RU2029612C1

RU2029612C1 - Vibrating mixer

Info

Publication number: RU2029612C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Ковальчук; В.Д. Лакиза; В.И. Осипов; А.П. Собко; М.Н. Сыровец
Original assignee: Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: mixing of liquid phases and suspensions. SUBSTANCE: mixer has housing with unions to let liquid medium pass in and out. Fitted inside housing is rod with spring-loaded inertia mixing members connected with vibrator, and pulse gas feeder connected by suction side to gas space of housing and by delivery side, to liquid space of housing near bottom. Secured on lower end of rod is horizontal circular plate creating dynamic pressure in liquid. Gas delivered in pulsed mode from upper part of housing into its lower part interacts with liquid forming non-linear gas-liquid system tuned for maximum intensity of pulsation. Mechanical oscillatory system formed by spring-loaded inertia members is tuned also to resonance with vibrator frequency. Simultaneous resonance oscillations of mechanical and gas-liquid systems take place in mixer providing high intensity of mass exchange process at mixing. EFFECT: enhanced intensity of mixing. 2 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационным устройствам для смешения жидких фаз и суспензий, в частности для смешения высоковязких и взаимно нерастворимых жидкостей, и может быть использовано в химической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to vibration devices for mixing liquid phases and suspensions, in particular for mixing highly viscous and mutually insoluble liquids, and can be used in chemical, medical, food and other industries.

Известен вибрационный смеситель, содержащий вибратор с вертикальным штоком и вертикальный корпус со штуцерами входа и выхода обрабатываемой среды, внутри которого установлены закрепленные на штоке перемешивающие элементы, выполненные в виде цилиндров с сетчатыми днищами, заполненных шарами. При этом цилиндры заполнены шарами на 10-35% своего объема и разделены вертикальными перегородками на секции для равномерного распределения шаров по площади днища цилиндров [1]. Known vibration mixer containing a vibrator with a vertical rod and a vertical body with fittings of the input and output of the processed medium, inside of which are mounted mixing elements mounted on the rod, made in the form of cylinders with mesh bottoms filled with balls. In this case, the cylinders are filled with balls for 10-35% of their volume and are divided by vertical partitions into sections for uniform distribution of balls over the cylinder bottom area [1].

Недостатками известного устройства являются низкая эффективность процесса перемешивания особенно высоковязких жидкостей, большие энергозатраты, а также низкая надежность работы. The disadvantages of the known device are the low efficiency of the mixing process of especially high-viscosity liquids, high energy consumption, and low reliability.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вибрационный смеситель [2]. Closest to the invention in technical essence is a vibration mixer [2].

Данный смеситель содержит корпус со штуцерами входа и выхода жидкой среды, внутри которого размещен центральный вертикальный шток с подпружиненными инерционными перемешивающими элементами, соединенный с вибратором, и дополнительный элемент для возбуждения колебаний газожидкостной системы, включающий штоки, работающие в противофазе центральному штоку и размещенные в верхней части корпуса, на которых закреплен диск с подпружиненными инерционными элементами. This mixer contains a housing with fittings for the inlet and outlet of a liquid medium, inside of which there is a central vertical rod with spring-loaded inertial mixing elements connected to a vibrator, and an additional element for exciting vibrations of the gas-liquid system, including rods operating in antiphase to the central rod and located in the upper part cases on which a disk with spring-loaded inertial elements is fixed.

В описанном устройстве полость аппарата не герметизирована, что не обеспечивает надежную работу смесителя. In the described device, the cavity of the apparatus is not sealed, which does not ensure reliable operation of the mixer.

Технический эффект, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности работы вибрационного смесителя и расширении возможности его использования. The technical effect achieved by the invention is to increase the reliability of the vibration mixer and to expand the possibility of its use.

Указанный эффект достигается за счет того, что в вибрационном смесителе, содержащем корпус со штуцерами входа и выхода жидкой среды, внутри которого размещен вертикальный шток с подпружиненными инерционными перемешивающими элементами, соединенный с вибратором, и элемент для возбуждения колебаний газожидкостной системы, последний выполнен в виде импульсного газового дозатора, подключенного своей всасывающей стороной к верхней части корпуса, а нагнетательной стороной - к нижней части корпуса вблизи днища, при этом на нижнем конце штока закреплена горизонтальная кольцевая пластина. This effect is achieved due to the fact that in a vibration mixer containing a housing with fittings for the inlet and outlet of a liquid medium, inside which there is a vertical rod with spring-loaded inertial mixing elements connected to a vibrator and an element for exciting vibrations of a gas-liquid system, the latter is made in the form of a pulse gas dispenser connected by its suction side to the upper part of the housing, and the discharge side to the lower part of the housing near the bottom, while at the lower end of the rod fixed horizontal annular plate.

