RU2079352C1

RU2079352C1 - Mixer

Info

Publication number: RU2079352C1
Application number: RU95106245A
Authority: RU
Inventors: Борис Борисович Булгаков; Алексей Борисович Булгаков
Original assignee: Борис Борисович Булгаков; Алексей Борисович Булгаков
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 1997-05-20
Also published as: RU95106245A

Abstract

FIELD: mixing apparatus. SUBSTANCE: mixer has case made in the form of receiving and discharging cylindrical elements with bottoms directed towards each other. Made in bottoms are holes. Located between bottoms is through-flow chamber. Distance from receiving edge of through-flow chamber to bottom of receiving element is larger than distance from discharging edge to bottom of discharging element. Cavitator is installed in through-flow chamber. EFFECT: high efficiency. 7 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к статическим смесителям, и может быть использовано в легкой, химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности для интенсификации процессов перемешивания, гомогенизации, эмульгирования, диспергирования и растворения в жидких и газообразных многокомпонентных системах, а также для диспергирования твердых частиц в жидкости. The invention relates to the field of instrumentation, in particular, to static mixers, and can be used in light, chemical, food, construction and other industries to intensify the processes of mixing, homogenization, emulsification, dispersion and dissolution in liquid and gaseous multicomponent systems, and for dispersing solid particles in a liquid.

Известен статический смеситель, содержащий колонну с впускным отверстие для суспензии в верхней части, несколькими камерами и насосом. Впускной патрубок для газа расположен в нижней части колонны, так что газ движется наверх, а жидкость вниз [1]
Недостатком данного смесителя является конструкция и значительные габариты. Кроме того, подобный смеситель не может быть встроен в трубопровод, что ограничивает его применения.Known static mixer containing a column with an inlet for suspension in the upper part, several chambers and a pump. The gas inlet is located at the bottom of the column so that the gas moves up and the liquid down [1]
The disadvantage of this mixer is the design and significant dimensions. In addition, such a mixer cannot be integrated into the pipeline, which limits its application.

С целью устранения перечисленных недостатков были разработаны смесители, в которых один из компонентов подавался в зону кавитации или, во всяком случае, в зону турбулентного течения второго компонента [2] Данный смеситель содержит корпус с продольным патрубком ввода первого компонента и наклонными патрубками ввода второго компонента. Аналогичный смеситель в виде ряда последовательных трубок Вентури описан в [3]
Однако, смесители подобного типа обладают недостаточной эффективностью. Кроме того, раздельная подача компонентов смеси возможна только на первом этапе смешивания или диспергирования.In order to eliminate the above drawbacks, mixers were developed in which one of the components was fed into the cavitation zone or, in any case, into the turbulent flow zone of the second component [2]. This mixer contains a housing with a longitudinal inlet of the input of the first component and inclined inlets of the input of the second component. A similar mixer in the form of a series of consecutive venturi tubes is described in [3]
However, faucets of this type are not efficient enough. In addition, a separate supply of the components of the mixture is possible only at the first stage of mixing or dispersion.

Известен также кавитационный аппарат, в корпусе которого установлен кавитатор в виде перфорированной крыльчатки с клиновидными лопастями [4]
Недостатком данного смесителя также является низкая эффективность, прежде всего из-за того, что в потоке за кавитатором медленно протекают процессы выделения микропузырьков и их схлопывания.Also known cavitation apparatus, in the housing of which is installed a cavitator in the form of a perforated impeller with wedge-shaped blades [4]
The disadvantage of this mixer is also low efficiency, primarily due to the fact that in the stream behind the cavitator, the processes of separation of microbubbles and their collapse slowly proceed.

