Смеситель барботажного типа

 

Изобретение относится к технике смешивания жидкостей в емкостях с помощью сжатого воздуха и может найти применение в химической, пищевой, строительной и других отраслях народного хозяйства, а также позволяет повысить эффективность перемешивания, упростить конструкцию и снизить энергоемкость. Смесь барботажного типа содержит цилиндрический корпус с патрубками наливным, сливным и дыхательным, расположенным по его оси барботером, соединенным с источником сжатого воздуха, и перемешивающие элементы, выполненные в виде свободно охватывающих барботер поплавковых роторов с наклонно расположенными лопатками и на конце барботера с перфорированной форсункой, кольцевая полость которой имеет форму сопла Лаваля плавно переходящего по ходу движения воздушного потока в двухпорожистую камеру Шретера, известную в испытательной технике, как высокоэффективный источник кавитации. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

Is1Is В 01 F 7/2б

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

iQ (T О

Ql

Ю ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 472 1471 /2 б (22) 24.07.89 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (71) Ярославский политехнический институт (72) Ю.M.Ïðèäàòêo, А.Б.Лебедев, В.Я.Морев, Г.И.Черняев и В.И.Трохин (53) 66.063(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 11338866226699,, кKIлI, В 01 F 13/02, 1985. (54) СМЕСИТЕЛЬ БАРБОТАЖНОГО ТИПА (57) Изобретение относится к технике смешивания жидкостей в емкостях с помощью сжатого воздуха и может найти применение в химической, пищевой, строительной и других отраслях народного хозяйства, а также позволяет повысить эффективность перемеИзобретение относится к технике смешивания жидкостей в емкостях с помощью сжатого воздуха и может найти применение в химической, пищевой, строительной и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение эффективности перемешивания, упрощение конструкции и снижение энергоемкости, На фиг.1 изображен смеситель барботажного типа, общий вид; на фиг.2 — разрез

А-А на фиг.1; на фиг,3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — разрез В-В на фиг.1; на фиг,5— разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.б — схема силового воздействия газового пузырька на лопасть перемешивающего элемента; на фиг.7 — узел 1 на фиг.2, Смеситель барботажного типа включает в себя корпус 1 с крышкой 2, загрузочным 3 и разгрузочным 4 патрубками и дыхательным патрубком 5 выпуска газовой фазы. По.5UÄÄ 1669524 А1 шивания, упростить конс1рукци1о и снизить энергоемкость. Смесь барботажного гип» содержит цилиндрический корпус с патрубками наливным. сливным и дыхательным, расположенным IIO его оси барботером, соединенным с источником сжатого воздуха, и перемешивающие элементы, выполненные в виде свободно охватывающих барботер поплавковых роторов с наклонно расположенными лопатками и на конце барботера с перфорированной форсункой, кольцевая полость которой имеет форму сопла Лаваля, плавно переходящего по ходу движения воздушного потока в дпухпорожистую камеру Шретера, известную в испытательной технике, как высокоэффеK TPIBHI, источник кавитации. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. оси корпуса 1 установлены неподвижный барботер б. выполненный в виде полой трубы, соединенный с источником сжатого воздуха (не показан) и с воэможностью свободного вращения перемешивающих элементов, каждый из которых выполнен в виде турбины-ротора, содержащего наклонно (под углом a) расположенные к его продольной оси лоткообраэные лопатки 7 (с отогнутыми продольными эакраинами в сторону днища корпуса), укрепленные на ступице 8 свободно с гарантированным зазором 9 (фиг.5), охватывающей барботер б, причем наклон лопастей 7 в каждом последующем (сниэу вверх) роторе выполнен в противоположную сторону по отношению к предыдущему.

В верхней части (поясе) ротор прикреплен (на сварке) к выполненному в форме полого тора поплавку-понтону 10, снабжен1669524 ному регулировочным вентилем 11 (для установки роторов в погруженное положение путем частичного заполнения полостей поплавков жидкостью).

На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 смесителя в зоне, соответствующей расположению перемешивающих элементов-роторов, укреплены радиально расположенные с зигзагообразной рабочей кромкой перфорированные перегородки-ребра 12 (фиг,7). На нижнем свободном конце неподвижного барботера 6 (фиг.3, 4) укреплена форсунка, содержащая скрепленные соединительными элементами 13 полый насадок 14 и расположенный перед ним дисковый экран 15, образующие в совокупности кольцевой зазор 16 в форме аэродинамического сопла Лаваля, плавно переходящего по ходу движения газопотока в известную в технике испытания материалов на кавитационный износ камеру Шретера — высокоэффективный источник кавитации, и характеризующуюся направляющими порожками-уступами 17 и 18, выполненными соответственно на высадке 14 и экране 15, расположенными последовательно и навстречу один другому.

