RU217528U1

RU217528U1 - MIXING DEVICE

Info

Publication number: RU217528U1
Application number: RU2022134048U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Ксения Васильевна Чёрикова; Николай Анатольевич Меренцов; Антон Анатольевич Шурак; Артем Олегович Стифанько
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-04-04

Abstract

Полезная модель относится к аппаратам для перемешивания гетерогенных систем типа «жидкость-жидкость» и «жидкость-газ» и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической, фармацевтической, медицинской, горноперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и вредных газовых выбросов. Техническим результатом предлагаемой конструкции перемешивающего устройства является увеличение производительности. Поставленный технический результат достигается тем, что перемешивающее устройство содержит цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки, вал с пропеллерной мешалкой, установленной в нижней части диффузора, причем в верхней части диффузора установлен подшипник качения, наружное кольцо которого запрессовано в стенке диффузора, а внутреннее - на валу.

The utility model relates to devices for mixing heterogeneous systems of the "liquid-liquid" and "liquid-gas" types and can be used in chemical, petrochemical, microbiological, pharmaceutical, medical, mining, food and other industries, as well as in environmental cleaning processes sewage and harmful gas emissions. The technical result of the proposed design of the mixing device is to increase productivity. The stated technical result is achieved by the fact that the mixing device contains a cylindrical body with a bottom and a cover, branch pipes, a shaft with a propeller agitator installed in the lower part of the diffuser, and a rolling bearing is installed in the upper part of the diffuser, the outer ring of which is pressed into the wall of the diffuser, and the inner one - on the shaft.

Description

Полезная модель относится к аппаратам для перемешивания гетерогенных систем типа «жидкость-жидкость» и «жидкость-газ» и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической, фармацевтической, медицинской, горноперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и вредных газовых выбросов.The utility model relates to devices for mixing heterogeneous systems of the "liquid-liquid" and "liquid-gas" types and can be used in chemical, petrochemical, microbiological, pharmaceutical, medical, mining, food and other industries, as well as in environmental cleaning processes sewage and harmful gas emissions.

Известна конструкция культиватора Вальдгофа с направляющей трубой, или диффузором, состоящего из корпуса, крышки, вала с мешалкой, присоединенного к приводу, отражательных перегородок, закрепленных на стенках корпуса, и трубки для подачи воздуха. Особенностью этой конструкции является установка направляющей трубы над лопастями с мешалкой. При вращении лопастей мешалки создается насосный эффект, под действием которого перемешиваемая жидкость с пузырьками воздуха циркулирует сверху вниз внутри объема направляющей трубы и снизу-вверх в кольцевом пространстве между стенками корпусе и направляющей трубы [Гапопов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. - М.: Легкая пищевая промышленность, 1981, с. 70-71].A well-known design of the Waldhof cultivator with a guide tube, or diffuser, consisting of a housing, a cover, a shaft with a stirrer attached to the drive, baffles attached to the walls of the housing, and a tube for air supply. A feature of this design is the installation of a guide tube above the blades with a stirrer. When the mixer blades rotate, a pumping effect is created, under the influence of which the mixed liquid with air bubbles circulates from top to bottom inside the volume of the guide tube and from bottom to top in the annular space between the walls of the housing and the guide tube [Gapopov K.P. Processes and devices of microbiological productions. - M.: Light food industry, 1981, p. 70-71].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится перемешивание на макроуровне с образованием крупных пузырьков воздуха, что снижает скорость массопередачи и в целом приводит к уменьшению производительности.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include mixing at the macro level with the formation of large air bubbles, which reduces the mass transfer rate and generally leads to a decrease in productivity.

Известна конструкция гомогенизатора, содержащего цилиндрический корпус, валик, привод для его вращения и установленные на валике последовательно друг за другом подшипники качения, отличающегося тем, что валик выполнен ступенчатым с наибольшим диаметром в его верхней части и наименьшим в нижней его части, на каждой ступени валика закреплены внутренние обоймы подшипников качения, а на внутренней стенке корпуса в зонах, сопряженных с подшипниками качения, закреплены кольца, меньший внутренний диаметр которых равен наружному диаметру соответствующих подшипников [Патент №197814 РФ, «Гомогенизатор», 2020 г.].A well-known design of a homogenizer containing a cylindrical body, a roller, a drive for its rotation and mounted on the roller sequentially one after another rolling bearings, characterized in that the roller is made stepped with the largest diameter in its upper part and the smallest in its lower part, at each stage of the roller inner cages of rolling bearings are fixed, and rings are fixed on the inner wall of the housing in areas associated with rolling bearings, the smaller inner diameter of which is equal to the outer diameter of the corresponding bearings [Patent No. 197814 of the Russian Federation, "Homogenizer", 2020].

