WO2022119477A1 - Статический смеситель для дробления пузырьков газа в газожидкостной смеси - Google Patents
Статический смеситель для дробления пузырьков газа в газожидкостной смеси Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022119477A1 WO2022119477A1 PCT/RU2021/050402 RU2021050402W WO2022119477A1 WO 2022119477 A1 WO2022119477 A1 WO 2022119477A1 RU 2021050402 W RU2021050402 W RU 2021050402W WO 2022119477 A1 WO2022119477 A1 WO 2022119477A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- mixer
- gas
- bubbles
- blades
- flow
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 abstract description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 abstract description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
- B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4315—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being deformed flat pieces of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/43197—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
- B01F25/431972—Mounted on an axial support member, e.g. a rod or bar
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0409—Relationships between different variables defining features or parameters of the apparatus or process
Definitions
- the claimed invention relates to plants for mixing multiphase media, and can be used in the food, chemical, petrochemical and other industries, where the mixers of the claimed type can be used to carry out the processes of turbulence, homogenization, emulsification, dispersion, as well as carrying out individual chemical reactions.
- the invention can be used for mixing a gas-liquid flow in order to crush gas bubbles in a liquid medium when implementing a cycle of cultivating microorganisms, including methylotrophic and methanotrophic bacteria, in loop bioreactors.
- the inventive mixer will improve the quality, dispersion of gas in a liquid and intensify the mixing of the gas-liquid mixture.
- a static mixer (mixer, agitator) is a high-precision device for continuous mixing of liquid materials, gas streams or immiscible liquids, and can be used to disperse gas into liquid. Mixing of the product in a static mixer is not created due to the movement of any parts of the mixer, but due to additional turbulence of the flow and / or an increase in the flow velocity gradient, achieved as a result of frequent changes in the direction of the flow of the transported product inside the mixer body with specially designed blades (their angle of inclination is important). , their number, thickness and type of helix) (https://vpLimpcn.rLi/mcshalki/statichcskic- mikseri')/.
- mixers with small metal spiral ribbons are widely used (Bogdanov, V.V. Efficient low-volume mixers / V.V. Bogdanov, E.I. Khristoforov, B.A. Klotsung. - L.: Chemistry, 1989. - 224 p.). Most often they are made by twisting a flat plate for some angle along the longitudinal axis.
- Such mixers are formed from individual elements or elements connected into links of several pieces. The assembled elements are placed in a cylindrical tube forming the body of the mixer, with alternating left- and right-curved spirals along its entire length.
- a prerequisite for the performance of the mixer is the accuracy of fitting the mixing elements, i.e. absence of gaps between the pipe wall and the side faces of the spirals.
- To carry out the homogenization process it is enough for the components to be mixed to pass through the pipe with screw elements once.
- the required degree of homogenization of the mixture is controlled by the number of elements.
- the known device contains many small elements that are prone to biofilm overgrowth, as a result of which the safe operation of the mixer is significantly reduced.
- such a mixer allows a significant pressure drop of the transported medium, which may not be acceptable in all areas of use.
- the mixer SMV known design is selected as a prototype.
- the technical problem solved by the claimed invention is the need to overcome the disadvantages of analogs and prototypes by creating an easy-to-manufacture and use static mixer design that provides crushing of gas bubbles in the flow to a predetermined size.
- the technical result achieved by using the claimed invention is to provide the possibility of crushing the bubbles of the gas-liquid mixture in the volume of the mixer, that is, to reduce their average size to 1-1.2 mm with a decrease in the pressure of the gas-liquid flow by no more than 2-2.5 kPa.
- the declared technical parameters can be obtained at a gas-liquid mixture flow rate of about 1 m/s.
- the advantage of the proposed device is also to reduce the overgrowth of the structural elements of the mixer biofilm due to the elimination of joints between structural elements.
- the inventive static mixer also eliminates the possibility of flow swirling when it passes in the mixer installation area, which, accordingly, reduces the likelihood of bubbles constricting to the center of the flow (pipeline axis) and reduces the likelihood of a vortex cord formation.
- the static mixer designed to provide a gradient of flow particle velocities and the possibility of embedding in a pipeline, including a cylindrical body, inside which blades are fixedly installed, providing crushing of the bubbles of the gas-liquid mixture, according to the technical solution, is equipped with a central sleeve, mainly cylindrical shape, with a diameter not exceeding 0.5 of the body diameter, coaxially mounted in the device body, the blades are made in the form of curved plates, limited by four edges: the inlet, outlet, outer and inner side edges, and are attached to the cylindrical surfaces of the bushing and the body by the inner and outer side edges, respectively, wherein the input edges are made straight and oriented radially to the axis of the sleeve, and the trailing edges are made in the form of a zigzag and have a length that is more than 2 times the length of the leading edge.
- the angle "between the tangent to the blade at the level of the trailing edge at each of its points and the axis of the hub can be determined in accordance with the following relation where the dimensionless coefficient K is equal to 1-3, r is the distance from the measurement point of the angle a to the axis of the sleeve (and, accordingly, the axis of the mixer), R is the radius of the mixer body, A is the dimensionless parameter of the mixer, equal to 0.01-0.5, which determines, together with coefficient K, final bubble size and pressure loss.
- the mixer blades are fully described by the following parametric equation in cylindrical coordinates: where z is the distance from the leading edge to a given point on the blade surface, O - height of the mixer (corresponds to the distance from the inlet to the outlet edge of the blades), > bushing radius, r - distance from the bushing axis to a given point on the blade surface, where R is the radius of the mixer body.
- This equation allows you to determine the coordinates of each point on the surface of each blade.
- the height of the mixer z is chosen to ensure the possibility of bursting the bubbles to a given minimum possible size and can be determined from the following relationship: where A is a coefficient from 5 to 20.
- Mixer height z and number of blades are related by the following relation where the coefficient is from 0.1 to 0.3, R is the distance from the hub axis to the outer side edge.
