Перемешивающее устройство

 

Изобретение относился к устройствам открытого турбинного типа для перемешивания жидких сред, диспергирования в них газа и суспендирования твердых частиц и может быть использовано в химической, пищевой , микробиологической и других отраслях промышленности: Цель изобретения - повышение интенсивности перемешивания Устройство содержит ступицу, диск на котором установлены лопасти по касательной к окружности, которая проходит через их внутренние кромки, смежные лопасти противоположно смещены в аксиальном направлении относительно плоскости диска на величину 0,15-0 3 их высоты 4 ил , 3 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 01 F 5/00, 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ . ПРИ ГКНТ СССР

- ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660642/26 (22) 03.01.89 (46) 23.04.91. Бюл, ¹ 15 (72) Е.А.Боровик, А.M,Êóýíåöoâ, В,Ф.Голошубов и В.Д.Сухонос (53) 66.063(088.8) (56) Авторское свидетельство ЧССР

N 221122440022,, кКл, В 01 F 5/00, 1984. (54) ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относигся к устройствам открытого турбинного типа для перемешивания жидких сред, диспергирования в них

Изобретение относится. к устройствам открытого турбинного типа для перемешивания жидких сред, диспергирования в них газа и суспендирования твердых частиц и может быть использовано в химической, пищевой микробиологической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение интенсивности перемешивания, На фиг. 1 показано перемешивающее устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — зпюры нормальных к поверхности лопастей скоростей при шести различных углах установки лопастей а относительно радиуса (а = 0, 10о, 20о, 30о, 36,9 — лопасть расположена по касательной к окружности, проходящей через ее внутреннюю кромку 42,5 ); на фиг, 4 — график зависимости величины сопротивления лопасти от угла а ее установки относительно радиуса.

Устройство состоит из ступицы 1, на которой укреплен диск 2, На последнем размещены лопасти 3, установленные по касательной к окружности, которая проходит.... Ж„„1643065 A l газа и суспендирования твердых частиц и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.. Цель изобретения— повышение интенсивности перемешивания. Устройство содержит ступицу, диск. на котором установлены лопасти по касательной к окружности, которая проходит через их внутренние кромки, смежные лопасти противоположно смещены в аксиальном направлении относительно плоскости диска на величину 0,15-0,3 их высоты. 4 ил., 3 табл. через их внутренние кромки к их внутреннему диаметру (фиг. 1). Смежны- лопасти 3 противоположно смещены в аксиальном направлении на величину д, равную 0,15-0.3 их высоты h (фиг, 2), Перемешивающее устройство работает следующим образом.

При вращении его лопасти 3 взаимодействуют с жидкостью, турбулизуя ее в зоне Сс мешалки и создавая радиальные, окружные ф и осевые потоки жидкости в перемешивае- () мом объеме жидкости. С)

Рассмотрим обтекание жидкостью лопасти при различных углах а установки ее относительно радиуса и определим ее сопротивление.

В общем виде сопротивление единицы длины пластины при фронтальном обтекании ее жидкостью определяется зависимостью f = 0,44 p W nh.

Сопротивление P лопасти длиной I определяется как

Р = j f (l) б 1 = 0,44Р и (М4 (1)) d t, (1) . о о

1643065

15 съ 0

55 где р — плотность жидкости;

Wn — нормальная к поверхности лопасти скорость жидкости; ! — длина лопасти.

Рассмотрим в качестве примера работу перемешивающего устройства с различным углом аустановки лопасти относительно радиуса, Геометрические размеры перемешивающего устройства следующие (фиг. 1): радиус внутренней окружности лопастей Z = — = 0,27 м; б

2 радиус наружной окружности лопастей

R = — =045 м;

2 частота вращения перемешивающего устройства h=100 об/мин; высота лопастей 6=0,18 м; плотность перемешиваемой среды p =

= 1000 кг/м .

Определяем окружную составляющую скорости потоков жидкости, сходящих с перемешивающего устройства (фиг. 3);

V = К R = 3,06 м/с, где К вЂ” коэффициент взаимодействия лопасти с жидкостью (К=0,65).

Переносная составляющая скорости жидкости V = 0,33 V = 1 м/с, На основании этих данных строим зпюры распределения нормальной к фронтальной поверхности лопасти составляющей для случаев, когда угол а установки лопастл относительно радиуса равен 00, 10, 20, 30, лопасть касательная к ее внутренней окружности (а = 36,9 ), 42,50, Эпюры построены в масштабе, равном

10 и в масштабе скоростей равном мм

- м/с

6,66 . 10 . Для каждого перечисленнамм га положения лопастей графическим интегрированием определяем выражение !

J (04 (!)) d и находим сопротивление лапао сти P.

