RU2393914C1

RU2393914C1 - Mixer

Info

Publication number: RU2393914C1
Application number: RU2009105917/15A
Authority: RU
Inventors: Виталий Константинович Мезиков (RU); Виталий Константинович Мезиков; Аркадий Константинович Мезиков (RU); Аркадий Константинович Мезиков; Алексей Георгиевич Тенигин (RU); Алексей Георгиевич Тенигин; Наталья Алексеевна Мещерякова (RU); Наталья Алексеевна Мещерякова
Original assignee: Виталий Константинович Мезиков; Аркадий Константинович Мезиков
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in chemical industry for producing emulsions and suspensions with homogeneous highly-dispersed composition. Proposed mixer consists of several chambers representing a rectangular parallelepiped with inlet and outlet branch pipes arranged on its opposite face sides. Streamwise first chamber has at least four outlet branch pipes. Every intermediate chamber has the same number of inlet and outlet branch pipes. The same number of inlet branch pipes are arranged on face side of streamwise final chamber. Extreme and central branch pipes of previous chamber are connected via pipelines with central and extreme inlet branch pipes, respectively, of streamwise next chamber. Every chamber is furnished with ultrasound transducer incorporating acoustic wave concentrator with its outlet end face accommodating radiating plate.

EFFECT: emulsions and suspensions with homogeneous highly-dispersed composition.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения эмульсий и суспензий с однородным высокодисперсным составом.The invention relates to the chemical industry and can be used to obtain emulsions and suspensions with a homogeneous highly dispersed composition.

Известно устройство для ультразвуковой обработки жидкости, движущейся по трубопроводу, содержащее ультразвуковой преобразователь с полуволновым цилиндрическим волноводом, закрепленным на колене трубопровода с помощью диафрагмы, составляющей единое целое с волноводом, и расположенной в плоскости узла колебательных смещений волновода, излучающий торец которого частично введен внутрь колена трубопровода (Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. - М: Энергия, 1976. - 320 с.).A device is known for ultrasonic treatment of a fluid moving through a pipeline, comprising an ultrasonic transducer with a half-wave cylindrical waveguide mounted on a pipe bend using a diaphragm that is integral with the waveguide and located in the plane of the vibrational displacement node of the waveguide, the radiating end of which is partially inserted inside the pipe bend (Gershgal D.A., Fridman V.M. Ultrasonic technological equipment. - M: Energy, 1976. - 320 p.).

Однако вследствие того, что область озвучивания занимает часть поперечного сечения трубопровода, а время воздействия ультразвуковых колебаний отличается для струй потока, находящихся на различном расстоянии от его оси, из-за неравномерности профиля скоростей потока полученные эмульсии и суспензии имеют неоднородный дисперсный состав.However, due to the fact that the scoring area occupies part of the pipeline cross section, and the time of exposure to ultrasonic vibrations differs for stream jets located at different distances from its axis, the resulting emulsions and suspensions have an inhomogeneous dispersed composition due to the irregularity of the flow velocity profile.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является смеситель, состоящий из нескольких камер, выполненных в форме прямоугольного параллелепипеда, имеющих на противоположных торцевых гранях входные и выходные патрубки, оси которых пересекают оси симметрии соответствующих торцевых граней, причем первая по потоку камера имеет не менее четырех выходных патрубков, столько же входных и выходных патрубков имеет каждая промежуточная камера, такое же число входных патрубков расположено на торцевой грани последней по потоку камеры, при этом крайние и центральные выходные патрубки предыдущей камеры соединены трубопроводами соответственно с центральными и крайними входными патрубками следующей по потоку камеры (Патент США 3404869, М.Кл. B01F 5/06).The closest analogue to the claimed device is a mixer, consisting of several chambers made in the form of a rectangular parallelepiped, having input and output nozzles on opposite end faces, the axes of which intersect the axis of symmetry of the respective end faces, the first flow chamber having at least four output nozzles , the same number of inlet and outlet nozzles has each intermediate chamber, the same number of inlet nozzles is located on the end face of the last downstream chamber, pr and this, the extreme and central outlet pipes of the previous chamber are connected by pipelines, respectively, to the central and extreme inlet pipes of the next downstream chamber (US Patent 3404869, M.C. B01F 5/06).