К причинам, препятствующим достижению заявленного технического результата, относится малое время пребывания гомогенизируемых жидкостей в сепараторе подшипника качения между вращающимися шариками или роликами, что приводит к снижению производительности.The reasons hindering the achievement of the claimed technical result include the short residence time of the homogenized liquids in the rolling bearing separator between the rotating balls or rollers, which leads to a decrease in productivity.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип по совокупности признаков, является аппарат с пропеллерной мешалкой, состоящий из цилиндрического корпуса с днищем, крышкой, в которой закреплен вал, соединенный с приводом вращения, на нижнем конце которого установлена пропеллерная мешалка. В зоне вращения пропеллерной мешалки установлен диффузор - короткий цилиндрический или слегка конический стакан. При вращении лопастей мешалки внутри диффузора под действием насосного эффекта перемешиваемая жидкость циркулируют снизу-вверх или сверху вниз, образуя макровихри [Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. Издание пятое, стереотипное. - М.: Химия, 1965, с.358].The closest technical solution adopted for the prototype by the combination of features is an apparatus with a propeller agitator, consisting of a cylindrical body with a bottom, a lid, in which a shaft is fixed, connected to a rotation drive, at the lower end of which a propeller agitator is installed. In the rotation zone of the propeller agitator, a diffuser is installed - a short cylindrical or slightly conical glass. When the agitator blades rotate inside the diffuser, under the action of a pumping effect, the agitated liquid circulates from bottom to top or from top to bottom, forming macrovortices [Planovsky A.N., Ramm V.M., Kagan S.Z. Processes and apparatuses of chemical technology. Fifth edition, stereotypical. - M.: Chemistry, 1965, p. 358].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, являются большие размеры капель дисперсной фазы, образующиеся при вращении лопастной мешалки в диффузоре, что снижает общую поверхность массопередачи и саму ее скорость. Это приводит к необходимости увеличения времени перемешивания, что негативно сказывается на производительности.The reasons hindering the achievement of the desired technical result are the large size of the dispersed phase droplets formed during the rotation of the paddle mixer in the diffuser, which reduces the total mass transfer surface and its very speed. This leads to the need to increase the mixing time, which negatively affects productivity.

Техническим результатом предлагаемой конструкции перемешивающего устройства является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of the mixing device is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что перемешивающее устройство содержит цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки, вал с пропеллерной мешалкой, установленной в нижней части диффузора, причем в верхней части диффузора установлен подшипник качения, наружное кольцо которого запрессовано в стенке диффузора, а внутреннее запрессовано на валу.The stated technical result is achieved by the fact that the mixing device contains a cylindrical body with a bottom and a cover, branch pipes, a shaft with a propeller agitator installed in the lower part of the diffuser, and a rolling bearing is installed in the upper part of the diffuser, the outer ring of which is pressed into the wall of the diffuser, and the inner one is pressed on the shaft.

Установка в верхней части диффузора подшипника качения так, что его наружное кольцо запрессовано на стенке диффузора, а внутреннее - на валу, позволяет при вращении вала с мешалкой создавать внутри диффузора насосный эффект, под действием которого перемешиваемые жидкости поднимаются снизу-вверх и проходят через зазоры между телами качения вовлекаются во вращение между кольцами подшипника качения, тем самым разбивая большие капли жидкостей на более мелкие, что приводит к перемешиванию на микроуровне, с образованием мелких капель в дисперсной фазе. Это увеличивает число капель, их поверхность контакта фаз со сплошной фазой и коэффициент массопередачи, что в целом увеличивает скорость массообменных процессов и уменьшает время необходимое для смешения, а значит и увеличивает производительность устройства в целом.The installation of a rolling bearing in the upper part of the diffuser so that its outer ring is pressed onto the diffuser wall, and the inner ring onto the shaft, allows, when the shaft with the agitator rotates, to create a pumping effect inside the diffuser, under the action of which the mixed liquids rise from the bottom up and pass through the gaps between rolling elements are involved in rotation between the rings of the rolling bearing, thereby breaking large drops of liquids into smaller ones, which leads to mixing at the micro level, with the formation of small drops in the dispersed phase. This increases the number of drops, their contact surface of the phases with the continuous phase and the mass transfer coefficient, which generally increases the rate of mass transfer processes and reduces the time required for mixing, and hence increases the performance of the device as a whole.

На фигуре представлено перемешивающее устройство.The figure shows a mixing device.

Перемешивающее устройство состоит из вертикального корпуса 1, герметично соединенного сверху с крышкой 2, а снизу с днищем 3. На крышке 2 выполнены патрубки 4 (для каждой жидкости отдельный) для подачи перемешиваемых жидкостей внутрь корпуса 1, а в крышке 2 установлен посредством подшипника вал 5, соединяющийся с приводом в верхней части. На нижнем конце вала 5 установлена пропеллерная мешалка 6, лопасти которой размещены в нижней части диффузора 7 (короткого цилиндрического или конического стакана), закрепленного на крышке 2 посредством штанг 8. В верхней части диффузора 7 установлен подшипник качения 9, при этом его наружное кольцо запрессовано в стенке диффузора 7, а внутреннее - на валу 5.The mixing device consists of a vertical body 1, hermetically connected at the top with a cover 2, and at the bottom with a bottom 3. On the cover 2 there are nozzles 4 (separate for each liquid) for supplying the stirred liquids into the body 1, and in the cover 2 a shaft 5 is installed by means of a bearing connected to the drive at the top. At the lower end of the shaft 5, a propeller mixer 6 is installed, the blades of which are located in the lower part of the diffuser 7 (short cylindrical or conical glass), fixed on the cover 2 by means of rods 8. A rolling bearing 9 is installed in the upper part of the diffuser 7, while its outer ring is pressed in the wall of the diffuser 7, and internal - on the shaft 5.