Сопротивление лопасти Р при различных углах а установки ее относительно радиуса и относительное сопротивление лопастей Р/Ра-1 представлены в табл, 1.

В графическом виде зависимость относительного сопротивления лопастей Р/Ра=а (отношение сопротивления лопастей при угле установки а к сопротивлению лопастей при a = О) представлена на фиг, 4, При рабате испытывается модель перемешивающего устройства открытого «урбинного типа (фиг. 1), состоящего из ступицы 1, диска 2, диаметром dd = 0,037 м, на катарам укреплены лопасти 3. Лопасти 3 установлены па касательной к их внутреннему диаметру d, d = 0,025 м, Внешний диаметр перемешивающего устройства d =

= 0,065 м. Высота лопастей перемешивающего устройства h = 0,012 м, Смежные лопасти перемешивающега устройства смещены друг относительно друга в аксиальном направлении на величину сТ.

Испытывают пять моделей перемешивающего устройства указанной конструкции и размеров, отличающихся лишь величиной смещения 0; Результаты приведены в табл, 2.

Испытания проводят в реакторе для гидрагенизации жиров, представляющем собой цилиндрический сосуд диаметром

Dp = 0,11 м и рабочей емкостью 1 л, В корпусе реактора на приводном валу устанавливаю1 мешалки с номерами 1 — 5 (табл. 2).

Мешалки установлены на высоте h< = 0,04 м от дниша сосуда. Уровень жидкости в реакторе Н = 0,11 м. Ниже мешалки установлен барбатер водорода, выполненный в виде трубки с открытым концам. В реакторе установлены четыре отражательные перегородки шириной Ь = 0,1 Dp =- 0;011 м. Температура жидкости изменяется термопарой и регулируется с помощью внешнего электронагревательного элемента. Мешалка приводится ва вращательное движение с пастояннай скоростью 800 об./мин.

Исследования проводят в следующем порядке. В реактор загружают рафинированное подсолнечное масло в количестве

1 л, добавляют в него 0,25 г мелкодисперсного катализатора ГМ-З, нагревают содержимае реактора до 200 С и подают в барботер водород. Подача водорода в барботер ва всех экспериментах одинакова и составляет 1 л/мин, В реакторе протекает процесс гидрагенизации (насыщение непредельных триглицеридав водородом), в результате чего происходит изменение физических свойств жидкости (масла), а именно повышается его температура плавления.

Исследования заключаются в определении времени гидрагенизации до достижения точки плавления гидрагенизата 32 С при использовании мешалок с различным смещением лопастей д. Так как скорость ! процесса гидрагенизации возрастает с увеличением скорости массопереноса водорода из газовой фазы в жидкость, а последняя возрастает с увеличением интенсивности перемешивания, то по скорости гидрогенизации (времени достижения т. пл. гидроге1643065

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3 низата 32 С) можно судить об интенсивности перемешивания, создаваемой той или иной мешалкой.

Результаты исследований по гидрированию-масел в автоклаве емкостью 1 л с использованием мешалок с различным смещением смежных лопастей д представлены в табл. 3.

Таким образом, из приведенных исследований следует, что при смещении смежных лопастей перемешивающего устройства в аксиальном направлении относительно плоскости диска на величину д = 0,15-0,3 их высоты, время, требуемое для достижения температуры плавления гидрогенизата, минимально. Это доказывает тот факт, что интенсивность перемешивания испытанной мешалки максимальна при смещении смежных лопастей в аксиальном направлении д = (0,15 — 0,3):h относительно плоскости диска.

При смещении лопастей д < 0,15 h соседние лопасти мешалки экранируют одна другую и при этом не происходит поступления жидкости с боковых поверхностей лопасти на фронтальную поверхность следующей за ней по ходу вращения лопасти, что снижает взаимное перемешивание жидкости из верхней и нижней зоны и суммарную

5 интенсивность перемешивания в аппарате.

При смещении лопастей д > 0,3 h жидкость в основном циркулирует между лопастями мешалки, а интенсивность циркуляции в верхнем и нижнем циркуляционном

10 контуре (над и под мешалкой) снижается, что уменьшает интенсивность перемешивания в этих зонах и общую интенсивность перемешивания в аппарате.

Формула изобретения

15 Перемешивающее устройство, содержащее ступицу, диск с размещенными на нем лопастями, установленными под углом к радиусу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения интенсивности переме20 шивания, лопасти установлены по касательной к окружности, йроходящей через их внутренние кромки, при этом смежные лопасти противоположно смещены в аксиальном направлении относительно плоскости

25 диска на величину 0,15 — 0,3 их высоты

1643065

1643065 8 4 = 4

Редактор Н.Яцола

Заказ 1195 Тираж 412 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

P„=O

Составитель А,Горбань

Техред M.Моргентал Корректор H.Êîðoëü