В элементах форсунки-насадки 14 и экране 15 выполнены наклонно расположен-. ные к продольной оси кольцевого зазора (сопла) 16 в сторону движения газопотока сквозные каналы 19 и 20. соединяющие высокоскоростную (узкую) зону сопла с полостью корпуса смесителя. Над форсункой расположена укрепленная посредством ребер 21 направляющая обечайка 22, выполненная в форме усеченного конуса и охватывающего барботер 6, а на наружной поверхности последнего укреплены опорные кольца 23 для базирования роторов при опорожнении корпуса 1 смесителя.

Смеситель барботажного типа работает следующим образом.

Жидкие компоненты смеси при закрытом разгрузочном патрубке 4 подаются через загрузочный патрубок 3 и заполняют корпус 1 смесителя до контрольного уровня, при этом поплавки-понтоны 10 с роторами, до этого базирующимися своими ступицами

8 на опорных кольцах 23, укрепленных на барботере 6, всплывают, т.е., отделяясь (зазор 24, фиг.5) от упоров 23, оказываются в свободном погруженном в жидкость плавучем состоянии.

Далее, через барботер 6 подается сжатый воздух, поступающий в форсунку, в ее кольцевую полость 16, которая, будучи выполненной в форме сопла Лаваля, как известно из аэродинамики, обеспечивает в узкой зоне его разгон газопотока до сверх5

55 звуковой скорости, в которой (в соответствии с уравнением Бернулли) создается низкое давление (разрежение), эжектирующее в эту зону сопла через каналы 19 и 20 иэ придонной части емкости-корпуса 1 смесителя жидкую фазу, обеспечивая определенную циркуляцию (ток) придонной наиболее плотной и склонной к гравитационной сепарации части жидкой фазы (фиг,3) через указанные перфорации-каналы в форсунке, Перемещаясь по соплу 16, вовлеченная в него жидкая фаза интенсивно перемешивается с высокоскоростным воздушным потоком, дифференцируя его на отдельные мелкие газовые пузырьки, Концевая — финишная (по ходу потока) часть сопла 16, выполненная в форме двухпорожистой камеры

Шретера — высокоэффективного источника кавитации, обеспечивает при огибании вовлеченной жидкой фазой порожков-уступов

17 и 18 образование кавитационных пузырьков в ней, как в высокоскоростной разряженной за порожками-уступами зоне.

Указанные кавитационные пузырьки образуются из газа, растворенного в перемешиваемых жидких компонентах.

Таким образом, из сопловой кольцевой полости 16 форсунки с большой скоростью, обеспечиваемой соплом Лаваля, внедряется в придонно расположенную жидкую фазу множество воздушных и кавитационных газовых пузырьков (а также вовлеченная в сопло жидкость), первые из которых поднимаются вверх, а последние — кавитационные, образовавшись в высокоскоростной (разреженной) зоне финишной части сопла 16, попадая (внедряясь) из сопла форсунки в жидкую низкоскоростную среду с высоким давлением, схлопываются ("коллапс"), генерируя энергию, идущую на возбуждение — перемешивание склонной к гравитационной сепарации придонно расположенной жидкой фазы повышенной плотности (удельного веса). Этим обеспечивается повышенный пузырьковый напор— повышается плотность газосодержания в жидкости. Перемешивание обеспечивает и вовлеченная через каналы 19 и 20 сопла 16 жидкость, так как она разгоняется в нем до критической скорости и, обладая большой кинетической энергией. внедряется из сопла в перемешиваемую жидкую фазу, "прошивая" ее в радиальном направлении по всему поперечному сечению придонной части корпуса 1.

Плотно расположенные мельчайшие воздушные пузырьки, всплывая вверх, перемешивают — барботируют жидкость и одновременнно в большей части направляются обечайкой 22 в зону расположения лопаток

1669524

7 перемешивающих элементов-роторов.

Подъемная сила P пузырьков (фиг,6), воздействуя на наклонно расположенные лоткообразные плоскости лопаток 7 (исключающие преждевременный радиальный сход с них пузырьков), обеспечивает окружную силовую составляющую Q, вращающую самоцентрирующийся относительно барботера 6 ротор в соответствующем направлении. Причем, при сходе с лопаток 7 нижнего ротора и устремляясь вверх, пузырьки "улавливаются" лопатками вышерасположенного ротора, вращая его в противоположном направлении по отношению к нижерасположенному. В зоне стыка — контакта разнонаправленных слоев жидкости наблюдается повышенный градиент (перепад) скорости вращения ее и, как следствие — интенсивный вертикальный массообмен (перемешивание) жидкости. Следует отметить, что, наряду с обеспечением механического перемешивания (вращением роторов). воздушные пузырьки выполняют одновременно (перемещаясь вверх) и функцию барботэжного перемешивания жидкости.

