RU2357790C1

RU2357790C1 - Mixer for fluids

Info

Publication number: RU2357790C1
Application number: RU2008110190/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Андрюшкин (RU); Александр Юрьевич Андрюшкин
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-06-10

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: invention considers mixing of liquid and powder-like substances with inherent flow properties. The invention can be used in chemical, paint and coating and food industries. The mixer includes vertical blending chamber. There is a nozzle above the said chamber and on its axis. Inside nozzle there are channels provided for supplying components to be mixed. Discharge pipe is located under the above chamber. The operating gas supply nozzles are placed full-circle at an equal distance from each other and relative to the blending chamber axis of symmetry. The above-mentioned nozzles are combined by a header and contain sleeve. There is a platform between the sleeve and discharge pipe. The platform is provided with coolant channels and open-end holes for mixed-up components passing through them. The height of the above holes exceeds their diametre in ten or more times. To discharge operating gas, several holes are provided in the blending chamber wall above the said platform. There are also holes in blending chamber walls for coolant supply to the platform channels and holes for coolant discharge from the above mentioned platform channels.

EFFECT: improved evenness of mixture components distribution in volume due to increased rate of particles dispergation and reduced time of chemical reactions between them.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к областям техники, использующим процессы смешивания жидких и порошкообразных веществ, обладающих текучестью, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности, при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.The invention relates to the fields of technology using processes of mixing liquid and powdery substances with fluidity, and can be used in the chemical, paint and varnish, food industry, in particular, in the preparation of colloidal solutions, varnishes, paints, binders, adhesives, multicomponent mixtures.

Известен «Жидкостный смеситель» по патенту РФ № 2230882, 7 МПК Е21В 33/13, 2004 г., содержащий подводящие патрубки, один из которых выполнен для жидкости с меньшим расходом, и трубопровод с установленной перегородкой, при этом подводящий патрубок для жидкости с меньшим расходом размещен соосно в трубопроводе и перфорирован по винтовой линии по всей длине, суммарная площадь отверстий перфорации равна или больше площади сечения подводящего патрубка, перегородка трубопровода выполнена в виде ленты, лента навита на перфорированный подводящий патрубок с образованием спирального канала для основного потока жидкости и с возможностью препятствия запирания этим потоком жидкости потока жидкости с меньшим расходом в подводящем патрубке.The well-known "Liquid mixer" according to the patent of the Russian Federation No. 2230882, 7 IPC ЕВВ 33/13, 2004, containing inlet pipes, one of which is made for liquid with a lower flow rate, and a pipeline with a septum installed, while the inlet pipe for liquid with a smaller the flow rate is placed coaxially in the pipeline and is perforated along the helical line along the entire length, the total area of the perforation holes is equal to or greater than the cross-sectional area of the inlet pipe, the pipe partition is made in the form of a tape, the tape is wound on a perforated inlet pipe to with the formation of a spiral channel for the main fluid flow and with the possibility of obstruction of the locking of this fluid flow of the fluid flow with a lower flow rate in the inlet pipe.

Недостатком известного устройства по патенту РФ № 2230882 является то, что формируемая смесь жидкостей имеет неравномерное распределение компонентов по ее объему из-за струйного взаимодействия двух потоков, что не позволяет получать частицы жидкости высокой дисперсности. По этой причине формируемая в смесителе смесь жидкостей неоднородна.A disadvantage of the known device according to the patent of the Russian Federation No. 2230882 is that the formed mixture of liquids has an uneven distribution of components over its volume due to the jet interaction of two streams, which does not allow to obtain particles of a highly dispersed liquid. For this reason, the mixture of liquids formed in the mixer is not uniform.

Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ № 2085271, 6 МПК B01F 5/00, 1997 г., принятое в качестве ближайшего аналога, содержащее пустотелую цилиндрическую камеру, одно из оснований которой имеет патрубок для вывода смеси, и присоединенные к камере два входных патрубка для подачи связующего, из которых один установлен тангенциально к камере, а второй - по оси камеры в другом, верхнем основании. Внутри входного патрубка, расположенного по оси камеры, установлен завихритель, выходное отверстие патрубка, расположенного по оси камеры, находится на уровне расположения входного патрубка, установленного тангенциально к камере. Камера снабжена дополнительным патрубком для подачи в нее пенообразователя и приспособлением для дробления пенообразователя на капли. Установка завихрителя внутри патрубка, расположенного по оси камеры, позволяет закрутить струю связующего в сторону, противоположную потоку связующего, подаваемого по патрубку, расположенному тангенциально к камере. При соударении потоки связующего вращаются в разные стороны, резко турбулизируются, что обеспечивает эффективное смешение.It is known "Device for foaming bituminous binder" according to the patent of the Russian Federation No. 2085271, 6 IPC B01F 5/00, 1997, adopted as the closest analogue, containing a hollow cylindrical chamber, one of the bases of which has a pipe for outputting the mixture, and attached to the camera two inlet nozzles for supplying a binder, one of which is installed tangentially to the chamber, and the second - along the axis of the chamber in the other, the upper base. Inside the inlet pipe located along the axis of the chamber, a swirl is installed, the outlet of the pipe located along the axis of the camera is at the level of the location of the inlet pipe installed tangentially to the camera. The chamber is equipped with an additional nozzle for feeding a foaming agent into it and a device for crushing the foaming agent into drops. The installation of the swirl inside the nozzle located along the axis of the chamber allows you to twist the binder stream in the direction opposite to the flow of binder supplied through the nozzle located tangentially to the chamber. In a collision, the binder flows rotate in different directions, sharply turbulize, which ensures effective mixing.

Недостатком известного устройства по патенту РФ № 2085271, 6 МПК B01F 5/00, 1997 года является то, что формируемая смесь имеет неравномерное распределение компонентов смеси по ее объему, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при смешивании высоковязких компонентов.A disadvantage of the known device according to RF patent No. 2085271, 6 IPC B01F 5/00, 1997, is that the formed mixture has an uneven distribution of the components of the mixture over its volume, since the interaction of the jets of the components in the mixing chamber does not allow particles with a high degree of dispersion ( small enough), especially when mixing highly viscous components.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения равномерности распределения компонентов смеси по ее объему за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов и уменьшения времени прохождения химических реакций между ними.The claimed invention has the task of increasing the uniformity of the distribution of the components of the mixture over its volume by increasing the degree of dispersion of the particles of the components and reducing the time of passage of chemical reactions between them.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что смеситель текучих веществ содержит вертикально расположенную цилиндрическую смесительную камеру, с осью симметрии смесительной камеры совпадает ось симметрии патрубка, расположенного сверху смесительной камеры, в патрубке выполнены по крайней мере два канала для подачи смешиваемых компонентов, а снизу смесительной камеры расположена выводная труба, при этом равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, между патрубком и выводной трубой расположена плита с каналами для теплоносителя и со сквозными отверстиями для прохода смешиваемых компонентов, высота отверстия для прохода смешиваемых компонентов превышает диаметр этого отверстия в десять или более раз, в стенке смесительной камеры над плитой выполнены отверстия для отвода рабочего газа, также в стенке смесительной камеры выполнены отверстия для подачи теплоносителя в каналы плиты и отверстия для отвода теплоносителя из каналов плиты.The problem in the invention is solved due to the fact that the fluid mixer contains a vertically arranged cylindrical mixing chamber, the axis of symmetry of the nozzle located on top of the mixing chamber coincides with the axis of symmetry of the mixing chamber, at least two channels for supplying the mixed components are made in the nozzle, and at the bottom of the mixing chamber there is an outlet pipe, while the united collectors are arranged uniformly around the circumference relative to the axis of symmetry of the mixing chamber a plate with nozzles for supplying working gas, between the nozzle and the outlet pipe there is a plate with channels for the coolant and with through holes for the passage of the mixed components, the height of the hole for the passage of the mixed components exceeds the diameter of this hole by a factor of ten or more, in the wall of the mixing chamber openings for discharging the working gas are made above the stove; also, holes are made in the wall of the mixing chamber for supplying coolant to the channels of the stove and openings for discharging the coolant from channels of the plate.

В плите могут быть выполнены сквозные отверстия постоянного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов.Through the plate can be made through holes of constant diameter for the passage of the mixed components.

В плите могут быть выполнены сквозные отверстия переменного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов, при этом площадь сечения этих отверстий уменьшается в направлении выводной трубы.Through the plate can be made through holes of variable diameter for the passage of the mixed components, while the cross-sectional area of these holes is reduced in the direction of the outlet pipe.

Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ № 2085271 тем, что равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, между патрубком и выводной трубой расположена плита с каналами для теплоносителя и со сквозными отверстиями для прохода смешиваемых компонентов, высота отверстия для прохода смешиваемых компонентов превышает диаметр этого отверстия в десять или более раз, в стенке смесительной камеры над плитой выполнены отверстия для отвода рабочего газа, также в стенке смесительной камеры выполнены отверстия для подачи теплоносителя в каналы плиты и отверстия для отвода теплоносителя из каналов плиты.The claimed invention differs from the well-known technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2085271 in that the nozzles for supplying the working gas are arranged uniformly around the axis of symmetry of the mixing chamber, and there is a plate with coolant channels and through holes between the pipe and the outlet pipe for the passage of the mixed components, the height of the hole for the passage of the mixed components exceeds the diameter of this hole by ten or more times, in the wall mix noy chamber above the plate provided with holes for discharging the working gas in the mixing chamber wall is provided with holes for supplying the coolant channels in the plate and openings for discharging coolant from the plate channels.

Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение равномерности распределения компонентов смеси по ее объему за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов и уменьшения времени прохождения химических реакций между ними.The indicated difference made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the uniformity of the distribution of the components of the mixture over its volume by increasing the degree of dispersion of the particles of the components and reducing the time of passage of chemical reactions between them.

На фиг.1 представлен смеситель текучих веществ, в плите которого выполнены отверстия постоянного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов.Figure 1 shows a fluid mixer, in the plate of which holes are made of constant diameter for the passage of the mixed components.

На фиг.2 изображен смеситель текучих веществ, в плите которого выполнены отверстия переменного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов.Figure 2 shows a fluid mixer, in the plate of which holes are made with a variable diameter section for the passage of the mixed components.

Смеситель текучих веществ (фиг.1) содержит вертикально расположенную цилиндрическую смесительную камеру 1 (фиг.1, 2), с осью 2 (фиг.1, 2) симметрии смесительной камеры 1 совпадает ось 3 (фиг.1, 2) симметрии патрубка 4 (фиг.1, 2), расположенного сверху смесительной камеры 1, в патрубке 4 выполнены по крайней мере два канала 5 (фиг.1, 2) для подачи смешиваемых компонентов, а снизу смесительной камеры 1 расположена выводная труба 6 (фиг.1, 2), при этом равномерно по окружности относительно оси 2 симметрии смесительной камеры 1 расположены объединенные коллектором 7 (фиг.1, 2) и охватывающие патрубок 4 сопла 8 (фиг.1, 2) для подачи рабочего газа, между патрубком 4 и выводной трубой 7 расположена плита 9 (фиг.1, 2) с каналами 10 (фиг.1, 2) для теплоносителя и со сквозными отверстиями 11 (фиг.1, 2) для прохода смешиваемых компонентов, высота h отверстия 11 для прохода смешиваемых компонентов превышает диаметр d этого отверстия 11 в десять или более раз, в стенке 12 (фиг.1, 2) смесительной камеры 1 над плитой 9 выполнены отверстия 13 (фиг.1, 2) для отвода рабочего газа, также в стенке 12 смесительной камеры 1 выполнены отверстия 14 (фиг.1, 2) для подачи теплоносителя в каналы 10 плиты 9 и отверстия 15 (фиг.1, 2) для отвода теплоносителя из каналов 10 плиты 9.The fluid mixer (figure 1) contains a vertically arranged cylindrical mixing chamber 1 (figure 1, 2), with the axis 2 (figure 1, 2) of symmetry of the mixing chamber 1 coincides axis 3 (figure 1, 2) of symmetry of the pipe 4 (Fig. 1, 2) located on top of the mixing chamber 1, in the pipe 4 there are at least two channels 5 (Fig. 1, 2) for supplying the components to be mixed, and an outlet pipe 6 is located below the mixing chamber 1 (Fig. 1, 2), while uniformly around the circumference relative to the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1 are located united by a collector 7 (Fig. 1, 2) and the nozzle 8 nozzle 8 (Fig. 1, 2) covering for supplying the working gas, between the nozzle 4 and the outlet pipe 7 there is a plate 9 (Fig. 1, 2) with channels 10 (Fig. 1, 2) for the coolant and with through holes 11 (1, 2) for the passage of the mixed components, the height h of the hole 11 for the passage of the mixed components exceeds the diameter d of this hole 11 by ten or more times, in the wall 12 (figure 1, 2 ) of the mixing chamber 1 over the stove 9 holes 13 are made (1, 2) for the removal of working gas, also in the wall 12 of the mixing chamber 1 holes 14 are made (1, 2) d I coolant supply channels 10 in the plate 9 and the holes 15 (Figures 1, 2) for discharging the coolant channels 10 of plate 9.

В плите 9 выполнены сквозные отверстия 11 постоянного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов (фиг.1).In the plate 9, through holes 11 are made of a constant cross-sectional diameter for the passage of the mixed components (Fig. 1).

