RU2463102C2

RU2463102C2 - Gas-dynamic mixer

Info

Publication number: RU2463102C2
Application number: RU2011101126/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Андрюшкин (RU); Александр Юрьевич Андрюшкин
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-10-10
Also published as: RU2011101126A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mixing of fluids and powders and may be used in chemical industry, production of paintwork materials and food industry. Proposed mixer comprises vertical mixing chamber. Mixing chamber axis is aligned with that of branch pipe arranged atop the mixer. Said branch pipe incorporates, at least, two channels to feed components to be mixed and, at least, one working gas feed channel. Discharge tube is arranged at mixing chamber bottom. Aforesaid branch pipe revolving about its axis of symmetry incorporates jets arranged regularly along the circle to communicate with working gas feed channel and to cover mix components feed channel. Branch pipe is arranged at a distance from mixing chamber bottom to provided for definite depth of mix crater caused by exhaust gas jets. Mixing chamber wall has working gas discharge openings made above mix level.

EFFECT: better homogeneity of mix.

2 dwg

Description

Изобретение относится к областям техники, использующим процессы перемешивания 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 fields of technology using mixing processes of fluid 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.

Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ №2085271, 6МПК B01F 5/00, 1997 год, 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, 6MPK B01F 5/00, 1997, containing a hollow cylindrical chamber, one of the bases of which has a pipe for outputting the mixture and two inlet pipes for supplying a binder connected to the camera, of which one is mounted tangentially to the camera, and the second is along the camera axis in the other, 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 the collision, the binder flows, rotate in different directions, sharply turbulize, which ensures effective mixing.

Недостатком известного устройства по патенту РФ №2085271 является низкая однородность смеси, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при перемешивании высоковязких компонентов.A disadvantage of the known device according to RF patent No. 2085271 is the low uniformity of the mixture, since the interaction of the jets of the components in the mixing chamber does not allow particles with a high degree of dispersion (sufficiently small sizes) to be obtained, especially when mixing highly viscous components.

Известен «Способ смешивания сыпучих материалов и аэродинамическое устройство для его осуществления» по патенту РФ №2294795, 6МПК B01F 3/18, 2007 год, включающий подачу воздуха и компонентов смеси тангенциально в емкость и перемешивание их во взвешенном состоянии, совместно посредством всасывания за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса с одновременным дозированием компонентов смеси тангенциальными патрубками разного диаметра, установленными в одной плоскости, и последующим смешиванием их в одной рабочей зоне. Аэродинамическое устройство, принятое в качестве ближайшего аналога, содержит конический корпус, крышку с коробами выхода воздуха, камеру, установленную над крышкой с входным тангенциальным патрубком для подачи воздуха, центробежное вентиляторное колесо с лопатками, установленное под крышкой, полый конус с отверстием в вершине, закрепленный под центробежным вентиляторным колесом днищем вверх, и патрубок выпуска частиц, при этом на боковой поверхности рабочей камеры установлены несколько тангенциальных патрубков для ввода воздуха совместно с компонентами смеси, причем тангенциальные патрубки имеют разные диаметры и расположены последовательно по нарастающей от меньшего диаметра к большему на одной горизонтальной плоскости, а высота лопаток центробежного вентиляторного колеса должна быть равна или не меньше наибольшего диаметра всасывающего тангенциального патрубка.The well-known "Method of mixing bulk materials and an aerodynamic device for its implementation" according to the patent of Russian Federation No. 2294795, 6MPK B01F 3/18, 2007, including the supply of air and components of the mixture tangentially into the container and mixing them in suspension, together by suction by creating vacuum in the tank using the blades of a centrifugal fan wheel with simultaneous dosing of the mixture components with tangential nozzles of different diameters installed in the same plane, and then mixing them in ne of the working area. The aerodynamic device, adopted as the closest analogue, contains a conical body, a cover with air outlet ducts, a chamber mounted above the cover with an inlet tangential air inlet, a centrifugal fan wheel with vanes mounted under the cover, a hollow cone with a hole in the apex, fixed under the centrifugal fan wheel the bottom up, and a pipe for the release of particles, while on the side surface of the working chamber there are several tangential pipes for air inlet locally with the components of the mixture, and the tangential nozzles have different diameters and are arranged sequentially increasing from a smaller diameter to a larger one on the same horizontal plane, and the height of the centrifugal fan wheel blades should be equal to or not less than the largest diameter of the suction tangential pipe.

