Перемешивающее устройство

 

ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вертикальный цилиндричесKHft корпус с крьшкой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания , спиральные лопатки снабжены верхней и нижней перегородками в виде дисков, при этом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса , а нижняя выполнена с центральным отверстием и установлена на расстоянии от стенки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) 3(5!) В 01 F 5/1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r!O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3582803/23-26 (22) 16.04.83 (46) 30.09.84. Вюл. Ф 36 (72) Д.Г.Иванов и Ю.Г.Нечаев (53) 66.063(088.8) (56) 1. Вишневский Н.Е., Глуханов Н.П., Ковалев И.С. Машины и аппараты с герметичным электроприводом. Л., "Машиностроение", 1977, с. !30.

2. Патент Германии Ф 391010, кл. 12 1 4/О1, 1922. (54) (57) ПЕРЕМЕШИВАКИЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, спиральные лопатки снабжены верхней и нижней перегородками в виде дисков, при этом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса, а нижняя выполнена с центральным верстием и установлена на расстояи от стенки.

1 111578

Изобретение относится к смесителям с вращающимся перемешивающим устройством в неподвижных резервуарах и

Ъ может быть использовано в химической промьппленности для проведения процессов растворения, эмульгирования„ су .пендирования, а также осуществления различных тепловых и массообменных процессов.

Известен аппарат, представляющий собой вертикальный цилиндр с эллиптической крышкой и днищем, внутри которого расположена циркуляционная труба (диффузор). Внутри диффузора размещается мешалка, создающая значительные осевые потоки, благодаря кЬторым жидкость проходит сначала внутри диффузора, а затем в кольцевом пространстве между диффузором и корпусом сосуда. Интенсивность перемешивания в этом случае значительная. (1).

Недостатком этого аппарата является то, что он применяется только для высокоскоростных пропеллерных (винтовых) мешалок. Из-за большой скорости вращения пропеллерной мешалки, имеющей малый вылет вала (для предотвращения его деформации), она располагается в верхней части аппарата. В результате сосуд работает эффективно при сравнительно не больших объемах (до 7 м ) . При увеличении как диаметра, так и высоты аппарата интенсивность перемешивания

35 уменьшается.

Известно также перемешивающее устройство, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого

40 по периметру размещены спиральные направляющие лопатки P2), Спиральные лопатки способствуют устранению воронки. Однако в известном смесителе жидкость, начав движе- 45 ние вдоль лопатки с периферии к центру, может сойти с этой траектории и не дойти до центральной (приосевой) зоны. Объясняется это тем, что жидкостная струя движется по пути наи- 50

l меньшего сопротивления. Кроме того, увеличение числа оборотов вращения мешалки все-таки может привести к образованию жидкостной вороки. При наличии всплывающих лопаток это явле-55 ние возникает при несколько больших числах оборотов мешалки и в случае большой величины степени заполнения аппарата (V = 0,99) приводит к переливу жидкости.

Цель изобретения — интенсификация процесса перемешивания.

Поставленная цель достигается тем, что в перемешивающем устройстве, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки, последние снабжены верхней и нижней перегородками в виде дисков, при этом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса, а нижняя выполнена с центральным отверстием и установлена на расстоянии от стенки.

В предлагаемой конструкции жидкость набегает на лопатки в основном вследствие насосного эффекта мешалки и преобразования скоростного напора, набегающего на верхнюю перегородку потока, в статическое давление, из-за возрастания которого (особенно при увеличении числа оборотов мешалки) жидкость перемещается из кольцевой периферийной зоны в приосевую часть сосуда, формируясь в центральном отверстии нижней перегородки, проходит на большую глубину жидкости, находящейся:в сосуде.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез, общий вид на фиг. 2— кривые изменения электропроводности жидкости в нижней части сосуда в зависимости от времени перемешивания.

Сосуд состоит из цилиндра 1 с днищем 2 и крышкой 3, имеющими эллиптическую форму. Днище 2 приварное, а крышка 3 крепится к корпусу 1 при помощи фланцев 4. Сосуд имеет рубашку 5, служащую для нагрева или охлаждения содержимого сосуда. Между фланцами 4 с помощью плоского диска 6 закреплена перегородка 7, под которой с помощью стержней 8 крепится перегородка 9. Обе перегородки выполнены в виде усеченных конусов.

Между нижней перегородкой 9 и стен-. кой корпуса 1 имеется кольцевой зазор 10 для прохода жидкости. Центральное отверстие 11 в нижней перегородке 9 служит для схода жидкости от периферии к приосевой зоне потока.

Между перегородками 7 и 9 установлены спиральные направляющие лопатки 12. Для заполнения и опорожнения сосуда служат патрубки 13 и 14 соот3 11157 ветственно. Патрубки 15 и 16 служат для подачи в рубашку 5 и выхода из нее теплоносителя. Внутри корпуса 1 размещен вал 17 с закрепленной на нем мешалкой 18.

Движение жидкости с одновременным перемешиванием ее происходит по следующей схеме.