- the central sleeve has upper and lower roundings, mainly of a parabolic shape.
- Figure 1 shows the image of the mixer model (without the outer cylindrical body).
- Figure 2 is a top view of the model shown in figure 1, which shows the multidirectional flow at different points in the volume of the mixer.
- Figures 3a-3d show sections of the proposed device by a plane perpendicular to the axis of the mixer at different height levels, demonstrating an increase in the amplitude of the bending of the plane of the blade from the input edge to the output, namely: in FIG.
- Fig.36 shows a section at a level of 0.25 of the height of the mixer housing, Fig.
- Sv shows a section at the level of 0.5 of the height of the mixer body
- fig.3g shows a section at the level of 0.75 of the height of the mixer body
- fig.3d shows a section at the level of trailing edges of the blades
- On figa-4c shows the images of the castings of the mixer of the claimed design, namely: on figa shows a General view, on Fig.46 shows a top view, from the trailing edges, figv shows a bottom view, from the input edges.
- Figure 5 is a graph showing the reduction in the pressure drop of the gas-liquid flow in the pipeline after the inventive mixer (blue, lower graph) and after the known type of mixer (SMV) (red, upper graph),
- FIGS ba-bb show photos showing the size of the bubbles in the flow before and after the mixer
- a(r) is the local angle of inclination of the blade at the point on the trailing edge, where r is the distance from the mixer axis to the measurement point of the angle s.
- a static mixer will not spin the flow, provided that the total angular momentum of the section L is equal to 0: where is the liquid density of the gas-liquid flow, ff is the radius of the central sleeve, d is the radius of the device body (in the general case, it is equal to the radius of the pipeline in which the mixer is installed), m is the mass of the liquid. changes sign, i.e., depending on the radial distance to the center of the device, the flow particles rotate in different directions.
- Bubble size limit after passing static mixer was determined based on the strain rate tensor, which characterizes the rate of change in the distance between two adjacent points.
- the limiting size (diameter) of the bubble Bb was determined, which passes through the static mixer without bursting (in other words, the limiting diameter of the bubbles, to the size of which larger bubbles can be crushed when passing through the static mixer): where is the critical Weber number (We- >://
- a is the coefficient of surface tension of the liquid
- p is the density of the liquid
- ff is the effective velocity gradient.
- (10) is the critical length ratio b of the deformed bubble to the diameter Db of the undeformed one, upon reaching which the bubble bursts.
- the main parameters of the mixer body have been established, the combination of which contributes to the crushing of gas bubbles to the limit diameter: the value of the velocity gradient at which the possibility of swirling of the gas-liquid flow is minimized, in fact, the value of the limiting bubble diameter, and the height of the mixer body, after which the bubbles will reach their limiting diameters.
- the optimal shape of the blade surface is determined by the following relation, which characterizes the angle at the trailing edge depending on the distance from the point of its measurement to the mixer axis: sta ( 1 ) where the dimensionless coefficient K is equal to 1-3, At the same time, the height of the mixer z ? , can be determined from the relation: where coefficient k is from 0.1 to 0.3, ⁇ u003d 60 - 70 e '.
- the mixer is generally made in the form of an open cylindrical body 1 with radius R and height s ⁇ , inside which is installed a central, predominantly cylindrical sleeve 2, along the side surface of which fixed blades 3 are fixed. or constrictions).
- the sleeve has an upper and lower rounding 10, mainly parabolic in shape.
- the height of the cylindrical part of the sleeve is approximately equal to the height of the body, and the upper and lower roundings protrude beyond its height. Roundings help to reduce the degree of turbulence of the passing flow and prevent the formation of stagnant zones at sharp corners.
- the radius of the central sleeve Rhub is 0.25-0.4 of the body radius R.
- Each blade is a complex curved curvilinear plate bounded by four edges - inlet 4 and outlet 5 (in the direction of flow movement), as well as outer 6 and inner 7 side edges, conjugated, respectively, with the inner side surface of the housing and the outer side cylindrical surface of the central bushings.
- the input edges are made straight, oriented radially and have a length equal to the difference between the radii of the mixer body and the bushing.
- the inner side edge is also made straight and is oriented along the side surface of the central sleeve coaxially with its axis.
- the outer side edge is curved and is described by the following parametric equation: where z is the distance from the leading edge to the given point, 0 ⁇ z ⁇ L, z.,n is the height of the mixer (from the leading edge to the trailing edge of the blades), - bushing radius, g
- R is the distance from the hub axis to the outer side edge
- the dimensionless coefficient K is equal to 1-3
- . - dimensionless parameter of the mixer equal to 0.01-0.5, which determines, together with the coefficient K, the final size of the bubbles and pressure loss.
- the trailing edge of the blade is a zigzag-shaped line, which is described by the following equation
- the entire surface of the blade is made curvilinear, undulating with an increase in the bending amplitude from the leading edge to the trailing edge relative to the radial secant plane passing through the leading and inner side edges.
- the length of the trailing edge due to the zigzag shape exceeds the length of the leading edge by about 2-5 times.
- the blades completely cover the space from the inner to the outer side edges of the blades.
- the body parts and mixer blades can be made of ABS plastic using additive technologies, for example, using 3D printing. It is also possible to manufacture them from chemically inert metals with a multiple decrease in the thickness of the blades relative to those printed from plastic, while the multiplicity is determined by the ratio of the strength characteristics of ABS plastic and the corresponding metal. The thickness of the blades is determined by the requirements for the strength characteristics of the product. Thus, the blades of a mixer printed from plastic will bend and break off under the action of the flow at a thickness of less than 1 mm, while at the same time, in the manufacture of blades, for example, from stainless steel, with a blade thickness of 1 mm, they will no longer be deformed.
- a static mixer can be installed in a pipeline or section of a fermentation plant designed for continuous cultivation of microorganisms, including devices that ensure the operation of a closed cycle of cultivation of microorganisms, connected in a technological sequence.
