RU222858U1 - Смеситель - Google Patents

Abstract

Техническое решение относится к смесительным устройствам и может быть применено для приготовления однородных смесей и эмульсий, может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности перемешивания и увеличение производительности в целом. Поставленный технический результат достигается при использовании смесителя, содержащего цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, смесительный элемент, выполненный в виде пластины с чередующимися лепестками, причем пластина выполнена со вставками в виде труб, снабженных коническими пружинами и кольцами, лепестки выполнены из листового материала и установлены с возможностью перемещения по кольцам.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к смесительным устройствам и может быть применено для приготовления однородных смесей и эмульсий, и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Имеющиеся статические смесители характеризует низкая интенсивность процесса смешивания из-за образования потоков жидкости недостаточно полно смешиваемых между собой, а наличие нескольких сборных элементов приводит к образованию на их поверхности отложений, что в совокупности снижает эффективность протекания процесса [например, Брагинский Л.Н. и др. Перемешивание в жидких средах. - Л.: Химия, 1984, с. 323, рис. 14.2., а.с. №1443950, B01F 5/06, 1988].

Известна конструкция статического смесителя, содержащая корпус с патрубками ввода компонентов и вывода смеси, две группы усеченных полых перфорированных конусов, обращенных большими основаниями к патрубкам ввода компонентов, одна группа конусов соприкасается большими основаниями, размещенными на оси корпуса, а меньшие основания расположены на периферии. Конусы повернуты по часовой или против часовой стрелки. Между конусами первой группы установлены конусы второй группы, соприкасающиеся меньшими основаниями на оси, большие основания расположены на периферии корпуса. По периферии корпуса установлен завихритель, который смещен от больших оснований конусов в сторону меньших оснований, а на оси установлен также завихритель, смещенный относительно больших оснований конусов в сторону меньших оснований. Кроме того, в статическом смесителе на входе в большие основания конусов установлены завихрители, при этом пластины завихрителей, установленных в первом и третьем квадрантах плоскости поперечного сечения корпуса, установлены под одним углом к радиальной плоскости корпуса, а пластины завихрителей, установленных во втором и четвертом квадрантах, повернуты в противоположном направлении [а.с. №2014879, B01F 5/00, 1994].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая эффективность работы в силу конструкции. Весь поток жидкости перекрыт рядом конструктивных элементов: конусы с отверстиями и завихрителями, осевой и периферийный завихрители. Все эти элементы представляют собой большое гидравлическое сопротивление. Жидкость пойдет по пути наименьшего сопротивления, то есть в зазоры между конусами и завихрителями. Для повышения эффективности смешивания необходимо повышенное давление, повышающее одновременно и энергозатраты. Кроме того, элементы смесителя представляются достаточно сложными конструктивными деталями, на поверхностях которых могут образовываться отложения, что также снижает эффективность применения устройства в целом.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является статический смеситель, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, вдоль оси которого установлен смесительный элемент, где смесительный элемент выполнен в виде пластины с чередующимися лепестками на ее поверхностях, причем перед каждым лепестком со стороны входного патрубка имеется отверстие [ПМ РФ №129419, МПК B01F 5/00, опубл. 27.06.2013 г.].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность процесса перемешивания в виду его интенсификации только по оси движения потока, что не предусматривает разрушение пристенного ламинарного слоя, а следовательно недостаточное перемешивание всего объема смешиваемых компонентов, а в застойных зонах за лепестками будут образовываться отложения, которые приведут к увеличению гидравлического сопротивления, что в совокупности будет снижать эффективность протекания процесса.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности перемешивания.

Поставленный технический результат достигается при использовании смесителя, содержащего цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, смесительный элемент, выполненный в виде пластины с чередующимися лепестками, причем пластина выполнена со вставками, в виде труб, снабженных коническими пружинами и кольцами, лепестки выполнены из листового материала и установлены с возможностью перемещения по кольцам, а частота колебаний конические пружин определяется выражением

где - частота колебаний конических пружин, Гц;

k - минимальная жесткость пружины, Н/м;

m - минимально возможная масса, воздействующая на пружину, кг;

при этом максимальная жесткость конической пружины определяется пропорцией

где К и k - соответственно наибольшая и наименьшая жесткость конической пружины, Н/м;

m и M - соответственно минимальная и максимальная возможная масса, воздействующая на пружину, кг.

Исполнение лепестков из листового материала, подвижно соединенных с пластиной и возможностью их вращения под действием смешиваемых компонентов позволяет повысить эффективность перемешивания, за счет создания вихревых потоков вращающихся элементов в процессе работы, на макро- и микроуровне, разрушать пристенный ламинарный слой, а также предотвращать образование отложений на поверхности лепестка, за счет их непрерывного вращения в процессе работы, что в совокупности приводит к увеличению эффективности протекания процесса.