Известен встраиваемый статический смеситель, образованный цилиндрическим корпусом с патрубками ввода и вывода обрабатываемой среды, в полости которого последовательно размещены завихрители в виде плоских пластин, лопастей и лопаток сложной формы, причем, за счет определенной последовательности их установки несколько возрастает степень гомогенизации обрабатываемой среды, поскольку одни элементы как бы подготавливают ее поток для других [5]
Однако, данный смеситель не обеспечивает высокой степени гомогенизации, поскольку в нем не происходит образования кавитационных каверн и микропузырьков. Кроме того, данный смеситель обладает высоким гидравлическим сопротивлением. Все это отрицательно сказывается производительности смесителя.A built-in static mixer is known, formed by a cylindrical body with nozzles for input and output of the processed medium, in the cavity of which swirlers are sequentially arranged in the form of flat plates, blades and blades of complex shape, and, due to a certain sequence of their installation, the degree of homogenization of the processed medium slightly increases, since some elements as if preparing its flow for others [5]
However, this mixer does not provide a high degree of homogenization, since cavitation cavities and microbubbles do not form in it. In addition, this mixer has a high hydraulic resistance. All this negatively affects the performance of the mixer.

Наиболее близким к предложенному является кавитационный смеситель, содержащий корпус с конфузором, диффузором и проточной камерой, в которой размещен кавитатор, выполненный в виде крыльчатки, и тангенциальными патрубком подачи среды, выполненным с регулятором расхода [6]
К недостаткам известного смесителя следует отнести сложность и низкую технологичность, что обусловлено наличием конфузора и диффузора. Дело в том, что для достижения низкого гидродинамического сопротивления требуется высокая точность изготовления этих конических элементов конструкции, что представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу.Closest to the proposed is a cavitation mixer containing a housing with a confuser, a diffuser and a flow chamber, in which a cavitator made in the form of an impeller is placed, and a tangential medium supply pipe made with a flow regulator [6]
The disadvantages of the known mixer include the complexity and low manufacturability, due to the presence of a confuser and a diffuser. The fact is that to achieve a low hydrodynamic resistance, high precision manufacturing of these conical structural elements is required, which is a rather complicated and laborious task.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является упрощение конструкции и повышение технологичности смесителя при одновременном повышении эффективности смесителя и его производительности. Thus, the technical result expected from the use of the invention is to simplify the design and improve the manufacturability of the mixer while increasing the efficiency of the mixer and its performance.

Указанный результат достигается тем, что в известном смесителе, содержащем корпус с проточной камерой, в которой размещен кавитатор, корпус выполнен в виде цилиндрических приемного и выпускного элементов с глухими, обращенными друг к другу, донными частями, в которых выполнены отверстия, при этом проточная камера установлена в отверстиях донных частей приемного и выпускного элементов так, что расстояние от приемной камеры проточной камеры до донной части приемного элемента превышает расстояние от выпускной кромки проточной камеры до донной части выпускного элемента корпуса соответственно. The specified result is achieved by the fact that in the known mixer comprising a housing with a flow chamber in which the cavitator is placed, the housing is made in the form of cylindrical receiving and exhaust elements with blind, facing each other, bottom parts in which openings are made, while the flow chamber installed in the openings of the bottom of the receiving and exhaust elements so that the distance from the receiving chamber of the flow chamber to the bottom of the receiving element exceeds the distance from the outlet edge of the flow chamber to constant part of the discharge member body, respectively.

Кроме того, приемная и выпускная кромки проточной камеры выполнены с продольными прорезями. In addition, the inlet and outlet edges of the flow chamber are made with longitudinal slots.

При этом кавитатор выполнен в виде n конических насадок, установленных на оси, закрепленной в опорах, расположенных в полости приемного и выпускного элементов корпуса. In this case, the cavitator is made in the form of n conical nozzles mounted on an axis fixed in supports located in the cavity of the receiving and exhaust elements of the housing.

Рекомендуется также конические насадки выполнить с продольными сквозными отверстиями и без них, причем последние могут быть размещены за насадками со сквозными отверстиями. It is also recommended that conical nozzles be made with longitudinal through holes and without them, and the latter can be placed behind nozzles with through holes.

