RU2106188C1

RU2106188C1 - Stirring apparatus

Info

Publication number: RU2106188C1
Application number: RU96107697A
Authority: RU
Inventors: И.В. Давыдов; В.П. Боровинский
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: alumina production by any conventional method; may be used as integral part of reactors for crystallization (decomposition) of aluminum hydroxide from aluminate process liquors for stirring hydrate slurries. SUBSTANCE: apparatus comprises cylindrical shell, inlet pipes for supply of reactants, outlet pipes for emptying apparatus, overflow pipe for taking product samples Shell houses shaft carrying impellers which ends carry inwardly bent boxes. The latter are provided with inlet and outlet openings arranged opposite each other along axis of box. EFFECT: increased stirring intensity; lower power consumption due to increased pumping effect. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства глинозема любым из известных способов и может быть использовано при кристаллизации (декомпозиции) гидроксида алюминия из алюминатных растворов для перемешивания гидратных суспензий. The invention relates to the production of alumina by any of the known methods and can be used for crystallization (decomposition) of aluminum hydroxide from aluminate solutions for mixing hydrated suspensions.

Известно перемешивающее устройство для декомпозиции алюминатных растворов (А. И. Лайнер и др. Производство глинозема, М., Металлургия, 1978, с. 143), состоящее из цилиндрического корпуса, привода и цепной мешалки. Недостатками этого устройства являются:
высокая удельная потребляемая мощность на гомогенизацию суспензии, составляющая более 25 Вт/м³;
малый реакционный объем аппарата (V=400 м³);
невозможность использования подобных мешалок в аппаратах большой единичной мощности.Known mixing device for the decomposition of aluminate solutions (A. I. Liner and others. Production of alumina, M., Metallurgy, 1978, S. 143), consisting of a cylindrical body, drive and chain mixer. The disadvantages of this device are:
high specific power consumption for the homogenization of the suspension, comprising more than 25 W / m ³ ;
small reaction volume of the apparatus (V = 400 m ³ );
the impossibility of using such mixers in devices of large unit capacity.

Известен также аппарат (авт.св. N 253754 от 29.04.1968 г.) для перемешивания жидких сред, состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого установлена мешалка, соединенная с приводом, закрепленным на крышке корпуса. Отличительным признаком перемешивающего устройства является то, что лопасть его выполнена в виде колена (полуромба) из трубы. При этом нижний конец лопасти имеет всасывающий патрубок, а изгиб имеет нагнетающий патрубок. Also known apparatus (ed. St. N 253754 from 04/29/1968) for mixing liquid media, consisting of a cylindrical body, inside which is installed a stirrer connected to a drive mounted on the housing cover. A distinctive feature of the mixing device is that its blade is made in the form of a knee (half-bomb) from a pipe. Moreover, the lower end of the blade has a suction pipe, and the bend has a discharge pipe.

К недостаткам указанной конструкции следует отнести:
сложность конструкции вала мешалки при использовании ее для аппаратов большой емкости (3000 - 6000 м³);
недостаточная эффективность перемешивания ввиду малой циркуляции жидкости через вал мешалки.The disadvantages of this design include:
the complexity of the design of the shaft of the mixer when using it for high-capacity devices (3000 - 6000 m ³ );
insufficient mixing efficiency due to low fluid circulation through the mixer shaft.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является перемешивающее устройство (заявка ФРГ N 3730423 от 23.03.1989 г.). Перемешивающее устройство для диспергирования и суспендирования газов, и/или жидкостей, и/или твердых веществ в жидкостях содержит вмонтированную в перемешивающий сосуд и вращающуюся вокруг вертикальной оси мешалку, на валу которой закреплены на одинаковом расстоянии один от другого органы, смещенные один относительно другого на угол 90^o. Каждая лопасть перемешивающего органа состоит из внутренней лопасти и радиальных пластин, установленных параллельно одна над другой на торцах лопасти.The closest in technical essence to the claimed solution is a mixing device (application of Germany N 3730423 from 03/23/1989). A mixing device for dispersing and suspending gases, and / or liquids, and / or solids in liquids comprises a stirrer mounted on a mixing vessel and rotating about a vertical axis, on the shaft of which are mounted at the same distance from each other organs that are offset from each other by an angle 90 ^o . Each blade of the mixing organ consists of an inner blade and radial plates mounted parallel to one another at the ends of the blade.