При исходном заполнении смесителя жидкостью на 80-90% объема всасывающая сторона импульсного дозатора остается связанной с газовой частью корпуса, что позволяет осуществлять импульсный ввод порции газа в жидкость, сохраняя герметичность аппарата. При наличии в жидкости достаточно интенсивных волн давления импульсное введение в нее дозы газа приводит к их взаимодействию и возбуждению в корпусе режима резонансных колебаний нелинейной газожидкостной колебательной системы, обеспечивающего высокую эффективность процесса перемешивания. Создание в жидкости интенсивных волн давления происходит за счет колебаний закрепленной на штоке кольцевой пластины, имеющей большую поверхность взаимодействия с жидкостью. Наличие в кольцевой пластине центрального отверстия способствует также лучшей циркуляции турбулентных потоков жидкости по объему корпуса. When the mixer is initially filled with liquid at 80-90% of the volume, the suction side of the pulsed dispenser remains connected to the gas part of the housing, which allows pulsed input of a portion of gas into the liquid, while maintaining the integrity of the apparatus. In the presence of sufficiently intense pressure waves in the liquid, the pulsed introduction of a dose of gas into it leads to their interaction and excitation in the case of the resonance mode of a nonlinear gas-liquid oscillatory system, which ensures high efficiency of the mixing process. The creation of intense pressure waves in a liquid is due to the oscillations of an annular plate fixed to the rod, which has a large interaction surface with the liquid. The presence of a central hole in the annular plate also contributes to better circulation of turbulent fluid flows throughout the body.

На фиг.1 схематично изображен смеситель; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1. 1 schematically shows a mixer; figure 2 - section aa in fig. 1.

Смеситель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с герметичной крышкой 2 и штуцерами 3 и 4 входа и выхода обрабатываемой жидкой среды. По центру корпуса 1 установлен вертикальный шток 5, проходящий через центральное отверстие в крышке 2, верхний конец которого соединен с вибратором, размещенным снаружи корпуса. На штоке 5 с зазором размещены инерционные перемешивающие элементы 6 с радиальными лопастями 7 и цилиндрические пружины 8, а также жестко закрепленные на штоке разделители 9. На нижнем конце штока 5 с помощью радиальных ребер 10 жестко закреплена горизонтальная кольцевая пластина 11, размещенная вблизи днища корпуса. Внутренняя полость корпуса 1 сообщена с импульсным газовым дозатором 12, выполненным, например, в виде цилиндра 13 с поршнем 14 и двумя отсечными клапанами 15 и 16, причем всасывающая сторона дозатора трубопроводом 17 подключена к верхней части корпуса вблизи крышки 2, а нагнетательная сторона трубопроводом 18 подключена к нижней части корпуса вблизи днища (ниже уровня расположения кольцевой пластины 11). Снаружи на крышке 2 корпуса установлен вертикальный сильфон 19, верхний торец которого закреплен на штоке 5. На крышке 2 имеется дренажный патрубок 20. The mixer contains a vertical cylindrical body 1 with a sealed cover 2 and fittings 3 and 4 of the input and output of the processed liquid medium. A vertical rod 5 is installed in the center of the housing 1, passing through a central hole in the cover 2, the upper end of which is connected to a vibrator located outside the housing. Inertial mixing elements 6 with radial blades 7 and cylindrical springs 8, as well as dividers 9, which are rigidly fixed to the rod, are placed on the stem 5 with a gap. A horizontal annular plate 11 is mounted rigidly fixed on the lower end of the stem 5 by means of radial ribs 10 located near the bottom of the body. The internal cavity of the housing 1 is in communication with a pulsed gas metering device 12, made, for example, in the form of a cylinder 13 with a piston 14 and two shut-off valves 15 and 16, the suction side of the metering device being connected by a pipe 17 to the upper part of the housing near the cover 2, and the discharge side by a pipe 18 connected to the lower part of the housing near the bottom (below the level of the location of the annular plate 11). Outside, a vertical bellows 19 is installed on the cover 2 of the housing, the upper end of which is fixed to the stem 5. On the cover 2 there is a drainage pipe 20.

Вибрационный смеситель работает следующим образом. Vibration mixer works as follows.