Недостатком известного устройства по патенту РФ №2294795 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность из-за перемешивания компонентов смеси во взвешенном состоянии, посредством всасывания их за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса, что не позволяет получать частицы достаточно малых размеров.A disadvantage of the known device according to the patent of the Russian Federation No. 2294795 is that the formed mixture has low uniformity due to mixing of the components of the mixture in suspension, by suctioning them by creating a vacuum in the tank using the blades of a centrifugal fan wheel, which does not allow to obtain particles small enough sizes.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.The claimed invention has the task of increasing the uniformity of the mixture by increasing the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что газодинамический смеситель содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру, с осью симметрии смесительной камеры совпадает ось симметрии патрубка, расположенного сверху смесительной камеры, в патрубке выполнены по крайней мере два канала подачи перемешиваемых компонентов смеси и по крайней мере один канал подачи рабочего газа, в дне смесительной камеры расположена выводная труба, при этом в патрубке, имеющем возможность вращения вокруг оси симметрии патрубка, равномерно по окружности относительно оси симметрии патрубка расположены объединенные коллектором, сообщающимся с каналом подачи рабочего газа, и охватывающие каналы подачи перемешиваемых компонентов смеси по крайней мере два сопла, патрубок расположен от дна смесительной камеры на расстоянии h, обеспечивающем глубину h1 кратеров в смеси от истекающего из сопел рабочего газа, в стенке смесительной камеры над смесью выполнены отверстия для отвода рабочего газа.The problem in the claimed invention is solved due to the fact that the gas-dynamic mixer contains a vertically arranged circular 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 of the mixture and at least at least one working gas supply channel, an outlet pipe is located in the bottom of the mixing chamber, while in the nozzle that can rotate around the axis of symmetry and the nozzle, uniformly around the circumference relative to the axis of symmetry of the nozzle, are located united by a collector in communication with the supply channel of the working gas, and at least two nozzles covering the feed channels of the mixed components of the mixture, the pipe is located at a distance h from the bottom of the mixing chamber, providing a depth h1 of craters in the mixture from the working gas flowing out of the nozzles, in the wall of the mixing chamber above the mixture, openings for discharging the working gas are made.

Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2256495 тем, что в патрубке, имеющем возможность вращения вокруг оси симметрии патрубка, равномерно по окружности относительно оси симметрии патрубка расположены объединенные коллектором, сообщающимся с каналом подачи рабочего газа, и охватывающие каналы подачи перемешиваемых компонентов смеси по крайней мере два сопла, патрубок расположен от дна смесительной камеры на расстоянии h, обеспечивающем глубину h1 кратеров в смеси от истекающего из сопел рабочего газа, в стенке смесительной камеры над смесью выполнены отверстия для отвода рабочего газа.The claimed invention differs from the well-known technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2256495 in that in the nozzle having the possibility of rotation around the axis of symmetry of the nozzle, uniformly arranged around the circumference relative to the axis of symmetry of the nozzle are located united by a collector communicating with the feed channel of the working gas and covering the feed channels of the mixed components mixture of at least two nozzles, the nozzle is located from the bottom of the mixing chamber at a distance h, providing a depth h1 of the craters in the mixture from the working outflowing from the nozzles of gas in the mixing chamber wall formed over the mixture outlet openings for the working gas.

Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.This difference made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the homogeneity of the mixture by increasing the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture.

На фиг.1 представлен продольный разрез газодинамического смесителя.Figure 1 presents a longitudinal section of a gas-dynamic mixer.

На фиг.2 показан вид по стрелке А фиг.1.Figure 2 shows a view along arrow A of figure 1.