Внутренние лопасти могут быть установлены к лопасти вращения под углом γ₁ , а пластины - под углом γ_a . Углы γ₁ и γ_a могут быть различными. Ход лопасти предпочтительно противоположный направлению хода радиальных пластин.The inner blades can be mounted to the rotor blade at an angle of γ ₁ , and the plate at an angle of γ _a . The angles γ ₁ and γ _a can be different. The stroke of the blade is preferably opposite to the direction of travel of the radial plates.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При вращении мешалки лопасти создают радиальный поток, а радиальные пластины образуют аксиальный поток, т.е. поток одной лопасти воздействует на поток, возникающий от радиальных пластин и наоборот. Вследствие этого уменьшается сопротивление среды и снижается затрата мощности на перемешивание. Взаимодействие потоков среды и перемешивающих элементов повторяется многократно, непрерывно диспергируя перемешиваемые компоненты. When the stirrer rotates, the blades create a radial flow, and the radial plates form an axial flow, i.e. the flow of one blade acts on the flow arising from the radial plates and vice versa. As a result, the resistance of the medium decreases and the power consumption for mixing is reduced. The interaction of the fluid flows and mixing elements is repeated many times, continuously dispersing the mixed components.

Недостатками описанного устройства являются:
невысокий насосный эффект, создаваемый периферийными пластинами, что ухудшает гомогенизацию суспензии;
высокая потребляемая мощность, обусловленная тем, что для улучшения гомогенизации пульпы необходимо повышать частоту вращения мешалки.The disadvantages of the described device are:
low pumping effect created by peripheral plates, which impairs the homogenization of the suspension;
high power consumption, due to the fact that to improve the homogenization of the pulp, it is necessary to increase the speed of the mixer.

Цель изобретения - повышение эффективности перемешивания и снижение энергетических затрат. The purpose of the invention is to increase the efficiency of mixing and reduce energy costs.

Поставленная цель достигается тем, что в перемешивающем устройстве, содержащем цилиндрический корпус, приводной вал с установленными на разной высоте импеллерами, на концах которых закреплены устройства для периферийного перемешивания жидкости или суспензии, устройства для периферийного перемешивания выполнены в виде полого вогнутого короба с входным и выходным отверстиями на его противоположных концах, при этом входное и выходное отверстия расположены на продольной оси короба. Сечение короба может быть переменным с уменьшением от входного отверстия к выходному, при этом соотношение площадей отверстий составляет S_вх./S_вых.=1:2,6. Угол между плоскостями входного и выходного отверстий составляет 30 - 90^o. Установка на концах импеллеров вогнутых коробов, обеспечивающих изменение направления потока жидкости или суспензии с горизонтального на восходящее, позволяет увеличить вертикальную составляющую скорости жидкости, т.е. в конечном случае, повысить насосный эффект перемешивающего устройства.This goal is achieved in that in a mixing device containing a cylindrical housing, a drive shaft with impellers installed at different heights, at the ends of which devices for peripheral mixing of a liquid or suspension are fixed, devices for peripheral mixing are made in the form of a hollow concave box with inlet and outlet openings at its opposite ends, while the inlet and outlet are located on the longitudinal axis of the box. The cross section of the duct can be variable with a decrease from the inlet to the outlet, while the ratio of the area of the holes is S _in. / S _out. = 1: 2.6. The angle between the planes of the inlet and outlet is 30 - 90 ^o . The installation of concave ducts at the ends of the impellers, providing a change in the direction of fluid flow or suspension from horizontal to upward, allows you to increase the vertical component of the fluid velocity, i.e. ultimately, increase the pumping effect of the mixing device.