Через патрубок 3 смеситель заполняется смешиваемыми жидкими компонентами до уровня, составляющего 0,8-0,9 высоты корпуса 1, при этом в верхней части корпуса остается газовая "подушка" в 0,1-0,2 высоты корпуса. Полость корпуса 1 герметизируется, при этом газовая часть полости сообщается со всасывающей стороной дозатора 12, а жидкостная - с нагнетательной стороной дозатора. При включении вибратора кольцевая пластина 11, расположенная у днища корпуса, начинает совершать вертикальные колебания в жидкости, возбуждая в ней периодические волны динамического давления. Затем с помощью дозатора 12 производится импульсная подача газа из верхней части в нижнюю часть корпуса 1, под уровень расположения кольцевой пластины 11. Газ, введенный под уровень столба жидкости, мгновенно вступает в динамический контакт с жидкостью, совершая объемные пульсации, при этом в аппарате образуется нелинейная колебательная система жидкость-газ. Количество вводимого импульсного газа заранее (экспериментально или расчетным путем) устанавливается такое, чтобы собственная частота образованной колебательной системы f_c совпадала с частотой колебаний вибратора f_в, при этом в полости корпуса 1 сразу же возбуждается резонансный режим колебаний газожидкостной системы. Гидродинамическое давление возрастает в 4-5 раз, "подушка" диспергируется в жидкость, а внутри корпуса образуются мощные турбулентные пульсирующие потоки газонасыщенной жидкости и возникают кавитационные процессы.Through the nozzle 3, the mixer is filled with mixed liquid components to a level of 0.8-0.9 of the height of the housing 1, while in the upper part of the housing there is a gas "cushion" of 0.1-0.2 of the height of the housing. The cavity of the housing 1 is sealed, while the gas part of the cavity communicates with the suction side of the dispenser 12, and the liquid part with the discharge side of the dispenser. When you turn on the vibrator, the annular plate 11, located at the bottom of the body, begins to make vertical vibrations in the liquid, exciting periodic waves of dynamic pressure in it. Then, with the help of the dispenser 12, a pulsed gas supply is made from the upper part to the lower part of the housing 1, under the level of the location of the annular plate 11. The gas introduced under the level of the liquid column instantly comes into dynamic contact with the liquid, making volume pulsations, while in the apparatus nonlinear oscillatory system liquid-gas. The amount of impulse gas introduced in advance (experimentally or by calculation) is set such that the natural frequency of the generated oscillatory system f _c coincides with the oscillation frequency of the vibrator f _in , while the resonant mode of oscillations of the gas-liquid system is immediately excited in the cavity of the housing 1. Hydrodynamic pressure increases by 4-5 times, the “pillow” is dispersed into the liquid, and powerful turbulent pulsating flows of gas-saturated liquid are formed inside the body and cavitation processes occur.

Собственную частоту f_м механической колебательной системы, образованной инерционными элементами 6 и пружинами 8, также устанавливают равной частоте f_в вибратора (путем предварительной тарировки на вибростенде). Поэтому при включении вибратора устанавливается режим резонансных колебаний этой системы (режим автоколебаний), обеспечивающий максимальную амплитуду возвратно-посту- пательных движений инерционных перемешивающих элементов 6.The natural frequency f _{m of the} mechanical oscillatory system formed by inertial elements 6 and springs 8 is also set equal to the frequency f _{in the} vibrator (by preliminary calibration on the vibrating stand). Therefore, when the vibrator is turned on, the mode of resonance vibrations of this system (self-oscillation mode) is established, which ensures the maximum amplitude of reciprocating movements of inertial mixing elements 6.

Таким образом, в рабочем объеме смесителя одновременно осуществляются резонансные колебания нелинейной газожидкостной системы и механической колебательной системы, что обеспечивает высокую интенсивность процесса массообмена между перемешиваемыми компонентами. При этом обеспечивается надежный выход на рабочий режим перемешивания путем импульсного введения газа в придонную часть корпуса 1 при вибрациях кольцевой пластины 11, создающей динамическое давление в жидкости. Образующаяся нелинейная колебательная система вследствие непосредственного контакта жидкости с газом более чувствительна, чем в прототипе. В результате облегчается выход газожидкостной колебательной системы на резонанс. Thus, in the working volume of the mixer, resonant oscillations of the nonlinear gas-liquid system and the mechanical oscillatory system are simultaneously carried out, which ensures a high intensity of the mass transfer process between the components being mixed. This ensures reliable access to the operating mode of mixing by pulsed gas injection into the bottom part of the housing 1 during vibrations of the annular plate 11, which creates dynamic pressure in the liquid. The resulting nonlinear oscillatory system due to direct contact of the liquid with the gas is more sensitive than in the prototype. As a result, the output of the gas-liquid oscillation system to resonance is facilitated.

Claims

VIBRATION MIXER, comprising a housing with fittings for the inlet and outlet of a liquid medium, inside of which there is a vertical rod with spring-loaded inertial mixing elements connected to a vibrator, and an additional element for exciting vibrations of the gas-liquid system, characterized in that it is equipped with an annular plate fixed horizontally on the bottom the end of the rod, the housing is equipped with a sealed cover, while an additional element for exciting vibrations of the gas-liquid system is made in the form of a pulse gas dispenser connected by its suction side to the upper part of the housing, and the discharge side to the lower part of the housing near the bottom.