- this static mixers of the proposed design as a rule, installed in different parts of the fermentation plant to ensure uniformity of the gas-liquid phase throughout the installation.
- the physical and chemical characteristics of the transported medium are preliminarily determined - the viscosity and surface tension of the liquid of the gas-liquid flow. This information is necessary to determine the required velocity gradient, determine the limiting bubble diameter and height of the mixer body. Based on the known pipeline diameter determine the diameter of the sleeve, then the number and shape of the surface of the blades. By means of, for example, 3D printing, a sleeve with blades is made, which are installed in the mixer body. The structure assembled in this way is mounted in the pipeline of the installation.
- the static mixer works as follows.
- the cyclic movement of the gas-liquid flow is initiated in order to cultivate microorganisms in it.
- the transported stream has previously known characteristics (liquid phase volume, gas phase volume, composition, density, viscosity, flow rate).
- the flow of the gas-liquid mixture passes through the static mixer between its blades.
- the velocity vector is directed in different directions, as a result of which, depending on the distance from the hub axis, the flow twists in different directions.
- This creates a significant flow velocity gradient at the outlet of the mixer on the surface of each bubble, which ensures bubble bursting, as shown above.
- the height of the mixer body is sufficient to ensure that the specified gradient is achieved, and the size of the bubbles is reduced by their deformation and rupture to the limit value.
- the pressure drop at the outlet of the inventive mixer is significantly less than that of mixers (mixers) of this type.
- the angle of inclination of the surface of the blades changes gradually and rather slowly, as a result of which the pressure drop per unit length decreases.
- the pressure drop on the inventive mixer can be determined by the formula: where p is the density of the liquid, v is the average flow velocity, L' b? - the number of blades, the dimensionless coefficient K is equal to 1-3, A - the dimensionless parameter of the mixer, equal to 0.01-0.5, - pipe radius, - height of the mixer, determined by the formula (10).
- static mixers were made for installation in the pipeline of a fermenter with a diameter of 22 cm, which provides circulation of the cultural liquid with a viscosity of 0.001 Pa * s and a surface tension of 0.08 N/m.
- the size of the bubbles at the outlet of the mixer was determined by photographing them through a transparent tube and further measurement by software (CV/fig.ba-bb). At a flow rate of 1 m/s, a characteristic bubble size of 1.15-1.18 mm was obtained at the outlet of the mixer (Figs. 7a, 76, 7c).
- On figv presents data on the size of the bubbles before and after the mixer, depending on the distance to the mixer.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
Abstract
Заявляемое изобретение относится к установкам перемешивания многофазных сред, и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где смесители заявляемого типа могут быть применены для проведения процессов турбулизации, гомогенизации, эмульгирования, диспергирования и проведения отдельных химических реакций. Среди прочего, изобретение может использоваться для смешивания газожидкостного потока в целях дробления пузырьков в жидкой среде в ходе реализации цикла культивирования микроорганизмов, включая метилотрофические и метанотрофические бактерии в биореакторах с замкнутым циклом. Смеситель позволят улучшить качество газовой дисперсии в жидкости и интенсифицировать размешивание газожидкостной смеси. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности дробления пузырьков газожидкостной смеси в объеме смесителя, то есть в уменьшении их среднего размера до 1-1,2 мм при снижении давления газожидкостного потока не более чем на 2-2,5 кПа. Заявленные технические параметры могут быть получены при скорости потока газожидкостной смеси около 1 м/с.Заявленный технический результат достигается тем, что статический смеситель, выполненный с обеспечением градиента скоростей частиц потока и возможностью встраивания в трубопровод, включающий цилиндрический корпус (1) внутри которого неподвижно установлены лопасти (3), обеспечивающие дробление пузырьков газожидкостной смеси, снабжен центральной втулкой (2), преимущественно, цилиндрической формы, диаметром, не превышающим 0,5 диаметра корпуса, коаксиально установленной в корпусе устройства, лопасти выполнены в виде криволинейных пластин, ограниченных четырьмя кромками: входной (4), выходной (5), внешней (6) и внутренней (7) боковыми кромками, и закреплены к цилиндрическим поверхностям втулки и корпуса внутренними и внешними боковыми кромками, соответственно, при этом входные кромки выполнены прямолинейными и ориентированы радиально к оси втулки, а выходные кромки выполнены в форме зигзага и имеют протяженность, более чем в 2 раза превышающую протяженность входной кромки. Преимуществом заявляемого устройства также является обеспечение уменьшения зарастания конструктивных элементов смесителя биопленкой за счет исключения стыков между элементами конструкции. Заявляемый статический смеситель (миксер) также исключает возможность закручивания потока при его прохождении в зоне установки смесителя, что соответственно, снижает вероятность стягивания пузырьков к центру потока (оси трубопровода) и снижает вероятность образования вихревого шнура.
Description
СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ ПУЗЫРЬКОВ ГАЗА В ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ
Область техники, к которой относится изобретение
Заявляемое изобретение относится к установкам перемешивания многофазных сред, и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где смесители заявляемого типа могут быть применены для проведения процессов турбулизации, гомогенизации, эмульгирования, диспергирования, а также проведения отдельных химических реакций. В частности, изобретение может быть использовано для перемешивания газожидкостного потока с целью дробления пузырьков газа в жидкой среде при реализации цикла культивирования микроорганизмов, в том числе, метилотрофных и метанотрофных бактерий, в петлевых биореакторах. Заявляемый смеситель позволит повысить качество, диспергирования газа в жидкости и интенсифицировать перемешивание газожидкостной смеси.
Уровень техники
Статический миксер (смеситель, мешалка) представляет собой высокоточное устройство для непрерывного смешивания жидких материалов, потоков газа или несмешиваемых жидкостей, и может быть использован для диспергирования газа в жидкость. Перемешивание продукта в статической мешалке создаётся не за счет движения каких-либо частей миксера, а за счет дополнительной турбулизации потока и/или увеличения градиента скорости потока, достигаемого в результате частого изменения направления потока транспортируемого продукта внутри корпуса миксера специально проектируемыми лопастями (важны их угол наклона, их количество, толщина и тип спирали) (https://vpLimpcn.rLi/mcshalki/statichcskic- mikseri')/.