Это, в свою очередь, позволяет улучшить эффективность перемешивания при одновременном снижении частоты вращения перемешивающего устройства "3". This, in turn, allows improving the efficiency of mixing while reducing the speed of the mixing device "3".

Поскольку потребляемая устройством мощность пропорциональна "3", то снижаются и энергетические затраты на процесс гомогенизации жидкости или суспензии. Since the power consumed by the device is proportional to "3", the energy costs of the process of homogenizing the liquid or suspension are also reduced.

Уменьшение сечения короба от входного отверстия к выходному позволяет увеличить скорость струи жидкости, вытекающей из короба в перемешиваемый объем, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс гомогенизации суспензии. Уменьшение отношения S_вх./S_вых. < 1 означает расширение короба, т.е. уменьшение скорости вытекающей струи. Увеличение S_вх./S_вых. > 2,6 приводит к росту гидравлического сопротивления канала короба и, как следствие, к уменьшению скорости на выходе из него. Таким образом ухудшаются условия и снижается интенсивность перемешивания.Reducing the cross-section of the box from the inlet to the outlet allows you to increase the speed of the liquid stream flowing from the box into the mixed volume, which, in turn, intensifies the process of homogenization of the suspension. The decrease in the ratio of S _I. / S _out. <1 means expansion of the box, i.e. a decrease in the velocity of the leaky jet. Increase S _in. / S _out. > 2.6 leads to an increase in the hydraulic resistance of the duct channel and, as a consequence, to a decrease in the speed at the exit from it. In this way, the conditions worsen and the mixing intensity decreases.

Уменьшение угла между плоскостями входного и выходного отверстий короба < 30^o лишает смысла применение данного устройства, поскольку существенно снижается "насосный" эффект, создаваемый профилем короба, т.к. направление течения жидкости (горизонтальное), вызванное вращением импеллеров, практически, при выходе из канала короба, не меняется. Увеличение > 90^o также нецелесообразно, т.к., во-первых, увеличивается сопротивление истечению жидкости из выходного отверстия короба за счет динамического напора, вызванного набегающим (горизонтальным) потоком жидкости, что приводит к уменьшению насосного эффекта, во-вторых, направление движения жидкости изменяется с горизонтального на горизонтальное, что лишает смысла применение устройства.Reducing the angle between the planes of the inlet and outlet openings of the box <30 ^o makes the use of this device meaningless, since the "pump" effect created by the profile of the box is significantly reduced. the direction of fluid flow (horizontal) caused by the rotation of the impellers, practically, when leaving the duct channel, does not change. An increase of> 90 ^{o is} also impractical, because, firstly, the resistance to fluid flow from the outlet of the duct increases due to dynamic pressure caused by an incoming (horizontal) fluid flow, which leads to a decrease in the pumping effect, and secondly, the direction of movement fluid changes from horizontal to horizontal, which makes the use of the device meaningless.

На фиг. 1 показан продольный разрез перемешивающего устройства; на фиг. 2 показано перемешивающее устройство с вогнутыми коробами в изометрии; на фиг. 3 - перемешивающее устройство с коробами переменного сечения в изометрии. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a mixing device; in FIG. 2 shows an isometric mixing device with concave ducts; in FIG. 3 - mixing device with boxes of variable cross-section in isometry.