Мешалка 18 перемешивает жидкость в сосуде. За счет увеличения давления, развиваемого в потоке вращающейся жидкости на периферии сосуда и под действием силы тяжести (используется перелив жидкости с верхнего уровня на более низкий), происходит переброс жидкости с периферии к приосевой зоне потока через кольцевой зазор 10 вдоль направляющих лопаток 12 между перегородками 7 и 9. При этом слои жидкости интенсивно перемешивают-, ся, а после входа вращающегося объема жидкости в приосевую зону сосуда происходит быстрое продвижение его под влиянием центробежных сил, возникающих в быстровращающемся потоке.

В сосуде развивается устойчивая циркуляция с центра на периферию, с периферии через перелив снова на центр, характеризуемая большими значениями вращательных и осевых скоростей на

30 периферии и вращательных, осевых и радиальных скоростей в приосевой зоне и приводящая к тому, что жидкость у стенок не застаивается, что интенсифицирует протекание различных тепломассообменных процессов °

Движение жидкости происходит в условиях ярко выраженной нестационарности. В э1их условиях разделения жидкостей по удельным весам не происходит, поскольку весь объем сосуда является активным. В виду наличия перегородок и направляющих лопаток жидкостная воронка не образуется, вследствие чего значительно расширяется верхняя граница для применяемых скоростей вращения мешалки, что также позволяет интенсифицировать различные технологические процессы, проводящиеся в аппарате.

Предлагаемая конструкция сосуда позволяет интенсифицировать процесс неремешивания при степенях заполнения аппарата 0,98-0,99, особенно в

1 еакторах большого объема и в реакторах с соотношением высоты к диамет-55 ру более 1,5 со значительным уменьшением энергетических затрат на перемешивание.

89 4

В результате снятия кривых изменения электропроводности жидкости при нанесении возмущения на объект был проведен сравнительный анализ предложенного и известного устройств.,:.

В таблице приведены условия проведения опытов по измерению электропроводности жидкости.

Из хода кривых видно, что после нанесения возмущения на объект (добавление электропроводящей жидкости) изменение электропроводности жидкости в известном устройстве (кривые 14) происходит с несколько размытым пиком при вершине, а не с ярко выраженным, как в предлагаемом устройстве — пунктирная кривая 5. Это подтверждает отличие в качественной характеристике движения, жидкости в рассматриваемых-устройствах. В предлагаемом устройстве нисходящий поток . является более высокоразвитым и доходит почти до дна сосуда (т.е. к месту установки перемешивающего органа). Напротив, в известном устройстве нисходящий поток является более слабым. На последующих участках кривых 1-4 происходит плавное нарастание величины электропроводности жидкости во времени. Выход на значение электропроводности, соответствующее новому установившемуся состоянию (точки А„, А и т.д. для соответствующих кривых) зависит от условий перемешивания жидкости в смесителе. При большой степени заполнения = 0,99 и числе оборотов мешалки, равному

230 об/мин, время гомогениэации равно 32,5 с, т.е. известный смеситель является интенсивным.

При степени заполнения = 0,7 и том же числе оборотов мешалки величина аналогичного времени оказывается равной 119 с. Здесь сказывается, очевидно, тот факт, что при малой степени заполнения увеличивается жидкостная воронка и центральная часть лопаток оказывается вообще не смоченной жидкостью, т.е. на процесс перемешивания не влияет.

Все эти данные получены при одной и той же мощности привода мешалки, равной 30 Вт.

При одних и тех же мощностях привода мешалки и степени заполнения

Ч = 0,99 установка спиральных лопаток поперек оси сосуда в его верхней части способствует ускорению процесса перемешивания (время гомогенизации

1115789

Величина показателей в опытах. У

1 1 1 Г

Показатели

3 4 5

50

25

Напряжение, B

2,0

2,0

1,0

1,2

1,2

Сила тока, А

Число оборотов, об/мин

410

410

230

230

230

Степень заполнения, Ж Q,99

0,99

0,99

0,7

0,7 (В «1»

Фса.2

Составитель Н.Федорова

Техред Л.Коцюбняк Корректор А. Зимокосов

Редактор С,Лисина

Заказ 6810/7 Тираж 575 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 равно 32,5 с), однако не столь интенсивно, как в устройстве с дополнительными перегЬродками, поскольку время гомогенизации в этом случае равно 20 с. Отношение укаэанных времен равно 1,6, что довольно существенно.

При увеличении мощности привода мешалки до 100 Вт (т.е. в 3,3 раза) в известном устройстве со степенью заполнения Ч = 0,99 время гомогенизации равно 25 с, Дальнейшее увеличение мощности привода мешалки с целью достижения времени гомогенизации

20 с (в предлагаемом устройстве) ни к чему не приводит, так как жидкость начинает переливаться из устройства.

При снижении степени заполнения до величины = 0,7 и той же увеличенной мощности 100 Вт время гомогенизации равно 30 с, При этом наблю— дается жидкостная воронка, и центральная часть лопаток оказывается не смоченной водой.

5 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет добиться конечного эффекта (обеспечение гомогенности среды) в течение более короткого времени, а именно в 1,7 раз быстрее, т.е. характеризуется более высокой интенсивностью перемешивания.

Поскольку затраты энергии, вводимой в леремешиваемую среду в предлагаемом устройстве по сравнению с известным при достижении одного и того же конечного результата (времени перемешивания около 20 с) значительно меньше (примерно в 3,3 раза), то предлагаемое устройство является и более эффективным.