Известно большое количество конструкций статических смесителей, использующих каналы со сложной геометрией, образованных турбулизирующими вставками, насадками, или статическими лопостями.
Из множества конструкций статических смесителей широко используются смесители с небольшими металлическими спиральными лентами, получившими название «винтовые элементы» (Богданов, В. В. Эффективные малообъемные смесители / В. В. Богданов, Е.И. Христофоров, Б. А. Клоцунг. - Л.: Химия, 1989. - 224 с.). Чаще всего они изготавливаются скручиванием плоской пластины на некоторый
угол вдоль продольной оси. Такие смесители формируют из отдельных элементов или элементов, соединенных в звенья по несколько штук. Собранные элементы помещают в цилиндрическую трубу, образующую корпус смесителя, с чередованием лево- и право- изогнутых спиралей по всей ее длине. Обязательным условием работоспособности смесителя является точность подгонки смесительных элементов, т.е. отсутствие зазоров между стенкой трубы и боковыми гранями спиралей. Для осуществления процесса гомогенизации смешиваемым компонентам достаточно один раз пройти по трубе с винтовыми элементами. Требуемая степень гомогенизации смеси регулируется числом элементов.
Известное устройство содержит множество мелких элементов, которые подвержены зарастанию биопленкой, в результате чего существенно сокращается срок безопасной эксплуатации смесителя. Кроме того, такой смеситель допускает значительное падение давления транспортируемой среды, что не во всех областях использования может быть приемлемым.
Открытые конструкции с винтовыми элементами хорошо зарекомендовали себя при перемешивании вязких жидкостей в ламинарном режиме. Однако в процессах, для которых важным являются высокие локальные напряжения (эмульгирование, диспергирование), они значительно уступают открытым конструкциям с лезвиями. Плоские элементы, последовательно расположенные вдоль корпуса, обеспечивают разделение жидкостей на отдельные потоки и их направленное движение по сложным каналам, где они многократно воссоединяются и вновь дробятся до высокой степени гомогенизации. По подобной схеме работают смесители hiTRAN британской фирмы Cal Gavin (Применение статических смесителей в системах водоочистки ТЭЦ / С. В. Морданов, В. А. Никулин, С. С. Пецура, С.Н. Сыромятников // Водоочистка. - 2011. - №10. - С.35-39.) и ИХЛ СС (например, https://labudgup.ru/ss.html) (Чаусов Ф.Ф. Отечественные статические смесители для смешения жидкостей / Ф.Ф. Чаусов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2009. - №3. - С.11- 14.).
Данные смесители технологически сложны в изготовлении, имеют большое количество сопрягаемых деталей, что влияет на возможность их безопасного использования без загрязнения зон сопряжения деталей.
Широкое распространение получили также статические смесители с нерегулярными насадочными элементами, среди которых высокую эффективность
показали насадочные элементы Инжехим-2000
(https://ingehim.ru/product/oborudovanie/staticheskie-smesiteli/).
В публикации Thakur R. К. et al. Static mixers in the process industries — a review //Chemical Engineering Research and Design. - 2003. - T. 81. - №. 7. - C. 787-826. представлены различные варианты использования статических миксеров (смесителей). В качестве основного варианта для газожидкостных смесей предлагаются миксеры SMV и SMX
(https://tisys.ru/upload/uf/lac/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87 ' . DO' < В5' < D 1 ' < 81 ' < DO' < ВЛ' < DO' . В8' < DO' < В5' < 20' < D 1 ' < 81 ' < DO' < ВС' < DO' < В5' < D 1 %81%D0%B8%Dl%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8%20SULZER.pdD, состоящие из искаженных плоских пластин, расположенных под углом около 45 градусов друг относительно друга. Миксеры такого типа дробят пузырьки за счет турбулизации потока при прохождении и возникающего вследствие турбулентности градиента скоростей. Такие миксеры производит, например, компания Sultzer, и они достаточно хорошо изучены (см. например Montante G. et al. Prediction of turbulent fluid mixing in corrugated static mixers //Czasopismo Techniczne. - 2014).
Основным недостатком таких смесителей являются относительно высокие потери давления (около 5-7 кПа на объем одного смесителя при скорости потока около 1 м/с), а также наличие стыков между отдельными секциями, которые могут покрываться биопленкой из патогенной микрофлоры.
По количеству признаков, сходных с заявляемым решением, смеситель SMV известной конструкции выбран в качестве прототипа.
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков аналогов и прототипа за счет создания простой в изготовлении и использовании конструкции статического смесителя, обеспечивающей дробление пузырьков газа в потоке до заданного размера.
Краткое раскрытие сущности изобретения
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности дробления пузырьков газожидкостной смеси в объеме смесителя, то есть в уменьшении их среднего размера до 1-1,2 мм при снижении давления газожидкостного потока не более чем на
2-2,5 кПа. Заявленные технические параметры могут быть получены при скорости потока газожидкостной смеси около 1 м/с.
Преимуществом заявляемого устройства также является обеспечение уменьшения зарастания конструктивных элементов смесителя биопленкой за счет исключения стыков между элементами конструкции.
Заявляемый статический смеситель (миксер) также исключает возможность закручивания потока при его прохождении в зоне установки смесителя, что соответственно, снижает вероятность стягивания пузырьков к центру потока (оси трубопровода) и снижает вероятность образования вихревого шнура.