Газодинамический смеситель (фиг.1) содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру 1, с осью 2 симметрии смесительной камеры 1 совпадает ось 3 симметрии патрубка 4, расположенного сверху смесительной камеры 1, в патрубке 4 выполнены по крайней мере два канала 5 подачи перемешиваемых компонентов смеси 6 и по крайней мере один канал 7 подачи рабочего газа, в дне 8 смесительной камеры 1 расположена выводная труба 9, при этом в патрубке 4, имеющем возможность вращения вокруг оси 3 симметрии патрубка 4, равномерно по окружности относительно оси 3 симметрии патрубка 4 расположены объединенные коллектором 10, сообщающимся с каналом 7 подачи рабочего газа, и охватывающие каналы 5 подачи перемешиваемых компонентов смеси 6 по крайней мере два сопла 11, патрубок 4 расположен от дна 8 смесительной камеры 1 на расстоянии h, обеспечивающем глубину h1 кратеров 12 в смеси 6 от истекающего из сопел 11 рабочего газа, в стенке 13 смесительной камеры 1 над смесью 6 выполнены отверстия 14 для отвода рабочего газа.The gas-dynamic mixer (Fig. 1) contains a vertically arranged round mixing chamber 1, the symmetry axis 2 of the mixing chamber 1 coincides with the symmetry axis 3 of the nozzle 4 located on top of the mixing chamber 1, at least two channels 5 for supplying the mixed components of the mixture 6 are made in the nozzle 4 and at least one working gas supply channel 7, an outlet pipe 9 is located in the bottom 8 of the mixing chamber 1, while in the pipe 4, which can rotate around the axis of symmetry 3 of the pipe 4, uniformly around the circumference of the relative but the axis of symmetry 3 of the pipe 4 are located united by a collector 10, communicating with the channel 7 for supplying the working gas, and covering the channels 5 for supplying the mixed components of the mixture 6, at least two nozzles 11, the pipe 4 is located from the bottom 8 of the mixing chamber 1 at a distance h, providing depth h1 of the craters 12 in the mixture 6 from the working gas flowing out from the nozzles 11, in the wall 13 of the mixing chamber 1 above the mixture 6 holes 14 are made for discharging the working gas.