На днище 3 выполнен патрубок отвода 10 перемешенных жидкостей из корпуса 1.On the bottom 3 there is a branch pipe for draining 10 mixed liquids from the housing 1.

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

При закрытом патрубке отвода 10 по патрубкам 4 заливают в корпус 1, в заданном соотношении жидкости, предназначенные для перемешивания, после наполнения подачу жидкостей прекращают. Включают привод, который приводит во вращение с угловой скоростью ω вал 5 с пропеллерной мешалкой 6. Вращение вала 5 приводит в движение внутреннее кольцо подшипника качения 9.When the outlet pipe 10 is closed, it is poured into the housing 1 through the pipes 4, in a given ratio, the liquid intended for mixing, after filling, the supply of liquids is stopped. The drive is turned on, which drives the shaft 5 with the propeller agitator 6 at an angular velocity ω. The rotation of the shaft 5 drives the inner ring of the rolling bearing 9.

При вращении пропеллерной мешалки 6 внутри диффузора 7 создается насосный эффект, под действием которого потоки перемешиваемых жидкостей внутри диффузора 7 поднимаются снизу-вверх, а снаружи, в кольцевом зазоре между корпусом 1 и диффузором 7 сверху вниз (линии движения потоков на фигуре показаны стрелками), образуя смесь на макроуровне с большими размерами капель дисперсной фазы одной жидкости в сплошной фазе другой жидкости. Однако большие капли дисперсной фазы, проходя снизу-вверх попадают в зазоры между телами качения подшипника качения 9 и вовлекаются во вращение между кольцами подшипника качения 9, что приводит к дополнительному дроблению больших капель на более мелкие, обеспечивая тем самым микроуровень смешения с большим числом мелких капель, а значит с большой боковой поверхностью и увеличенной скоростью массопередачи. Все это приводит к увеличению скорости контакта фаз, а значит к более интенсивному перемешиванию жидкостей и получению тонкодисперсных эмульсии с каплями, микронного уровня. По завершению процесса перемешивания готовую эмульсию сливают через патрубок отвода 10.When the propeller mixer 6 rotates inside the diffuser 7, a pumping effect is created, under the influence of which the flows of mixed liquids inside the diffuser 7 rise from the bottom up, and outside, in the annular gap between the housing 1 and the diffuser 7 from top to bottom (the flow lines in the figure are shown by arrows), forming a mixture at the macrolevel with large droplets of the dispersed phase of one liquid in the continuous phase of another liquid. However, large drops of the dispersed phase, passing from bottom to top, fall into the gaps between the rolling elements of the rolling bearing 9 and are involved in rotation between the rings of the rolling bearing 9, which leads to additional crushing of large drops into smaller ones, thereby providing a micro level of mixing with a large number of small drops. , which means with a large side surface and an increased mass transfer rate. All this leads to an increase in the rate of phase contact, which means more intensive mixing of liquids and the production of finely dispersed emulsions with micron-level droplets. Upon completion of the mixing process, the finished emulsion is drained through the outlet pipe 10.

Перемешивающее устройство может работать в непрерывном режиме. В этом случае предназначенные для перемешивания жидкости заливают в корпус 1 по патрубкам 4, включают привод, приводящий во вращение вал 5 с пропеллерной мешалкой 6 и подшипником качения 9, но патрубок отвода 10 открыт, а полученная эмульсия непрерывно отводится из корпуса 1 в течение всего процесса перемешивания.The mixing device can operate continuously. In this case, the liquids intended for mixing are poured into the body 1 through the pipes 4, the drive is turned on, which rotates the shaft 5 with the propeller agitator 6 and the rolling bearing 9, but the outlet pipe 10 is open, and the resulting emulsion is continuously discharged from the body 1 during the entire process mixing.

Таким образом, использование перемешивающего устройство, содержащего цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки, вал с пропеллерной мешалкой, установленной в нижней части диффузора, а в верхней части диффузора установлен подшипник качения, наружное кольцо которого запрессовано в стенке диффузора, а внутреннее запрессовано на валу, позволяет увеличить производительность устройства.Thus, the use of a mixing device containing a cylindrical body with a bottom and a cover, branch pipes, a shaft with a propeller agitator installed in the lower part of the diffuser, and a rolling bearing is installed in the upper part of the diffuser, the outer ring of which is pressed into the wall of the diffuser, and the inner ring is pressed onto the shaft , allows you to increase the performance of the device.

Claims

A mixing device comprising a cylindrical body with a bottom and a cover, nozzles, a shaft with a propeller agitator installed in the lower part of the diffuser, characterized in that a rolling bearing is installed in the upper part of the diffuser, the outer ring of which is pressed into the diffuser wall, and the inner ring is pressed onto the shaft.