В известном устройстве оси входных и выходных патрубков лежат в перпендикулярных плоскостях. При этом механизм смешения, заключающийся в разделении потока на несколько струй, изменении направлений линий тока, рекомбинации струй в основной поток и последующем его разделении, вследствие низкой интенсивности воздействия на поток не обеспечивает возможности получения высокодисперсных эмульсий и суспензий.In the known device, the axis of the inlet and outlet nozzles lie in perpendicular planes. Moreover, the mixing mechanism, which consists in dividing the stream into several jets, changing the direction of the streamlines, recombining the jets into the main stream and its subsequent separation, due to the low intensity of the effect on the stream, does not provide the possibility of obtaining highly dispersed emulsions and suspensions.

Другим недостатком известного устройства является образование застойных зон в камерах в местах установки входных и выходных патрубков, что снижает качество смешения.Another disadvantage of the known device is the formation of stagnant zones in the chambers at the installation sites of the inlet and outlet pipes, which reduces the quality of mixing.

Целью изобретения является получение эмульсий и суспензий с однородным высокодисперсным составом.The aim of the invention is to obtain emulsions and suspensions with a uniform highly dispersed composition.

Указанная цель достигается тем, что в известном смесителе, состоящем из нескольких камер, выполненных в форме прямоугольного параллелепипеда, имеющих на противоположных торцевых гранях входные и выходные патрубки, оси которых пересекают оси симметрии соответствующих торцевых граней, причем первая по потоку камера имеет не менее четырех выходных патрубков, столько же входных и выходных патрубков имеет каждая промежуточная камера, такое же число входных патрубков расположено на торцевой грани последней по потоку камеры, при этом крайние и центральные выходные патрубки предыдущей камеры соединены трубопроводами соответственно с центральными и крайними входными патрубками следующей по потоку камеры, каждая камера снабжена ультразвуковым преобразователем с акустическим волновым концентратором, присоединенным к верхней грани камеры в плоскости узлов колебательных смещений, на выходном торце которого закреплена прямоугольная излучающая пластина, причем излучающая пластина расположена внутри камеры в одной плоскости с осями входных и выходных патрубков, являющееся плоскостью симметрии прямоугольного параллелепипеда, проходящей через середину его вертикальных ребер.This goal is achieved by the fact that in the known mixer, consisting of several chambers made in the form of a rectangular parallelepiped, having input and output pipes on opposite end faces, the axes of which intersect the axis of symmetry of the corresponding end faces, the first flow chamber having at least four output nozzles, the same number of inlet and outlet nozzles each intermediate chamber has, the same number of inlet nozzles is located on the end face of the last downstream chamber, while and the central output nozzles of the previous chamber are connected by pipelines, respectively, to the central and extreme inlet nozzles of the next downstream chamber, each chamber is equipped with an ultrasonic transducer with an acoustic wave concentrator attached to the upper face of the chamber in the plane of the vibrational displacement nodes, on the output end of which a rectangular radiating plate is fixed, moreover, the radiating plate is located inside the chamber in the same plane with the axes of the inlet and outlet pipes, which is loskostyu symmetry of a rectangular parallelepiped, passing through the midpoint of its vertical edges.

Предпочтительным вариантом воплощения изобретения является то, что входные и выходные патрубки камер снабжены соответственно диффузорами и конфузорами, прикрепленными к концам патрубков и торцевым граням камер.A preferred embodiment of the invention is that the inlet and outlet nozzles of the chambers are respectively provided with diffusers and confusers attached to the ends of the nozzles and the end faces of the chambers.

Отличительными признаками является то, что каждая камера снабжена ультразвуковым преобразователем с акустическим волновым концентратором, присоединенным к верхней грани камеры в плоскости узлов колебательных смещений, на выходном торце которого закреплена прямоугольная излучающая пластина, причем излучающая пластина расположена внутри камеры в одной плоскости с осями входных и выходных патрубков, являющееся плоскостью симметрии прямоугольного параллелепипеда, проходящей через середину его вертикальных ребер.Distinctive features is that each chamber is equipped with an ultrasonic transducer with an acoustic wave concentrator attached to the upper face of the chamber in the plane of vibrational displacement nodes, at the output end of which a rectangular radiating plate is fixed, and the radiating plate is located inside the chamber in the same plane with the input and output axes nozzles, which is the plane of symmetry of a rectangular parallelepiped passing through the middle of its vertical ribs.

Благодаря применению ультразвукового преобразователя с акустическим волновым концентратором, на выходном торце которого закреплена прямоугольная излучающая пластина, на проходящую через камеру обрабатываемую среду оказывается интенсивное кавитационное воздействие, что обеспечивает получение высокодисперсных эмульсий и суспензий.Due to the use of an ultrasonic transducer with an acoustic wave concentrator, on the output end of which a rectangular radiating plate is fixed, the processed medium passing through the chamber is subjected to intense cavitation, which provides highly dispersed emulsions and suspensions.

