary layers of the liquid and their mutual mixing with each other, allowing for a sufficiently short time to achieve the necessary degree of mixing. And due to the fact that the particle density of the granular material is determined by relation (1), the formation of such microvortices is carried out over the entire volume of the apparatus, thereby providing for a sufficiently short time the required degree of mixing throughout the volume of the mixer.

Пример. Необходимо получить устойчивую эмульсию, состоящую из воды, плотность которой при 20°С равна ρ₁=998 кг/м³, и подсолнечного масла, плотность которого при 20°С равна ρ₂=924 кг/м³. Перемешивание проводилось в цилиндрическом емкостном аппарате с выпуклым днищем, имеющем объем 2 литра, содержащем 2 отражающие перегородки. Скорость вращения быстроходной трехлопастной мешалки была равна 3 об/с. Коэффициент заполнения аппарата жидкостью равен 0,8. Объем загружаемых в аппарат твердых частиц зернистого материала составлял 0,1 от общего объема аппарата. Размер используемых в опытах частиц не контролировался. Плотность перемешиваемой жидкости в каждом опыте регулировалась при помощи изменения соотношения количества воды и подсолнечного масла. Время перемешивания в каждом опыте составляло 5 минут. Интенсивность и эффективность перемешивания оценивались по времени расслоения полученных эмульсий.Example. It is necessary to obtain a stable emulsion consisting of water, the density of which at 20 ° C is ρ ₁ = 998 kg / m ³ , and sunflower oil, whose density at 20 ° C is ρ ₂ = 924 kg / m ³ . Mixing was carried out in a cylindrical tank with a convex bottom, having a volume of 2 liters, containing 2 reflective partitions. The rotation speed of the high-speed three-blade mixer was 3 r / s. The fill factor of the apparatus with liquid is 0.8. The volume of solid particles of granular material loaded into the apparatus was 0.1 of the total volume of the apparatus. The size of the particles used in the experiments was not controlled. The density of the mixed liquid in each experiment was regulated by changing the ratio of the amount of water to sunflower oil. The mixing time in each experiment was 5 minutes. The intensity and effectiveness of mixing was estimated by the time of separation of the resulting emulsions.

Данные опытов приведены в таблице.The experimental data are given in the table.

Деревянные частицы, используемые в опытах предварительно покрывались лаком для исключения их пропитки перемешиваемой жидкостью, которая привела бы к изменению плотности этих частиц.The wooden particles used in the experiments were pre-coated with varnish to prevent their impregnation with a stirred liquid, which would lead to a change in the density of these particles.

При использовании зернистого слоя, состоящего из смеси двух различных материалов (при этом состав полученного зернистого слоя специально не контролировался) наблюдается наибольшее увеличение интенсивности и эффективности перемешивания, о чем свидетельствует максимальное время устойчивости полученных эмульсий.When using a granular layer consisting of a mixture of two different materials (the composition of the obtained granular layer was not specially controlled), the greatest increase in the intensity and efficiency of mixing is observed, as evidenced by the maximum stability time of the emulsions obtained.

Таким образом, предлагаемая конструкция механического смесителя с подвижным зернистым слоем позволяет увеличить интенсивность и эффективность процесса перемешивания.Thus, the proposed design of a mechanical mixer with a moving granular layer allows to increase the intensity and efficiency of the mixing process.

Claims

A mechanical mixer with a moving granular layer contains a vertical cylindrical body with a convex bottom, with 2 to 6 reflecting baffles installed in it and with high-speed mixers located inside the drive shaft mounted on the drive shaft, characterized in that a granular layer consisting of polydisperse particles is located inside the housing, having a density determined by the ratio

\frac{ρ_{h}}{ρ} = (0.8 \div 1,2)

,

where ρ _h - the density of the particles of the granular layer, kg / m ³ ,

ρ is the density of the mixed medium, kg / m ³ .