Газодинамический смеситель работает следующим образом. Перемешиваемые компоненты смеси 6, обладающие текучестью (жидкости, порошки), подают самотеком или под давлением через каналы 5 в патрубке 4. Рабочий газ подают под давлением в патрубок 4, в котором рабочий газ движется по каналу 7 подачи рабочего газа через коллектор 10 к соплам 11. Распределяясь в коллекторе 10, рабочий газ истекает из сопел 11 в виде системы газодинамических струй. Струи перемешиваемых компонентов смеси 6, выходящие из соответствующих каналов 5, попадают в систему газодинамических струй рабочего газа, где они подвергаются аэродинамическому воздействию, приводящему к распаду струй перемешиваемых компонентов смеси 6 на капли (частицы). Наиболее эффективно диспергирование компонентов смеси 6 осуществляется сверхзвуковыми струями рабочего газа. Применение в соплах 11 конических сопловых трактов, расширяющихся в направлении движения рабочего газа, 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 перемешиваемых компонентов смеси 6, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности смеси 6. При многоструйной подаче рабочего газа, то есть при применении нескольких сопел 11, количество скачков уплотнения увеличивается, степень диспергации и гомогенизации капель резко возрастает. Образованное облако капель движется внутри газодинамического «транспортера», состоящего из отдельных газодинамических струй. Частицы перемешиваемых компонентов смеси 6 оседают на дно 8 смесительной камеры 1, образуя смесь 6. Расстояние h между патрубком 4 и дном 8 смесительной камеры 1 регулируют таким образом, чтобы при взаимодействии истекающих из сопел 11 струй рабочего газа и смеси 6 образовывались кратеры 12 глубиной h1. Взаимодействие струи рабочего газа со смесью 6 приводит к интенсивному перемешиванию компонентов смеси 6 в кратере 12 и вокруг него. Чем больше глубина h1 кратера 12, тем больше интенсивность перемешивания компонентов смеси 6. Патрубок 4 вращается вокруг оси 2 симметрии смесительной камеры 1. При этом кратеры 12 движутся по объему смеси 6, что создает дополнительные потоки перемешиваемых компонентов смеси 6 и повышает однородность формируемой смеси 6. Однородная смесь 6 выводится из смесительной камеры 1 через выводную трубу 9. Следующая порция частиц напыляется на дно 8 смесительной камеры 1 на готовую смесь 6, и, таким образом, обеспечивается непрерывное формирование смеси 6. В стенке 13 смесительной камеры 1 над смесью 6 выполнены отверстия 14 для отвода рабочего газа.The gas-dynamic mixer operates as follows. Stirred components of the mixture 6, having fluidity (liquids, powders), are fed by gravity or under pressure through channels 5 in the nozzle 4. The working gas is supplied under pressure to the nozzle 4, in which the working gas moves through the working gas supply channel 7 through the manifold 10 to the nozzles 11. Distributing in the manifold 10, the working gas flows out of the nozzles 11 in the form of a system of gas-dynamic jets. The jets of the mixed components of the mixture 6, leaving the corresponding channels 5, fall into the system of gas-dynamic jets of the working gas, where they are subjected to aerodynamic action, leading to the decay of the jets of the mixed components of the mixture 6 into droplets (particles). The most effective dispersion of the components of the mixture 6 is carried out by supersonic jets of the working gas. The use of 11 conical nozzle paths expanding in the direction of movement of the working gas in the nozzles and paths in the form of a Laval nozzle makes it possible to obtain a supersonic regime of the working gas outflow. In the supersonic regime of the expiration of the working gas, a spray pattern is formed with a developed system of shock waves. The drops of the mixed components of mixture 6 passing through the shock waves are crushed into smaller ones, which leads to an increase in the homogeneity of the mixture 6. With multi-jet supply of the working gas, that is, with the use of several nozzles 11, the number of shock waves increases, the degree of dispersion and homogenization of drops sharply increases . The formed cloud of droplets moves inside the gas-dynamic "conveyor", consisting of separate gas-dynamic jets. Particles of the mixed components of the mixture 6 settle to the bottom 8 of the mixing chamber 1, forming a mixture 6. The distance h between the nozzle 4 and the bottom 8 of the mixing chamber 1 is regulated so that during the interaction of the jets of working gas flowing from the nozzles 11 and the mixture 6, craters 12 of depth h1 are formed . The interaction of the jet of the working gas with the mixture 6 leads to intensive mixing of the components of the mixture 6 in the crater 12 and around it. The greater the depth h1 of the crater 12, the greater the intensity of mixing the components of the mixture 6. The pipe 4 rotates around the axis of symmetry 2 of the mixing chamber 1. At the same time, the craters 12 move along the volume of the mixture 6, which creates additional flows of the mixed components of the mixture 6 and increases the uniformity of the formed mixture 6 A homogeneous mixture 6 is discharged from the mixing chamber 1 through the outlet pipe 9. The next portion of particles is sprayed onto the bottom 8 of the mixing chamber 1 on the finished mixture 6, and thus, the continuous formation of mixture 6. the wall 13 of the mixing chamber 1 above the mixture 6 made holes 14 for the removal of working gas.

Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.The claimed invention made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the homogeneity of the mixture by increasing the degree of dispersion of the particles of the components of the mixture.

Claims

A gas-dynamic mixer containing a vertically arranged round mixing chamber and the axis of symmetry of the mixing chamber coincide with the axis of symmetry of the nozzle located on top of the mixing chamber, at least two channels for supplying the mixed components of the mixture and at least one channel for supplying the working gas are made in the bottom of the mixing an outlet pipe is located in the chamber, characterized in that in the nozzle, having the ability to rotate around the axis of symmetry of the nozzle, uniformly around the circumference relative to the axis at least two nozzles are located, united by a collector in communication with the working gas supply channel, and at least two nozzles covering the mixed components supply channels, the pipe is located at a distance h from the bottom of the mixing chamber, ensuring the depth h1 of the craters in the mixture from the working gas flowing from the nozzles, in openings for discharging the working gas are made above the mixture on the wall of the mixing chamber.