Заявленный технический результат достигается тем, что статический смеситель, выполненный с обеспечением градиента скоростей частиц потока и возможностью встраивания в трубопровод, включающий цилиндрический корпус, внутри которого неподвижно установлены лопасти, обеспечивающие дробление пузырьков газожидкостной смеси, согласно техническому решению, снабжен центральной втулкой, преимущественно, цилиндрической формы, диаметром, не превышающим 0,5 диаметра корпуса, коаксиально установленной в корпусе устройства, лопасти выполнены в виде криволинейных пластин, ограниченных четырьмя кромками: входной, выходной, внешней и внутренней боковыми кромками, и прикреплены к цилиндрическим поверхностям втулки и корпуса внутренними и внешними боковыми кромками, соответственно, при этом входные кромки выполнены прямолинейными и ориентированы радиально к оси втулки, а выходные кромки выполнены в форме зигзага и имеют протяженность, более чем в 2 раза превышающую протяженность входной кромки. Угол « между касательной к лопасти на уровне выходной кромки в каждой ее точке и осью втулки может быть определен в соответствии со следующим соотношением
где безразмерный коэффициент К равен 1-3, г - расстояние от точки измерения угла а до оси втулки (и, соответственно, оси смесителя), R - радиус корпуса смесителя, А - безразмерный параметр миксера, равный 0.01-0.5, определяющий, вместе с коэффициентом К, конечный размер пузырьков и потери давления.
Лопасти смесителя (форма пластины лопасти) полностью описываются следующим параметрическим уравнением в цилиндрических координатах:
где z - расстояние от входной кромки до данной точки поверхности лопасти, О
- высота смесителя (соответствует расстоянию от входной до выходной кромки лопастей),
> радиус втулки, г - расстояние от оси втулки до данной точки поверхности лопасти,
где R радиус корпуса смесителя. Данное уравнение позволяет определить координаты каждой точки поверхности каждой лопасти. Высота смесителя z выбрана с обеспечением возможности разрыва пузырьков до заданного минимально возможного размера и может быть определена из следующего соотношения: где А - коэффициент от 5 до 20.
Высота смесителя z и количество лопастей
связаны следующим соотношением
где коэффициент составляет от 0.1 до 0.3, R - расстояние от оси втулки до внешней боковой кромки. Центральная втулка имеет верхнее и нижнее скругления, преимущественно, параболической формы.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами и иными графическими материалами, где
На фиг.1 представлено изображение модели смесителя (без внешнего цилиндрического корпуса).
На фиг.2 представлен вид сверху на модель, приведенную на фиг.1, где показана разнонаправленность потока в разных точках объема смесителя.
На фиг.За-Зд представлены сечения заявляемого устройства плоскостью, перпендикулярной оси смесителя на различных высотных уровнях, демонстрирующие увеличение амплитуды изгиба плоскости лопасти от входной кромки к выходной, а именно: на фиг. За представлено сечение на уровне входных кромок лопастей, на фиг.36 представлено сечение на уровне 0,25 высоты корпуса смесителя, на фиг. Зв представлено сечение на уровне 0,5 высоты корпуса смесителя, на фиг.Зг представлено сечение на уровне 0,75 высоты корпуса смесителя, на фиг.Зд представлено сечение на уровне выходных кромок лопастей,
На фиг.4а-4в представлены изображения отливок смесителя заявляемой конструкции, а именно: на фиг.4а представлен общий вид, на фиг.46 представлен вид сверху, со стороны выходных кромок, на фиг.4в представлен вид снизу, со стороны входных кромок.
На фиг.5 представлен график, демонстрирующий снижение падения давления газожидкостного потока в трубопроводе после заявляемого смесителя (синий, нижний график) и после смесителя известного типа (SMV) (красный, верхний график),
На фиг.ба-бб представлены фото, демонстрирующие размер пузырьков в потоке до смесителя и после его прохождения,
На фиг.7а-7в представлены результаты проведения измерений падения давления, среднего размера пузырьков до миксера и после миксера для различных входных параметров.
Позициями на чертежах обозначены:
1. цилиндрический корпус,
2. центральная втулка,
3. лопасть,
4. входная кромка лопасти,
5. выходная кромка лопасти,
6. внешняя боковая кромка лопасти,
7. внутренняя боковая кромка лопасти,
8. зона входа газожидкостного потока,
9. зона выхода дегазированного потока,
10. скругления центральной втулки.
Осуществление изобретения
При создании смесителя заявляемой конструкции проведены исследования по определению конструктивных параметров корпуса смесителя, а также оптимальной формы лопастей смесителя, места и частоты их расположения внутри корпуса смесителя, которые позволят достичь заявленный технический результат.
1. Для обеспечения функциональной возможности предотвращения закручивания потока в объеме смесителя рассматривали профиль скоростей на выходе из смесителя:
где Vg - азимутальная составляющая скорости потока,
- осевая составляющая скорости потока, а(г) - локальный угол наклона лопасти в точке на выходной кромке, где г- расстояние от оси смесителя до точки измерения угла s.
Статический миксер не будет закручивать поток при условии, что суммарный момент импульса сечения L будет равен 0:
где - плотность жидкости газожидкостного потока, ff - радиус центральной втулки, й - радиус корпуса устройства (в общем случае он равен радиусу трубопровода, в который устанавливается смеситель), т - масса жидкости.
меняет знак, т.е., в зависимости от радиального расстояния до центра устройства частицы потока вращаются в разные стороны.
Таким образом, если Z, = 0, то на определенном расстоянии от корпуса устройства за счет вязкости и турбулентного перемешивания угловая скорость потока станет равна 0 по всему сечению смесителя. Для того, чтобы определить, на каком расстоянии от корпуса смесителя будет достигнуто указанное равенство, было решено уравнение диффузии для завихренности:
где w = rot v - завихренность, у - коэффициент вязкости с учетом турбулентной составляющей, t - время.
В результате, была получена оценка характерного расстояния I, на котором поток можно считать невращающимся:
где R - радиус корпуса смесителя, X - безразмерный параметр смесителя, равный 0.01-0.5).
Таким образом, регулировка данного параметра позволяет обеспечить контроль за скоростью и степенью завихренности газожидкостного потока.