Предложенное расположение входных и выходных патрубков камер смесителя в одной плоскости позволяет сформировать равномерный профиль скоростей по ширине потока. Вследствие чего обеспечивается одинаковое время кавитационного воздействия со стороны излучающей пластины ультразвукового преобразователя на обрабатываемую среду. Поэтому при эмульгировании и диспергировании обрабатываемых сред достигается получение эмульсий и суспензий с однородным по размеру высокодисперсным составом.The proposed arrangement of the inlet and outlet nozzles of the mixer chambers in one plane makes it possible to form a uniform velocity profile along the flow width. As a result, the same cavitation time is provided from the side of the emitting plate of the ultrasonic transducer on the medium being treated. Therefore, when emulsifying and dispersing the treated media, emulsions and suspensions are obtained with a uniformly finely divided composition.

Другим отличительным признаком предложенного смесителя является то, что входные и выходные патрубки камер снабжены соответственно диффузорами и конфузорами, прикрепленными к концам патрубков и торцевым граням камер.Another distinctive feature of the proposed mixer is that the inlet and outlet nozzles of the chambers are equipped with diffusers and confusers, respectively, attached to the ends of the nozzles and the end faces of the chambers.

Это позволяет исключить образование застойных зон в камерах и повысить качество смешения.This eliminates the formation of stagnant zones in the chambers and improves the quality of mixing.

На чертежах показан предлагаемый смеситель:The drawings show the proposed mixer:

на фиг.1 - вид сверху;figure 1 is a top view;

на фиг.2 - поперечный разрез промежуточной камеры;figure 2 is a cross section of an intermediate chamber;

на фиг.3 - вид спереди промежуточной камеры, на входных и выходных патрубках которой установлены соответственно диффузоры и конфузоры.figure 3 is a front view of the intermediate chamber, at the inlet and outlet nozzles of which are installed respectively diffusers and confusers.

Смеситель состоит из первой по потоку камеры 1, одной или нескольких промежуточных камер 2 и последней по потоку камеры 3, выполненных в форме прямоугольного параллелепипеда. Число промежуточных камер 2 определяется требуемой степенью дисперсности эмульсий и суспензий.The mixer consists of the first downstream chamber 1, one or more intermediate chambers 2 and the last downstream chamber 3, made in the form of a rectangular parallelepiped. The number of intermediate chambers 2 is determined by the required degree of dispersion of emulsions and suspensions.

На противоположных торцевых гранях камер расположены входные патрубки 4 и выходные патрубки 5, оси которых лежат в плоскости симметрии прямоугольного параллелепипеда, проходящей через середины его вертикальных ребер. Первая по потоку камера 1 имеет не менее четырех выходных патрубков 5, столько же входных патрубков 4 и выходных патрубков 5 имеет каждая промежуточная камера 2 и такое же число входных патрубков 4 расположено на торцевой грани последней по потоку камеры 3. При этом крайние и центральные выходные патрубки 5 предыдущей камеры соединены трубопроводами 6 соответственно с центральными и крайними входными патрубками 4 следующей по потоку камеры.On the opposite end faces of the chambers are the inlet nozzles 4 and the outlet nozzles 5, the axes of which lie in the plane of symmetry of the rectangular parallelepiped passing through the middle of its vertical ribs. The first downstream chamber 1 has at least four outlet nozzles 5, the same number of inlet nozzles 4 and outlet nozzles 5 has each intermediate chamber 2 and the same number of inlet nozzles 4 is located on the end face of the last downstream chamber 3. Moreover, the extreme and central outlets the nozzles 5 of the previous chamber are connected by pipelines 6, respectively, with the central and extreme inlet nozzles 4 of the next downstream chamber.

Каждая камера снабжена ультразвуковым преобразователем 7 с акустическим волновым концентратором 8, присоединенным к верхней грани камеры в плоскости узлов колебательных смещений 9. На выходном торце концентратора 8 закреплена прямоугольная излучающая пластина 10, которая расположена внутри камеры в одной плоскости с осями входных патрубков 4 и выходных патрубков 5.Each chamber is equipped with an ultrasonic transducer 7 with an acoustic wave concentrator 8 connected to the upper face of the chamber in the plane of the vibrational displacement nodes 9. A rectangular radiating plate 10 is fixed at the output end of the concentrator 8, which is located inside the chamber in the same plane with the axes of the inlet pipes 4 and the outlet pipes 5.