Кроме того, по меньшей мере, насадки без сквозных отверстий могут образовывать со стенками проточной камеры канал сверхзвукового профиля. In addition, at least nozzles without through holes can form a supersonic profile channel with the walls of the flow chamber.

При этом приемный и/или выпускной элементы корпуса могут быть выполнены с тангенциальным патрубком. In this case, the receiving and / or exhaust elements of the housing can be made with a tangential nozzle.

Кроме того, расстояние L1 от приемной кромки проточной камеры до донной части приемного элемента корпуса может лежать в диапазоне (1 2)d, где d - внутренний диаметр проточной камеры. In addition, the distance L1 from the receiving edge of the flow chamber to the bottom of the receiving element of the housing may lie in the range (1 2) d, where d is the inner diameter of the flow chamber.

И, наконец, расстояние L2 от выпускной кромки проточной камеры до донной части выпускного элемента корпуса может лежать в диапазоне (0,3 1)d. And finally, the distance L2 from the outlet edge of the flow chamber to the bottom of the outlet element of the housing may lie in the range (0.3 1) d.

На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез предлагаемого кавитационного смесителя, который содержит корпус, образованный приемным и выпускным элементами 1, 2, в донных частях 3, 4 которых выполнены отверстия 5 и 6 соответственно. В отверстиях 5, 6 закреплена проточная камера 7, кромки которой выполнены с продольными прорезями 8. In FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of the proposed cavitation mixer, which contains a housing formed by the inlet and outlet elements 1, 2, in the bottom parts 3, 4 of which holes 5 and 6 are made, respectively. In the holes 5, 6 a flow chamber 7 is fixed, the edges of which are made with longitudinal slots 8.

В камере 7 на опорах 9, закрепленных в элементах 1, 2 установлена ось 10, на которой размещены одна или несколько насадок (кавитирующих тел) 11, часть из которых может быть выполнена со сквозными отверстиями 12 (фиг. 2). In the chamber 7, on the supports 9, fixed in the elements 1, 2, an axis 10 is installed on which one or more nozzles (cavitating bodies) 11 are placed, some of which can be made with through holes 12 (Fig. 2).

Элементы 1, 2 могут быть выполнены в тангенциальными патрубками 13, 14 соответственно (фиг. 1). Входное и выходное отверстия элементов 1, 2 обозначены позициями 15 и 16 соответственно. Elements 1, 2 can be made in tangential nozzles 13, 14, respectively (Fig. 1). The inlet and outlet of the elements 1, 2 are indicated by the numbers 15 and 16, respectively.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая среда подается в полость элемента 1 через отверстие 15 и/или патрубок 13. Совместное воздействие донной части 3 и прорезей 8 на обрабатываемую среду не только эквивалентно ее прохождению через конфузор, но и более эффективно, поскольку способствует ее предварительному перемешиванию. The device operates as follows. The medium to be treated is fed into the cavity of the element 1 through the hole 15 and / or pipe 13. The combined effect of the bottom part 3 and the slots 8 on the medium to be treated is not only equivalent to passing it through the confuser, but also more efficient, since it contributes to its preliminary mixing.

Далее обрабатываемая среда попадает в камеру 7. На насадках 11 кавитатора в среде образуются кавитационные микропузырьки, схлопывающиеся в канале сверхзвукового профиля, образованном следующей насадкой, на выпускных прорезях 8 или в полости элемента 2. При этом совместное воздействие прорезей 8 выпускной части камеры 7 и полости между донной частью 4 и выпускной частью камеры 7 на обрабатываемую среду более эффективно, чем прохождение среды через диффузор. Then, the medium to be processed enters chamber 7. On the cavitator nozzles 11, cavitation microbubbles are formed in the medium, collapsing in the supersonic profile channel formed by the next nozzle on the outlet slots 8 or in the cavity of element 2. In this case, the joint action of the slots 8 of the outlet part of the chamber 7 and the cavity between the bottom part 4 and the outlet part of the chamber 7 on the medium to be treated is more efficient than the passage of the medium through the diffuser.