Конструкция перемешивающего устройства представлена на фиг. 1, 2, 3. Перемешивающее устройство (фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1, патрубков 2,3 для подвода реагентов и опорожнения аппарата, переточной трубы 4 для отбора продукции. Внутри корпуса 1, на валу 5, установлены импеллеры 6, на концах которых закреплены вогнутые короба 7 (фиг. 2). При этом последние имеют входные 8 и выходные 9 отверстия, которые расположены противоположно по оси короба. Сечение коробов 7 может быть переменным (фиг. 3), т. е. площади входных и выходных 9 отверстий будут в этом случае различны. Последнее дает возможность, при некотором увеличении гидравлического сопротивления канала короба, повысить скорость жидкости на выходе из отверстия 9 и увеличить тем самым интенсивность перемешивания во всем объеме за счет увеличения "дальнобойности" вытекающей струи. The design of the mixing device is shown in FIG. 1, 2, 3. The mixing device (Fig. 1) consists of a cylindrical body 1, nozzles 2,3 for supplying reagents and emptying the apparatus, a transfer pipe 4 for product selection. Inside the housing 1, on the shaft 5, impellers 6 are installed, at the ends of which concave boxes 7 are fixed (Fig. 2). Moreover, the latter have input 8 and output 9 openings, which are located opposite to the axis of the box. The cross section of the boxes 7 can be variable (Fig. 3), i.e., the areas of the inlet and outlet 9 holes will be different in this case. The latter makes it possible, with a slight increase in the hydraulic resistance of the duct channel, to increase the fluid velocity at the outlet from the opening 9 and thereby increase the intensity of mixing in the entire volume by increasing the "range" of the leaky jet.

Крепление коробов к импеллерам (фиг. 2, 3) может быть различно. Mounting boxes to the impellers (Fig. 2, 3) can be different.

Перемешивающее устройство работает следующим образом. The mixing device operates as follows.

Исходные реагенты через патрубок 2 загружаются в аппарат. Одновременно включается привод вала 5 перемешивающего устройства. По мере заполнения аппарата в работу "включается" соответствующий ярус импеллеров, что обеспечивает гомогенизацию компонентов во всем объеме. The source reagents through the pipe 2 are loaded into the apparatus. At the same time, the drive shaft 5 of the mixing device is turned on. As the apparatus fills up, the corresponding tier of impellers is “turned on”, which ensures the homogenization of the components in the entire volume.

Набегающий поток жидкости (на фиг. 2, 3 показано стрелками) через отверстие 8 попадает в канал короба 7, изменяет свое направление, повторяя контур короба, и через отверстие 9 поступает в объем жидкости. При этом увеличивается насосный эффект устройства, а также за счет кинетической энергии струи вытекающей из отверстия 9 жидкости в сферу перемешивания дополнительно вовлекаются близлежащие слои жидкости, что улучшает эффективность перемешивания. The incident fluid flow (shown in arrows in FIGS. 2, 3) through the hole 8 enters the channel of the box 7, changes its direction, repeating the contour of the box, and through the hole 9 enters the volume of liquid. This increases the pumping effect of the device, and also due to the kinetic energy of the jet flowing out of the hole 9 of the liquid, the adjacent liquid layers are additionally involved in the mixing sphere, which improves the mixing efficiency.

Таким образом, появляется возможность снизить число оборотов устройства, т.е. уменьшить удельные затраты мощности на осуществление процесса перемешивания. Thus, it becomes possible to reduce the number of revolutions of the device, i.e. reduce unit power consumption for the implementation of the mixing process.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения согласно приведенному в заключении расчету составил 0,064 руб. на тонну глинозема. The expected economic effect of the implementation according to the calculation in the conclusion amounted to 0.064 rubles. per ton of alumina.

Claims

1. A mixing device consisting of a housing, a drive shaft with impellers mounted on it at various heights, at the ends of which devices for peripheral mixing of liquid are fixed, characterized in that the devices for peripheral mixing are made in the form of a hollow concave box with inlet and outlet openings its opposite ends, while the inlet and outlet openings are located on the longitudinal axis of the box.

2. The device according to claim 1, characterized in that the box is made with a variable cross section with a decrease from the inlet to the outlet, while the ratio of the cross-sectional areas of the holes is
S _in _x / S _in _s _x = 1: 2.6.

3. The device according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet of the duct are located at an angle of 30-90 ^o .