Установка лепестков с возможностью перемещения по кольцам позволяет создавать непрерывное вращение, возникающее в результате самораскручивания лепестка в виду его сложной геометрической формы, что позволяет без внешнего привода проводить процесс перемешивания, что способствует интенсификации протекания процесса в целом, а, следовательно, повышению его эффективности.

Установка конической пружины позволяет предотвратить вдавливание кольца с вращающимся на его поверхности лепестком в плиту, что позволит обеспечить непрерывное вращение. Максимальная жесткость пружины определяется пропорцией (2). Тогда частота колебаний под воздействием минимально возможной массы, как физического маятника, определяется согласно выражению (1),и под воздействием максимально возможной массы

При выполнении пропорции (2)

,

и при любой массе примешиваемых жидкостей его частота колебаний постоянна, что приводит к устойчивым вибрационным колебаниям и еще в большей степени интенсифицируют процесс перемешивания за счет разрушения на макро- и микроуровне вихревых потоков, вследствие чего образуется тонкодисперсная однородная смесь, что в совокупности приводит к увеличению эффективность протекания процесса в целом.

На чертеже представлена принципиальная схема данной конструкции.

Смеситель состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, вдоль оси которого установлен смесительный элемент. Смесительный элемент выполнен в виде пластины 4 с вставками, выполненными в виде трубы 5, оснащенной кольцом 6 на котором, установлен лепесток 7, с возможностью перемещения по кольцу 6. Конические пружины 8 установлены соосно трубам 5 и закреплены большим основанием на встречной подаваемому потоку пластине 4 (на последующей по ходу движения потока пластине 4), частота колебаний которых определяется выражением 1, а жесткость соотношением (2).

Смеситель работает следующим образом.

Смешиваемые компоненты подаются через входной патрубок 2 и начинают двигаться в корпусе 1 по направлению к выходному патрубку 3.

Потоки смешивающихся жидкостей, попадая на изогнутую поверхность лепестковой формы, будут приводить к образованию вихревого потока на их тыльной части, что заставит лепестки 7 перемещаться по кольцам 6 и вызовет их вращение вокруг труб 5. При этом конические пружины 8 препятствуют прижатию колец 6, на которых установлен лепесток 7, к пластинам 4, а также создавая постоянные вибрационные колебания постоянной частоты, определяемой выражением (1), при любых значения воздействующей массы, а как следствие различной жесткости пружины определяемой соотношением (2).Это приводит к интенсивному перемешиванию жидкости проходящей смесительный элемент, за счет создания вихревых потоков жидкости и турбулизации, а также значительно сокращает образование отложений на поверхности подвижных лепестков 7, что способствует увеличению времени безотказной работы, повышению эффективности процесса перемешивания и производительности в целом.

Пример. Пусть протекание процесса перемешивания может протекать при различных массовых расходах перекачиваемых жидкостей, которые технологическими параметрами могут изменяться от G_min=1 кг/с до G_max=5 кг/с. Тогда минимальная и максимальная масса, воздействующая на коническую пружину 8, будет равна 30% (площадь поверхность лепестка 7 в сечении корпуса 1 с учетом его вращательного движения) от массового расхода в сечении m=0,3 кг и M=1,5 кг. Для создания перемешивания на макро- и микроуровне и образования тонкодисперсной однородной смеси необходимой является частота колебаний 2 Гц. Тогда по уравнению 1 получим необходимую минимальную жесткость конической пружины 8

а по соотношению (2) максимальная жесткость:

Следовательно для обеспечения постоянной вибрации с частотой в 2Гц жесткость витков каждой конической пружины при любой массе воздействующей на них должна изменяться от

до .

Таким образом, использование смесителя, содержащего цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, смесительный элемент, выполненный в виде пластины со вставками, в виде труб, снабженных коническими пружинами и кольцами, лепестки, выполненные из листового материала и установленные с возможностью перемещения по кольцам, позволяет повысить эффективность перемешивания.

Claims (9)

1. Смеситель, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, смесительный элемент, выполненный в виде пластины с чередующимися лепестками, отличающийся тем, что пластина выполнена со вставками в виде труб, снабженных коническими пружинами и кольцами, лепестки выполнены из листового материала и установлены с возможностью перемещения по кольцам, а частота колебаний конических пружин определяется выражением
3. где - частота колебаний конических пружин, Гц;
4. k – минимальная жесткость пружины, Н/м;
5. m – минимально возможная масса, воздействующая на пружину, кг;
6. при этом максимальная жесткость конической пружины определяется пропорцией
7. ,
8. где К и k – соответственно наибольшая и наименьшая жесткость конической пружины, Н/м;
9. m и M – соответственно минимальная и максимальная возможная масса, воздействующая на пружину, кг.