В предпочтительном варианте исполнения, представленном на фиг.3, входные патрубки 4 и выходные патрубки 5 камер снабжены соответственно диффузорами 11 и конфузорами 12, прикрепленными к концам патрубков и торцевым граням камер.In the preferred embodiment shown in FIG. 3, the inlet pipes 4 and the outlet pipes 5 of the chambers are provided with diffusers 11 and confusers 12, respectively, attached to the ends of the pipes and the end faces of the chambers.

Смеситель работает следующим образом.The mixer operates as follows.

Исходные компоненты через входные патрубки 4 поступают в первую по потоку камеру 1. Ультразвуковой преобразователь 7 создает упругие механические колебания, которые через акустический концентратор 8 передаются излучающей пластине 10, которая возбуждает в обрабатываемой среде ультразвуковые волны высокой интенсивности, при распространении которых возникают кавитация и акустические течения. В результате чего происходит эмульгирование жидкостей или диспергирование твердой фазы суспензий, а также перемешивание обрабатываемой среды за счет акустических течений в поперечном направлении.The initial components through the inlet pipes 4 enter the first downstream chamber 1. The ultrasonic transducer 7 creates elastic mechanical vibrations that are transmitted through the acoustic concentrator 8 to the emitting plate 10, which excites high-intensity ultrasonic waves in the medium to be processed, during the propagation of which cavitation and acoustic flows . As a result, emulsification of liquids or dispersion of the solid phase of suspensions occurs, as well as mixing of the processed medium due to acoustic flows in the transverse direction.

Далее через трубопроводы 6 обрабатываемая среда поступает в промежуточную камеру 2, где за счет того, что крайние и центральные выходные патрубки 5 камеры 1, соединены в одной плоскости трубопроводами 6 соответственно с центральными и крайними входными патрубками 4 промежуточной камеры 2, перед излучающей пластиной 10 по ширине потока обрабатываемой среды формируется равномерный профиль скоростей. Что обеспечивает одинаковое время кавитационного воздействия на обрабатываемую среду и позволяет получить однородный дисперсный состав эмульсий и суспензий.Further, through the pipelines 6, the medium to be processed enters the intermediate chamber 2, where due to the fact that the extreme and central outlet pipes 5 of the chamber 1 are connected in the same plane by pipelines 6, respectively, with the central and extreme inlet pipes 4 of the intermediate chamber 2, in front of the radiating plate 10 the width of the flow of the medium being processed forms a uniform velocity profile. That provides the same time of cavitation effects on the medium being processed and allows to obtain a homogeneous dispersed composition of emulsions and suspensions.

Процесс обработки происходит аналогичным образом в следующих промежуточных камерах 2 и выходной камере 3, что позволяет усилить эффект кавитационного воздействия и обеспечить требуемую степень дисперсности и однородности эмульсий и суспензий.The processing process occurs in a similar manner in the following intermediate chambers 2 and the outlet chamber 3, which allows you to enhance the effect of cavitation and to provide the required degree of dispersion and uniformity of emulsions and suspensions.

В предпочтительном варианте исполнения обрабатываемая среда проходит через диффузоры 11 и конфузоры 12 камер, что исключает образование в них застойных зон и позволяет повысить качество смешения.In a preferred embodiment, the medium to be processed passes through diffusers 11 and confusers 12 of the chambers, which eliminates the formation of stagnant zones in them and improves the quality of mixing.

Таким образом, предлагаемый смеситель обеспечивает получение эмульсий и суспензий с однородным высокодисперсным составом.Thus, the proposed mixer provides emulsions and suspensions with a homogeneous highly dispersed composition.

Claims

1. The mixer, consisting of several chambers made in the form of a rectangular parallelepiped, having input and output nozzles on opposite end faces, the axes of which intersect the axis of symmetry of the corresponding end faces, the first flow chamber having at least four output nozzles, the same number of input and each intermediate chamber has outlet nozzles, the same number of inlet nozzles is located on the end face of the last downstream chamber, while the extreme and central outlet nozzles of the previous the amers are connected by pipelines, respectively, to the central and extreme inlet pipes of the next downstream chamber, characterized in that each chamber is equipped with an ultrasonic transducer with an acoustic wave concentrator attached to the upper face of the chamber in the plane of the vibrational displacement nodes, at the output end of which a rectangular radiating plate is fixed, and the radiating plate is located inside the chamber in the same plane with the axes of the inlet and outlet nozzles, which is a plane of symmetry straight a rectangular parallelepiped passing through the middle of its vertical edges.

2. The mixer according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet nozzles of the chambers are equipped with diffusers and confusers, respectively, attached to the ends of the nozzles and the end faces of the chambers.