2. Разрыв пузырьков газа в процессе прохождения газожидкостного потока между лопастями смесителя обеспечивается за счет разности скоростей различных точек поверхности пузырька, что приводит к его деформации и, в конечном счете, к разрыву. Предельный размер пузырька после прохождения
статического смесителя (миксера) был определен, исходя из тензора скоростей деформации, характеризующего скорость изменения расстояния между двумя соседними точками. Посредством определенных математических преобразований и вычислений был определен предельный размер (диаметр) пузырька Вь, который проходит через статический смеситель, не разрываясь (иначе говоря, предельный диаметр пузырьков, до размера которого могут быть раздроблены более крупные пузырьки при прохождении через статический смеситель):
где
- критическое число Вебера (We- >...... =1.2), а - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, р - плотность жидкости, f f - эффективный градиент скорости. В результате установлено, что для воды (а также для других маловязких жидкостей с вязкостью до 10 значений вязкости воды) при скорости потока 1 м/с такой размер (диаметр) пузырьков составляет 0,7 мм.
3. Для того, чтобы пузырьки газа, пройдя смеситель в составе газожидкостной смеси с высоким градиентом скоростей, успели разорваться и достичь указанного выше предельного диаметра, необходимо обеспечить достаточную длину (высоту) корпуса смесителя. Пузырек разрывается, если он растягивается до определенной степени, за счет неустойчивости Рэлея-Плато (значение капиллярной неустойчивости -
(10) представляет собой критическое отношение длины b
деформированного пузырька к диаметру Db недеформированного, при достижении которого пузырек разрывается.
Посредством математических преобразований и вычислений данное соотношение определено, как равное
Затем было определено, какой длины должен быть статический миксер, чтобы пузырек растянулся до длины Ь, достижение которой обеспечит возможность разрыва пузырька.
Таким образом, установлены основные параметры корпуса смесителя, совокупность которых способствует дроблению пузырьков газа до предельного
диаметра: значение градиента скоростей, при котором минимизируется возможность завихрения газожидкостного потока, собственно, значение предельного диаметра пузырьков, и высота корпуса смесителя, по прохождении которого пузырьки достигнут своих предельных диаметров.
Для обеспечения максимального эффекта дробления пузырьков с минимальными потерями давления потока была разработана система лопастей, обеспечивающих многократное перенаправление потока, приводящее к сталкиванию отдельных пузырьков, их последующей деформации и дроблению до размеров, определенных выше.
Оптимальная форма поверхности лопасти определяется следующим соотношением, характеризующим угол на выходной кромке в зависимости от расстояния от точки его измерения до оси смесителя:
sta ( 1 )
где безразмерный коэффициент К равен 1-3, При этом высота смесителя z?n, необходимая и достаточная для дробления пузырьков до размера
, может быть определена из соотношения:
где коэффициент к составляет от 0.1 до 0.3,
= 60 — 70е'.
Смеситель в общем случае выполнен в виде открытого цилиндрического корпуса 1 радиусом R и высотой s^, внутри которого установлена центральная, преимущественно, цилиндрическая втулка 2, по боковой поверхности которой закреплены неподвижные лопасти 3. Корпус выполнен с возможностью встраивания в трубопровод (не имеет торцевых стенок или сужений). Втулка имеет верхнее и нижнее скругления 10, преимущественно, параболической формы. Высота цилиндрической части втулки примерно равна высоте корпуса, а верхнее и нижнее скругления выступают за его пределы по высоте. Скругления способствуют снижению степени турбулизации проходящего потока и предотвращают образование застойных зон на острых углах. Радиус центральной втулки Rhub составляет 0.25-0.4 радиуса корпуса R. Чем меньше радиус втулки, тем меньше минимальное расстояние между лопастями на уровне выходной кромки, в результате чего усложняется технология изготовления такого смесителя (такой миксер тяжело напечатать или отлить). Чем больше радиус втулки, тем больше вероятность образования за втулкой застойной зоны, а также увеличения потерь давления потока.
Между корпусом смесителя и центральной втулкой закреплены лопасти, обеспечивающие перенаправление потока. Также лопасти обеспечивают фиксацию втулки внутри корпуса смесителя. Каждая лопасть представляет собой сложно изогнутую криволинейную пластину, ограниченную четырьмя кромками - входной 4 и выходной 5 (по направлению перемещения потока), а также внешней 6 и внутренней 7 боковыми кромками, сопряженными, соответственно, с внутренней боковой поверхностью корпуса и внешней боковой цилиндрической поверхностью центральной втулки. Входные кромки выполнены прямолинейными, ориентированы радиально и имеют протяженность, равную разности радиусов корпуса смесителя и втулки. Внутренняя боковая кромка также выполнена прямолинейной и ориентирована по боковой поверхности центральной втулки соосно с ее осью .
Внешняя боковая кромка выполнена изогнутой и описывается следующим параметрическим уравнением:
где z - расстояние от входной кромки до данной точки, 0 < z < Л, z.,„ - высота миксера (от входной до выходной кромки лопастей),
- радиус втулки, г
- расстояние от оси втулки до данной точки,
R - расстояние от оси втулки до внешней боковой кромки, безразмерный коэффициент К равен 1-3, . - безразмерный параметр миксера, равный 0.01-0.5, определяющий, вместе с коэффициентом К, конечный размер пузырьков и потери давления. Точка пересечения внешней боковой кромки и выходной кромки смещена относительно точки пересечения внешней боковой кромки и входной кромки в проекции на плоскость осевого сечения устройства на угол
Выходная кромка лопасти представляет собой многократно изогнутую в форме зигзага линию, описываемую следующим уравнением
За счет такой формы выходной кромки вся поверхность лопасти выполнена криволинейной, волнообразно изгибающейся с увеличением амплитуды изгиба от входной к выходной кромке относительно радиальной секущей плоскости, проходящей через входную и внутреннюю боковую кромки. При этом
протяженность выходной кромки за счет зигзагообразной формы превышает протяженность входной кромки примерно в 2-5 раз.