В плите 9 выполнены сквозные отверстия 11 переменного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов, при этом площадь сечения этих отверстий 11 уменьшается в направлении выводной трубы 6 (фиг.2).In the plate 9 there are made through holes 11 of variable cross-sectional diameter for the passage of the mixed components, while the cross-sectional area of these holes 11 is reduced in the direction of the outlet pipe 6 (figure 2).

В состав смесителя текучих веществ входит патрубок 16 (фиг.1, 2) для подачи рабочего газа в коллектор 7, который установлен на смесительную камеру 1 через герметизирующую прокладку 17 (фиг.1, 2) с помощью крепежных элементов 18 (фиг.1, 2).The composition of the fluid mixer includes a pipe 16 (figure 1, 2) for supplying a working gas to the manifold 7, which is installed on the mixing chamber 1 through a sealing gasket 17 (figure 1, 2) using fasteners 18 (figure 1, 2).

Смеситель текучих веществ работает следующим образом. Смешиваемые компоненты подают самотеком или под давлением через каналы 5 в патрубке 4. Рабочий газ подают под давлением к соплам 8 через патрубок 16 и коллектор 7. Распределяясь в коллекторе 7, рабочий газ истекает из сопел 8 в виде системы газодинамических струй. Струи компонентов смешиваемых веществ, выходящие из соответствующих каналов 5, попадают в систему газодинамических струй рабочего газа, где они подвергаются аэродинамическому воздействию, приводящему к распаду струй смешиваемых компонентов на капли (частицы). Применение в соплах 8 конических сопловых трактов и трактов в форме сопла Лаваля позволяет получить сверхзвуковой режим истечения рабочего газа. При сверхзвуковом режиме истечения рабочего газа образуется факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Капли распыляемых компонентов, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности готовой смеси. При многоструйной подаче рабочего газа, то есть при применении нескольких сопел 8, количество скачков уплотнения увеличивается, степень диспергации и гомогенизации капель резко возрастает. Образованное облако капель движется внутри газодинамического «транспортера», состоящего из отдельных газодинамических струй. По мере падения скорости газодинамических струй имеет место их смыкание в единый кольцевой поток с размывающимся пограничным контуром, что приводит к турбулизации внутреннего потока и гомогенизации диспергированных компонентов. В результате постадийного процесса дробления, распыления, турбулизации и гомогенизации в факеле распыления формируется облако капель с равномерным распределением компонентов по его объему. Взаимодействие между частицами распыленных компонентов отсутствует, так как расстояние между ними достаточно велико. Напыление капель компонентов на плиту 9, нагреваемую теплоносителем, циркулирующим в плите 9 по каналам 10, позволяет, например, испарять дисперсионную среду, в которой находятся смешиваемые компоненты, или проводить взаимодействие между смешиваемыми компонентами. Так как отношение высоты h отверстия 11 превышает диаметр d этого отверстия 11 для прохода смешиваемых компонентов в десять или более раз, то капли смешиваемых компонентов оседают на стенках отверстий 11 и постепенно стекают по стенке отверстия 11 вниз к выводной трубе 6, взаимодействуя между собой. Высокая температура ускоряет испарение или химические реакции между частицами. Теплоноситель подают через отверстия 14 в каналы 10 плиты 9 и отводят через отверстия 15 в стенке 12 смесительной камеры 1. После прохождения испарения дисперсионной среды или прохождения химических реакций порция готовой смеси, проходя через отверстия 11 плиты 9, попадает в выводную трубу 6. Следующая порция капель напыляется на плиту 9 и таким образом обеспечивается непрерывное формирование смеси. В зависимости от свойств смешиваемых компонентов: вязкости, плотности, поверхностного натяжения и времени прохождения процессов взаимодействия между частицами смешиваемых компонентов сквозные отверстия 11 в плите 9 могут иметь различное исполнение. Отверстия 11 в плите 9 могут быть выполнены постоянного по диаметру сечения (фиг.1), такие отверстия 11 используются в том случае, если процесс взаимодействия между частицами смешиваемых компонентов происходит быстро. Если процесс взаимодействия между частицами смешиваемых компонентов происходит медленно, то отверстия 11 в плите 9 могут быть выполнены переменного по диаметру сечения, при этом площадь сечения уменьшается в направлении выводной трубы 6 (фиг.2). Это приводит к тому, что частицы смешиваемых компонентов более длительное время находятся в отверстии 11. В стенке 12 смесительной камеры 1 над плитой 9 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа, также через эти отверстия 13 отводятся газообразные продукты от взаимодействия частиц смешиваемых компонентов.The fluid mixer operates as follows. Mixed components are fed by gravity or under pressure through channels 5 in the nozzle 4. The working gas is supplied under pressure to the nozzles 8 through the nozzle 16 and the manifold 7. Distributed in the manifold 7, the working gas flows from the nozzles 8 in the form of a system of gas-dynamic jets. The jets of components of the mixed substances leaving the corresponding channels 5 fall into the system of gas-dynamic jets of the working gas, where they are subjected to aerodynamic action, which leads to the decay of the jets of the mixed components into droplets (particles). The use of 8 conical nozzle paths and paths in the form of a Laval nozzle in nozzles makes it possible to obtain a supersonic regime of the expiration of the working gas. In the supersonic regime of the expiration of the working gas, a spray pattern is formed with a developed system of shock waves. Drops of sprayed components passing through the shock waves are crushed into smaller ones, which leads to an increase in the uniformity of the finished mixture. When multi-jet supply of working gas, that is, when using multiple nozzles 8, the number of shock waves increases, the degree of dispersion and homogenization of the drops increases sharply. The formed cloud of droplets moves inside the gas-dynamic "conveyor", consisting of separate gas-dynamic jets. As the velocity of the gas-dynamic jets decreases, they close into a single annular flow with a blurring boundary contour, which leads to turbulence of the internal flow and homogenization of the dispersed components. As a result of the step-by-step process of crushing, spraying, turbulization and homogenization, a cloud of droplets is formed in the spray plume with a uniform distribution of components over its volume. The interaction between the particles of the sprayed components is absent, since the distance between them is quite large. Spraying droplets of the components onto the plate 9, heated by the heat carrier circulating in the plate 9 through the channels 10, allows, for example, to vaporize the dispersion medium in which the components are mixed, or to carry out the interaction between the components to be mixed. Since the ratio of the height h of the hole 11 exceeds the diameter d of this hole 11 for the passage of the mixed components ten or more times, drops of the mixed components settle on the walls of the holes 11 and gradually flow down the wall of the hole 11 down to the outlet pipe 6, interacting with each other. High temperatures accelerate evaporation or chemical reactions between particles. The coolant is fed through holes 14 into the channels 10 of the plate 9 and is removed through holes 15 in the wall 12 of the mixing chamber 1. After passing through the evaporation of the dispersion medium or chemical reactions, a portion of the finished mixture passing through holes 11 of the plate 9 enters the outlet pipe 6. The next portion drops are sprayed onto the plate 9 and thus the continuous formation of the mixture is ensured. Depending on the properties of the components to be mixed: viscosity, density, surface tension and the duration of the interaction processes between the particles of the components to be mixed, the through holes 11 in the plate 9 can have different designs. The holes 11 in the plate 9 can be made constant in diameter (Fig. 1), such holes 11 are used if the process of interaction between the particles of the mixed components occurs quickly. If the interaction process between the particles of the mixed components occurs slowly, then the holes 11 in the plate 9 can be made variable in cross-sectional diameter, while the cross-sectional area decreases in the direction of the outlet pipe 6 (Fig.2). This leads to the fact that the particles of the mixed components are in the hole 11 for a longer time. In the wall 12 of the mixing chamber 1 above the stove 9, openings 13 are made for exhausting the working gas, and gaseous products from the interaction of particles of the mixed components are removed through these openings 13.

Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение равномерности распределения компонентов смеси по ее объему за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов и уменьшения времени прохождения химических реакций между ними.The claimed invention made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the uniformity of the distribution of the components of the mixture over its volume by increasing the degree of dispersion of the particles of the components and reducing the time of passage of chemical reactions between them.

Claims

1. The fluid mixer containing a vertically arranged cylindrical mixing chamber, the axis of symmetry of the nozzle located on top of the mixing chamber coincides with the axis of symmetry of the mixing chamber, at least two channels for supplying the mixed components are made in the nozzle, and an outlet pipe is located at the bottom of the mixing chamber, characterized by the fact that uniformly around the circumference relative to the axis of symmetry of the mixing chamber are located united by a collector and covering the nozzle nozzle for supplying about gas, between the nozzle and the outlet pipe there is a plate with channels for the coolant and with through holes for the passage of the mixed components, the height of the hole for the passage of the mixed components exceeds the diameter of this hole by a factor of ten or more, openings are made in the wall of the mixing chamber above the stove to discharge the working gas, also in the wall of the mixing chamber holes are made for supplying coolant to the channels of the stove and holes for draining the coolant from the channels of the stove.

2. The device according to claim 1, characterized in that the plate has through holes with a constant diameter cross section for the passage of the mixed components.

3. The device according to claim 1, characterized in that the plate has through holes with a variable diameter section for the passage of the mixed components, while the cross-sectional area of these holes decreases in the direction of the outlet pipe.