Периферийно расположенные в емкости 1 участки увлекаемой роторами Во вращательное движение жидкости, встречаясь с перфорированными зигзагообразными ребрами-перегородками 12, претерпевают гидродинамические изменения, что проявляется в образовании различных по размерам воронкообразных вихрей в межребе рном пространстве (обусловлено различной высотой зигзагообразных участков ребер), э при прямом прохождении локальных масс жидкости через отверстия перфорации наблюдается пространственное огибание закраин отверстий жидкостью с образованием вихрей в форме тора. Взаимодействие различных по форме, скорости, энерго- и массосодержанию вихрей в межреберном пространстве формирует турбулентный стохастический процесс перемешивания, более эффективный в отличие от традиционных принудительно односторонне направленных струй. И еще одно — тормозной эффект ребер 12, оказывающий влияние на вращаемые роторами периферийные слои жидкости (особенно вязкотекучей), способствует вертикальному дрейфу их, т.е. активному перемешиванию, В этом случае действие ребер аналогично продольным выступам на корпусе-гильзе шнековых пластифицирующих экструдеров, термопластаппаратов, шприц-машин...

В процессе перемешивания "отработанная" воздушная пузырьковая среда удаляется в атмосферу через патрубок 5. По

50 окончании рабочего процесса перекрывают подачу сжатого воздуха в барботер 6 смесителя, открывают задвижку (вентиль) разгрузочного придонного патрубка 4 для выдачи готового жидкого продукта- идросмеси потребителю. По мере опорожнения емкости 1 смесителя перемешивающие элементы ротора плавно опускаются на соответствующие кольцевые опоры 23, установленные на барботере 6.

Таким образом, используя в смесителе в качестве рабочей среды только сжатый воздух, в отличие от традиционного типового барботирования, обеспечивается высокоплотный мелкодисперсный пузырьковый напор (поток), механическое разнонаправленное перемешивание путем вращения поплавковых роторов, использующих подъемную силу (напор) воздушных пузырьков, и кавитационное возбуждение придонно расположенных наиболее плотных слоев жидких компонентов, обеспечивается развитая поверхность газожидкостного контакта в совокупности с высокоскоростным газо-гидродинамическим воздействием выходящего с большой скоростью из сопла гээожидкостного потока, пронизывающего смешиваемую жидкость в радиальном направлении. Конструктивные особенности смесителя повышают эффективность перемешивания и степень использования сжатого воздуха (увеличивает КПД смесителя), исключают необходимость наличия в смесителе энергоемкого, сложного в изготовлении и эксплуатационном отношении электромеханического привода и не менее сложной магистрали двухсторонней подачи сжатого воздуха (снижаются расходы на содержание обслуживающего персонала).

Предлагаемый смеситель может быть реализован для перемешивания систем "газ — жидкость", "жидкость — жидкость" типа суспензий, эмульсий, пульп в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Смеситель барботажного типа, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, соосно которому расположен соединенный с источником сжатого воздуха барбортер с форсунками, установленные по оси корпуса перемешивающие элементы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности перемешивания, упрощения конструкции и снижения энергоемкости, он снабжен поплавками, а каждый иэ перемешивающих элементов выполнен в виде укрепленного на поплавке и свободно охватывающего барботер ротора с лопастями, наклонно расположенными к оси корпу1669524 са перфорированными зигзагообразными ребрами, расположенными радиально на внутренней поверхности корпуса, полым насадком, установленным на нижнем конце барботера и расположенным под ним экраном, а кольцевой зазор между насадкам и экраном имеет форму сопла Лаваля, плавно переходящего по ходу движения газового потока в форму двухпорожистой камеры

Ш ретера, и соединен выполненными в них наклонно расположенными сквозными каналами с полостью корпуса.

2. Смесительпоп. 1,отличающий5 с я тем, что сквозные каналы в насадке и экране наклонены в сторону движения газового потока. а наклон лопастей соседних роторов выполнен взаимно противополож1669524

Фиг.2

1669524

S-g

Составитель Г,Урусов

Редактор Н.Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор О,йундрик

Заказ 2694 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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