При схлопывании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи, оказывающие интенсивное микрокинетическое воздействие на обрабатываемую смесь. When microbubbles collapse, cumulative microjets are formed that have an intense microkinetic effect on the mixture being treated.

В частном случае среда может подаваться только через отверстие 15, через отверстие 15 и патрубок 13 или только через патрубок 13. In the particular case, the medium can be supplied only through the hole 15, through the hole 15 and the pipe 13 or only through the pipe 13.

Точно также выпуск среды может производиться через отверстие 16, через отверстие 16 и патрубок 14 или только через патрубок 14. Similarly, the release of the medium can be carried out through the hole 16, through the hole 16 and the pipe 14 or only through the pipe 14.

При исполнении отверстия 16 для выхода среды, патрубок 14 может быть использован и для введения в нее дополнительного компонента. Это целесообразно при многоступенчатой обработке смеси. When making holes 16 for the exit of the medium, the pipe 14 can be used to introduce an additional component into it. This is advisable for multi-stage processing of the mixture.

В приведенной ниже таблице приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемого смесителя и смесителя аналогичной конструкции, но с классическими конфузором и диффузором. The table below shows the results of comparative tests of the proposed mixer and mixer of a similar design, but with a classic confuser and diffuser.

Испытания проводились при температуре 60 62^oC, концентрация эмульсола составляла 5% насадки 11 первой и второй ступени были выполнены в виде усеченных конусов, кратность обработки была равна трем (смесь трижды пропускали через смеситель), размеры аппаратов (смесителей) были одинаковы. Аппарат N 1 классический, с конфузором и диффузором, аппарат N 2 - предлагаемый.The tests were carried out at a temperature of 60 62 ^o C, the concentration of emulsol was 5% of the nozzle 11 of the first and second stage were made in the form of truncated cones, the processing ratio was three (the mixture was passed through the mixer three times), the dimensions of the apparatus (mixers) were the same. The apparatus N 1 is classic, with a confuser and a diffuser, apparatus N 2 is offered.

Как явствует из таблицы, потери напора и размеры капель воды, т.е. качество эмульсии, в большинстве опытов для предлагаемого смесителя лучше, чем для известного, что свидетельствует о его более высокой эффективности при гораздо более высокой технологичности. As the table shows, the pressure drop and the size of the water droplets, i.e. the quality of the emulsion, in most experiments for the proposed mixer is better than for the known, which indicates its higher efficiency with much higher adaptability.

Claims

1. A mixer comprising a housing with a flow chamber having a receiving and exhaust edge, and a cavitator placed in the chamber, characterized in that the housing is made in the form of a receiving and exhaust cylindrical elements with bottoms facing one another, in which openings are made, and a flow the camera is installed in the openings so that the distance from the receiving edge of the flow chamber to the bottom of the receiving element is made larger than the distance from the exhaust edge to the bottom of the exhaust element.

2. The mixer according to claim 1, characterized in that the receiving and exhaust edges of the flow chamber are made with longitudinal slots.

3. The mixer according to claim 1, characterized in that the cavitator is made in the form of conical nozzles mounted on an axis fixed in supports located in the cavity of the receiving and exhaust elements of the housing.

4. The mixer according to paragraphs. 1 and 3, characterized in that the conical nozzles are made with longitudinal through holes and without them, the latter being placed behind the nozzles with through holes.

5. The mixer according to paragraphs. 1 and 4, characterized in that the nozzles without through holes in addition at least form a supersonic profile channel with the walls of the flow chamber.

6. The mixer according to claim 1, characterized in that the receiving and / or exhaust elements of the housing are made with a tangential nozzle.

7. The mixer according to claim 1, characterized in that the distance from the receiving edge of the flow chamber to the bottom of the receiving element of the housing lies in the range (1 2) d, where d is the inner diameter of the flow chamber.

8. The mixer according to claim 1, characterized in that the distance from the outlet edge of the flow chamber to the bottom of the outlet element of the housing lies in the range (0.3 1) d.