Таким образом, в проекции смесителя на плоскость, перпендикулярную оси смесителя, лопасти полностью перекрывают пространство от внутренних до внешних боковых кромок лопастей.
Количество лопастей выбрано с обеспечением достаточного для дробления пузырьков градиента скоростей, линейно связано с радиусом корпуса смесителя и обратно пропорционально значению его (корпуса) высоты Л?Ь! = к * й/z^.
Корпусные детали и лопасти смесителя могут быть изготовлены из АБС- пластика с использованием аддитивных технологий, например, с использованием печати на 3D принтере. Возможно также их изготовление из химически инертных металлов с кратным уменьшением толщины лопастей относительно напечатанных из пластика, при этом кратность определяется соотношением прочностных характеристик АБС-пластика и соответствующего металла. Толщина лопастей определяется требованиями к прочностным характеристикам изделия. Так, лопасти смесителя, напечатанного из пластика, будут отгибаться и отламываться под действием потока при толщине менее 1 мм, в то же время, при изготовлении лопастей, например, из нержавеющей стали, при толщине лопастей 1 мм они уже не будут деформироваться.
Статический смеситель может быть установлен в трубопровод или участок ферментационной установки, предназначенной для непрерывного культивирования микроорганизмов, включающей устройства, обеспечивающие функционирование замкнутого цикла культивирования микроорганизмов, соединенные в технологической последовательности. При этом статические смесители заявляемой конструкции, как правило, устанавливают на разных участках ферментационной установки для обеспечения равномерности газожидкостной фазы по всему объему установки.
При установке смесителя, например, в трубопровод ферментационной установки придерживаются следующей последовательности действий.
Предварительно определяют физико-химические характеристики транспортируемой среды - вязкость и поверхностное натяжение жидкости газожидкостного потока. Данные сведения необходимы для определения требуемого градиента скоростей, определения предельного диаметра пузырьков и высоты корпуса смесителя. На основании известного значения диаметра трубопровода
определяют диаметр втулки, затем количество и форму поверхности лопастей. Посредством, например, ЗД печати изготавливают втулку с лопастями, которые устанавливают в корпус смесителя. Собранную таким образом конструкцию монтируют в трубопровод установки.
Статический миксер работает следующим образом.
После монтажа устройства в трубопровод, например, петлевого реактора, инициируют циклическое перемещение газожидкостного потока с целью культивирования в нем микроорганизмов. Транспортируемый поток имеет заранее известные характеристики (объем жидкостной фазы, объем газовой фазы, состав, плотность, вязкость, скорость потока).
Поток газожидкостной смеси проходит через статический смеситель между его лопастями. При этом за счет сложной формы лопастей в каждой точке потока по всему объему смесителя вектор скорости направлен в разные стороны, в результате чего в зависимости от расстояния от оси втулки поток закручивается в разные стороны. За счет этого на выходе из смесителя создается существенный градиент скорости потока на поверхности каждого пузырька, который обеспечивает разрыв пузырьков, как было показано выше. При этом высоты корпуса смесителя достаточно для того, чтобы указанный градиент был достигнут, а размер пузырьков был уменьшен посредством их деформации и разрыва до предельного значения. За счет того, что в целом форма и поверхности деталей смесителя выполнены обтекаемыми, падение давления на выходе из заявляемого смесителя существенно меньше, чем у смесителей (миксеров) данного типа. Угол наклона поверхности лопастей меняется постепенно и достаточно медленно, в результат чего уменьшается падение давления на единицу длины. Падение давления на заявляемом смесителе может быть определено по формуле:
где р - плотность жидкости , v - средняя скорость потока, Л’ь? - количество лопастей, безразмерный коэффициент К равен 1-3, А - безразмерный параметр миксера, равный 0.01-0.5,
- радиус трубы,
- высота миксера, определяемая формулой (10).
Пример конкретного выполнения
В качестве опытного образца были изготовлены статические миксеры для
установки в трубопровод ферментера диаметром 22 см, обеспечивающего циркуляцию культуральной жидкости с вязкостью 0.001 Па* с и поверхностным натяжением 0.08 Н/м.
Размер пузырьков на выходе из миксера определялся путем фотографирования их через прозрачную трубу и дальнейшего измерения программными средствами (CV/ фиг.ба-бб). При скорости потока 1 м/с был получен характерный размер пузырьков 1,15-1,18 мм на выходе из миксера (фиг. 7а, 76, 7в).
Так, на фиг.7а представлены данные о размере пузырьков до и после миксера в зависимости от расстояния до миксера. Реализация на трубе с диаметром D=22 см. При скорости 0.9 м/с падение давления составило 1,53 кПа, средний размер пузырьков до миксера составлял 2 мм, после миксера - 1.15 мм.
На фиг.7б представлены данные о размере пузырьков до и после миксера в зависимости от расстояния до миксера. Реализация на трубе с D=22 см. При скорости 0.87 м/с падение давления составило 1.7 кПа, средний размер пузырьков до миксера 2.5 мм, после миксера - 1.24 мм. При скорости 1 м/с падение давления составило 2.1 кПа, средний размер пузырьков до миксера 2 мм, после миксера - 0.64 мм.
На фиг.7в представлены данные о размере пузырьков до и после миксера в зависимости от расстояния до миксера. Реализация на трубе с D=5 см, при скорости 1,16 м/с падение давления составило 2,1 кПа, средний размер пузырьков до миксера 2.5 мм, после миксера - 1.18 мм.
Табл.1
Было произведено сравнение падения давления на SMV-миксере и на рассмотренной модели миксера. Установлено, что смеситель заявляемой
конструкции обеспечивает меньшее падение давления, чем известные аналоги, в частности, результаты измерения падения давления приведены в табл.1.
Claims
1. Статический смеситель, выполненный с обеспечением градиента скоростей частиц потока и возможностью встраивания в трубопровод, включающий цилиндрический корпус, внутри которого неподвижно установлены лопасти, обеспечивающие дробление пузырьков газожидкостной смеси, отличающийся тем, что он снабжен центральной, коаксиально установленной в корпусе устройства втулкой, преимущественно, цилиндрической формы, диаметром, не превышающим 0,5 диаметра корпуса, а лопасти выполнены в виде криволинейных пластин, ограниченных четырьмя кромками: входной, выходной, внешней и внутренней боковыми кромками, и закреплены к цилиндрическим поверхностям втулки и корпуса внутренними и внешними боковыми кромками, соответственно, при этом входные кромки выполнены прямолинейными и ориентированы радиально к оси втулки, а выходные кромки выполнены в форме зигзага и имеют протяженность, превышающую протяженность входной кромки в 2-5 раз.
2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что угол а между касательной, проведенной к лопасти на уровне выходной кромки в каждой ее точке и осью втулки определяется в соответствии со следующим соотношением tgj er = A' shi -, где безразмерный коэффициент К равен 1-3, г - расстояние от точки измерения угла а до оси втулки, R - радиус корпуса смесителя, Я - безразмерный параметр, равный 0.01-0.5.
3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что форма пластин лопасти смесителя описана параметрическим уравнением в цилиндрических координатах: t. z . r-Rhub где z - расстояние от входной кромки до определенной точки
- высота смесителя,
- радиус втулки, г - расстояние от оси втулки до де определенной точки пластины лопасти, R радиус корпуса смесителя.
4. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что высота смесителя z выбрана с обеспечением возможности разрыва пузырьков до заданного размера и
А 1? определена следующим соотношением: где А - коэффициент, равный 5-
5. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что высота смесителя z и количество лопастей
связаны следующим соотношением
где коэффициент к составляет от 0.1 до 0.3.
6. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что центральная втулка имеет верхнее и нижнее скругления, преимущественно, параболической формы.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139442 | 2020-12-01 | ||
| RU2020139442A RU2759628C1 (ru) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Статический смеситель для дробления пузырьков газа в газожидкостной смеси |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022119477A1 true WO2022119477A1 (ru) | 2022-06-09 |
Family
ID=78607224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/050402 WO2022119477A1 (ru) | 2020-12-01 | 2021-11-30 | Статический смеситель для дробления пузырьков газа в газожидкостной смеси |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2759628C1 (ru) |
| WO (1) | WO2022119477A1 (ru) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2522911A1 (en) * | 2011-05-11 | 2012-11-14 | Alstom Technology Ltd | Lobed swirler |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU952308A2 (ru) * | 1981-01-06 | 1982-08-23 | Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Целлюлозного Машиностроения Петрозаводского Машиностроительного Производственного Объединения Им.В.И.Ленина | Статический смеситель |
| CN1204945C (zh) * | 2003-09-05 | 2005-06-08 | 刘兆彦 | 一种管、筒或塔内构件立交盘 |
| JPWO2005077506A1 (ja) * | 2004-02-16 | 2007-08-23 | 株式会社アネモス | ミキシングエレメント及びそれを使用した静止型流体混合器 |
| CA2584955C (en) * | 2006-05-15 | 2014-12-02 | Sulzer Chemtech Ag | A static mixer |
| NO330583B1 (no) * | 2009-03-31 | 2011-05-23 | Norsk Hydro As | Fremgangsmate for a blande faststoff bulkmateriale med bred partikkelstorrelsesfordeling samt blandestasjon for samme |
-
2020
- 2020-12-01 RU RU2020139442A patent/RU2759628C1/ru active
-
2021
- 2021-11-30 WO PCT/RU2021/050402 patent/WO2022119477A1/ru active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2522911A1 (en) * | 2011-05-11 | 2012-11-14 | Alstom Technology Ltd | Lobed swirler |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2759628C1 (ru) | 2021-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7316503B2 (en) | Static mixer | |
| WO1994005413A1 (en) | Method and apparatus for mixing fluids | |
| EP0489211A1 (en) | Jet impingement reactor | |
| US5779361A (en) | Static mixer | |
| Luo et al. | Micromixing efficiency of a novel helical tube reactor: CFD prediction and experimental characterization | |
| JP2004530547A (ja) | 撹拌および反応に利用するフラクタル装置 | |
| US5741466A (en) | Multiphase staged passive reactor | |
| US6467949B1 (en) | Static mixer element and method for mixing two fluids | |
| WO2022119477A1 (ru) | Статический смеситель для дробления пузырьков газа в газожидкостной смеси | |
| TW202023679A (zh) | 微型流道裝置 | |
| Li et al. | The coupled mixing action of the jet mixer and swirl mixer: An novel static micromixer | |
| EP1110601A2 (en) | Modular reactor system allowing control of particle size during chemical precipitation | |
| CN216703990U (zh) | 一种涡流式液体原料在线静态混合器 | |
| US20120236678A1 (en) | Compact flow-through nanocavitation mixer apparatus with chamber-in-chamber design for advanced heat exchange | |
| Luo et al. | Experimental investigations of liquid-liquid dispersion in a novel helical tube reactor | |
| EP3852912B1 (en) | Fluid mixing device | |
| WO2016166771A1 (en) | Continuous micro mixer | |
| RU2336938C2 (ru) | Смеситель-диспергатор | |
| WO2018112359A1 (en) | Spiral mixing chamber with vortex generating obstructions | |
| JP2001162150A (ja) | 多相流体混合方法及び装置 | |
| KR102356090B1 (ko) | 스테틱 믹서 | |
| RU217762U1 (ru) | Диафрагмовый смеситель | |
| RU2753756C1 (ru) | Аппарат для проведения массообменных и реакционных процессов в однофазных и многофазных средах | |
| RU116366U1 (ru) | Статический смеситель | |
| US20230149888A1 (en) | Tubular reactor with mixing means |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21859387 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21859387 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |