Мешалка



Мешалка
Мешалка
Мешалка
Мешалка

 


Владельцы патента RU 2492920:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к мешалкам для гомогенизации больших объемов суспензии и может применяться на предприятиях химической и металлургической промышленности. Мешалка содержит расположенный в баке вертикальный вал, вращаемый приводом. В верху вала установлены наклоненные к вертикали лопасти, окруженные неподвижным кольцом. В низу вала прикреплены вертикальные лопатки. Кольцо имеет определенное отношение высоты к диаметру, а лопатки имеют определенное отношение ширины к высоте. При вращении лопасти направляют суспензию вниз, а лопатки создают радиальное перемещение. В результате происходит интенсивное перемешивание всей массы суспензии без наличия застойных зон. Технический результат состоит в увеличении эффективности перемешивания при одновременном снижении расхода энергии. 6 ил.

 

Изобретение предназначено для гомогенизации больших объемов суспензии. Мешалка может найти применение на предприятиях химической и металлургической промышленности.

В различных сферах человеческой деятельности используется большое разнообразие мешалок. Значительную долю из них составляют мешалки с вертикальным вращающимся валом, на котором закреплены рабочие органы - лопасти, лопатки, гребенки и др. [1]. Конструкции таких мешалок во многом определяются характером перемешиваемых сред. Основной проблемой при перемешивании суспензий является оседание твердых частиц на стенках и днище. Для предотвращения данного процесса применяют различные способы создания турбулентности, охватывающей весь перемешиваемый объем. Однако при этом резко возрастает расход энергии. Кроме того, известно, что лопастные и особенно пропеллерные мешалки при вращении образуют, в основном, осевой ток жидкости. При этом следует отметить, что часть жидкости, стекающей с лопастей, образует радиальный поток жидкости, который, двигаясь по направлению к стенкам аппарата, взаимодействует с поднимающимся от нижней части мешалки потоком жидкости и препятствует его дальнейшему продвижению вверх к поверхности перемешиваемой жидкости. Образующиеся два контура циркуляции жидкости от нижнего и верхнего рабочих перемешивающих элементов мешалки препятствуют полной гомогенизации жидкости в объеме аппарата.

Известен турбулентный смеситель [2], в котором главную перемешивающую функцию выполняют вертикальные лопатки, установленные в нижней части вертикального вала. Для создания турбулентности предназначены размещенные выше наклонные лопасти с закрепленными на их концах поперечными пластинами, которые должны препятствовать центробежному движению струи, направляя ее вниз. Однако такая конструкция недостаточно эффективна, поскольку пластины тоже вращаются и в силу небольших размеров не могут перекрыть внешнюю поверхность потока. В результате, использование известного устройства для перемешивания оказывается слишком затратным.

Известно устройство для перемешивания, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость с днищем, установленную внутри емкости мешалку, содержащую вертикальный вал и смонтированную на нем турбину. Турбина выполнена в виде диска, к которому прикреплены по окружности с зазором плоские лопатки. Отношение высоты и длины каждой лопатки турбины к диаметру последней составляет от 0,2 до 2,0 и от 0,01 до 0,2 соответственно [3]. Известно [1], что турбинные мешалки являются высокоскоростными перемешивающими устройствами, скорость вращения которых составляет от 100 до 500 об/мин, и используются для локального перемешивания особо вязких жидкостей в реакторах небольшого объема до 450 м3. Для обеспечения гомогенизации жидкостей и суспензий в аппаратах большого объема (≈5000 м3) использование турбинных мешалок нецелесообразно в виду значительных удельных затрат мощности на перемешивание.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является устройство для перемешивания [4]. Устройство содержит цилиндрический корпус с технологическими патрубками, привод и центральный вал с закрепленным на нем перемешивающим узлом, выполненным с турбинной мешалкой и пропеллерной мешалкой, охваченной цилиндрическим диффузором (кольцом). Корпус снабжен нагревательной рубашкой, связанной с термостатом и патрубками. Размеры элементов реактора, в частности внутренний диаметр корпуса, диаметр турбинной мешалки, диаметр пропеллерной мешалки, высота турбинной мешалки над днищем корпуса, высота пропеллерной мешалки над днищем корпуса, должны быть связаны между собой- определенными соотношениями для достижения эффективного перемешивания всей реакционной массы.

Установка вокруг лопастной мешалки диффузора (кольца) ограничивает распространение радиального потока жидкости к стенкам аппарата. Однако приведенные соотношения параметров мешалки не позволяют увеличить эффективность перемешивания и снизить расход энергии.

Задачей настоящего изобретения является существенное снижение расхода энергии при увеличении эффективности перемешивания.

Технический результат заключается в разработке конструкции мешалки, в которой радиальный поток жидкости полностью преобразуется в осевой и повышается скорость и общая циркуляция жидкости в аппарате, что и приводит к увеличению эффективности перемешивания.

Технический результат достигается тем, что в мешалке, имеющей вертикальный цилиндрический корпус и привод с возможностью передачи вращения на центральный вал, на котором вверху прикреплены наклоненные к вертикали лопасти, окруженные ориентированным соосно валу неподвижным кольцом, а внизу - вертикальные лопатки, согласно заявляемому изобретению, лопасти окружены неподвижным кольцом с отношением высоты к диаметру 0,25-0,30, а лопатки имеют отношение ширины к высоте 0,2-0,4.

Для оценки эффективности работы различных перемешивающих устройств существует зависимость степени гомогенизации жидкости в объеме аппарата от затрат мощности на перемешивание. При этом гидродинамические параметры работы аппарата, такие как распределение скорости жидкости в аппарате, насосный эффект мешалки, скорость циркуляции суспензии и др. являются определяющими при оптимизации процесса перемешивания.

В целом, процесс перемешивания характеризуется понятиями окружной и радиально - осевой циркуляции жидкости. При этом, последняя, имеет наибольшее значение для процесса гомогенизации, так как при ее отсутствии вообще не может идти речи о конвективном перемешивании жидкости. В промышленной практике перемешивания в аппаратах больших объемов для увеличения радиально-осевой составляющей скорости используют отражательные перегородки. Однако последние приводят к увеличению потребляемой мощности и снижению эффективности перемешивания [1, стр.134].

В предполагаемом изобретении задача увеличения радиально - осевой составляющей скорости решена путем изменения условий обтекания лопаток набегающим потоком жидкости. В общем случае, при движении лопаток в жидкости происходит их обтекание потоком по вертикальным и горизонтальным кромкам. При этом часть набегающего потока движется вдоль поверхности лопатки в радиальном направлении под действием центробежных сил. Следует отметить, что именно транспортируемый в радиальном направлении поток обеспечивает циркуляцию жидкости в аппарате, а обтекающий лопатку поток локально турбулизирует жидкость.

Соотношение обтекающего лопатку потока жидкости и транспортируемого вдоль нее напрямую зависит от отношения длин горизонтальных и вертикальных кромок лопатки. Набегающий на лопатки поток жидкости за счет центробежных сил сносится к периферийной вертикальной кромке лопатки. По мере движения потока жидкости, часть его стекает через верхнюю и нижнюю горизонтальные кромки. При одном и том же периметре лопатки увеличение длины вертикальных кромок и уменьшение горизонтальных ведет к увеличению доли транспортируемого потока жидкости и снижению доли обтекающего лопатку по горизонтальным кромкам. Это повышает радиально-осевую составляющую скорости и увеличивает степень циркуляции жидкости в аппарате.

При этом, как показали лабораторные исследования на модели аппарата с плоским днищем объемом 100 л, и отношением высоты к диаметру 2,5, уменьшение соотношения ширины лопатки к ее высоте меньше 0,2 приводит к увеличению потребляемой мощности на перемешивание для достижения одной и той же степени гомогенизации суспензии гидроксида алюминия, т.к. доля транспортируемого потока незначительна и лопатка в основном обтекается жидкостью. При увеличении указанного отношения выше 0,4 потребляемая мощность постепенно начинает расти, поскольку доля обтекающего горизонтальные кромки потока превалирует над транспортируемым, только при соотношении 0,2-0,4 затраты мощности становятся минимальными.

Выполнение кольца с заявляемым соотношением высоты к диаметру обеспечивает снижение расхода энергии при увеличении эффективности перемешивания. Заявляемая высота кольца полностью обеспечивает преобразование радиального потока жидкости в осевой поток. При отношении высоты к диаметру менее 0,25, т.е. при недостаточной высоте кольца часть радиального потока жидкости будет огибать его, снижая общую циркуляцию жидкости в аппарате. Отношение высоты к диаметру более 0,30, т.е., чрезмерная высота кольца приведет к повышению металлоемкости конструкции, не оказывая влияния на эффективность перемешивания.

Заявляемая конструкция поясняется рисунками, где на фиг.1 приведено расположение конструктивных узлов мешалки, на фиг.2 - контуры циркуляции жидкости от нижнего и верхнего рабочих перемешивающих элементов заявляемого устройства, на фиг.3 - контуры циркуляции жидкости от нижнего и верхнего рабочих перемешивающих элементов по прототипу [3], на фиг.4 - контуры циркуляции жидкости от нижнего и верхнего рабочих перемешивающих элементов по аналогу [2], на фиг.5 - зависимость затрат мощности от отношения ширины лопаток L к высоте Н, на фиг.6 - зависимость затрат мощности от соотношения высоты к диаметру кольца.

Над цилиндрическим баком 1 установлен привод 2, вращающий центральный вертикальный вал 3. Имеются два яруса перемешивающих элементов. Верхний ярус содержит неподвижное кольцо 4, внутри которого расположены прикрепленные к валу 3 лопасти 5, плоскости которых наклонены к вертикальному направлению. Нижний ярус перемешивающего элемента выполнен в форме лопаток 6, закрепленных на валу 3 с помощью траверс. Объем бака 1 заполнен перемешиваемой пульпой 7.

Мешалка работает следующим образом. При вращении вала 3 лопасти 5 гонят поток суспензии вниз к лопаткам 6, которые преобразуют вертикальный поток в радиальный. Достигнув стенок бака 1, суспензия поднимается в верхнюю часть объема, где снова попадает на лопасти верхнего яруса. Тем самым обеспечивается турбулентность во всем объеме бака 1. Кольцо 4, выполненное по заявляемому соотношению предотвращает центробежный вынос суспензии, существенно увеличивая эффективность работы лопастей 5. В результате, происходит интенсивное перемешивание всей массы суспензии без наличия застойных зон.

Для оценки эффективности работы изобретения была исследована зависимость расслоения суспензии в относительных единицах от затрат мощности на перемешивание (фиг.6). Опытным путем найдено, что минимальный расход энергии наблюдается при отношении высоты кольца к диаметру в диапазоне 0,25-0,30. При отношении высоты кольца к диаметру менее 0,25 требуемая мощность возрастает примерно в 1,5 раза.

Также была изучена зависимость затрат мощности от отношения ширины лопаток L к высоте Н для одинакового расслоения пульпы (фиг.5). Из приведенного графика видно, что оптимальная величина этого отношения приходится на диапазон 0.2-0.4.

Таким образом, по сравнению с прототипом имеет место увеличение эффективности перемешивания при одновременном снижении расхода энергии.

Источники информации

1. З. Штербачек, П. Тауск. Перемешивание в химической промышленности. Пер. с чешского под ред. И.С. Павлушенко, Л.: ГХИ, 1963.

2. Авторское свидетельство РФ №948684, кл. В28С 5/16, 07.08.1982.

3. Патент РФ №784795, кл. С12М 1/02, 30.11.1980.

4. Патент РФ №2128182, кл. B01F 7/16, 27.03.1999.

Мешалка, имеющая вертикальный цилиндрический корпус и привод с возможностью передачи вращения на центральный вал, на котором вверху прикреплены наклоненные к вертикали лопасти, окруженные ориентированным соосно валу неподвижным кольцом, а внизу - вертикальные лопатки, отличающаяся тем, что лопасти окружены неподвижным кольцом с отношением высоты к диаметру 0,25-0,30, а лопатки имеют отношение ширины к высоте 0,2-0,4.



 

Похожие патенты:

Смеситель // 2483793
Изобретение относится к оборудованию для диспергирования и смешения вязких веществ и может быть использовано в химической, пищевой, медицинской промышленности, а также в строительстве, например для получения бетонных смесей.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания в жидкой среде и может быть использовано на предприятиях нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Изобретение относится к смесителям для перемешивания вязких строительных материалов и может использоваться, например, в строительстве. .

Изобретение относится к созданию материала для тепловой защиты и может быть использовано в авиакосмической технике, машиностроении, строительстве и других областях.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в глиноземном производстве в процессе разложения алюминатных растворов. .

Изобретение относится к смешиванию жидких и порошкообразных веществ, обладающих текучестью и может использоваться в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности.

Изобретение относится к устройствам для смешивания различных сред, в частности к вращающимся в неподвижных резервуарах рабочим органам смесителей трехфазных смесей.

Изобретение относится к аппаратам для проведения гетерогенных процессов и может быть использовано при проведении синтеза гидроксиламинсульфата в производстве капролактама в химической промышленности.

Мешалка // 2288029
Изобретение относится к технологическим процессам, а именно к устройствам для осуществления смешивания различных сред, в частности к вращающимся в неподвижных резервуарах рабочим органам смесителей лакокрасочных смесей.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания в жидкой среде и может быть использовано на предприятиях нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности. Устройство включает корпус с размещенным в нем валом, внутри которого установлен с возможностью поступательно-возвратного движения толкатель, на верхней части которого смонтирован поршень, размещенный внутри цилиндра, к валу шарнирно присоединены радиальные и вертикальные лопасти, также шарнирно соединенные между собой. На верхней части цилиндра установлен регулирующий штурвал, на конце винта которого смонтирована шариковая опора, контактирующая с верхней частью толкателя, а радиальные и вертикальные лопасти с валом образуют систему шарнирного параллелограмма, у которого вылет радиальных лопастей больше, чем внутренний радиус корпуса аппарата, короткие концы верхних радиальных лопастей выполнены с углом α=15-60° относительно ребра лопасти, на лопастях прикреплены планки из антифрикционного материала с зубьями со смещением по шагу. Изобретение обеспечивает повышение технологических возможностей устройства при перемешивании различных сред, а также при очистке стенок и днища корпуса аппарата. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для смешения и получения однородных смесей на основе дисперсных систем твердое-твердое, жидкость-жидкость, газ-жидкость, твердое-жидкость, твердое-жидкость-газ и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической, строительной и других отраслях промышленности. Смеситель содержит цилиндрический корпус с основанием, приводной центральный вал с цапфой, на которой симметрично закреплены две криволинейные отражательные лопасти, обращенные выпуклой поверхностью по направлению вращения приводного вала, и две криволинейные подрезающие лопасти, закрепленные симметрично на торцах кронштейна, осевая линия которого расположена перпендикулярно горизонтальной осевой линии расположения отражательных лопастей, а подрезающие лопасти образуют своей выпуклой поверхностью острый угол с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса смесителя. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции смесителя, высокая интенсивность перемешивания компонентов, сокращение времени перемешивания и расхода энергии при получении однородных, качественных смесей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания многокомпонентных жидкостей, например лакокрасочных материалов. Изобретение может быть использовано в химической промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности. Мешалка содержит привод вращения, вал с лопастями, размещенный внутри неподвижного трубчатого элемента, жестко соединенного с корпусом привода вращения, На трубчатый элемент в нижней его части установлен с зазором цилиндрическо-конический насадок с круглым соплом, внутри цилиндрической части насадка на валу размещены винтовые лопасти, а в конической части насадка - продольные направляющие ребра, причем длина цилиндрической части насадка не менее четырех ее внутренних диаметров, а длина конической части насадка не менее трех внутренних диаметров цилиндрической части насадка. Площадь внутреннего сечения сопла равна половине площади внутреннего сечения цилиндрической части насадка. Изобретение обеспечивает эффективное перемешивание многокомпонентных дисперсных систем различной вязкости (например, лакокрасочных материалов) в емкостях с горловиной малого размера и с разной степенью интенсивности без пенообразования. 1 ил.

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано в других отраслях промышленности. Технический результат - повышение эффективности измельчения, предварительной гидратации и аморфизации минеральных компонентов и гидравлического вяжущего растворной смеси для получения пастовых вяжущих с регулируемой дисперсностью компонентов. Диспергидратор включает смесительную емкость, приводной вал, перемешивающий рабочий орган, выполненный в виде полого съемного вала, насаженного на приводной вал с прикрепленными к нему четырьмя лопастями, изогнутыми полукругом и обрезанными в верхней четверти по возрастающей от края лопасти к месту их крепления, и отбойные экраны, расположенные на стенках смесительной емкости и установленные под углом 40-50° к горизонтали. 1 ил.

Изобретение относится к области устройств для смешивания различных сыпучих материалов и жидких сред и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Планетарный лопастной смеситель содержит вертикально расположенный на направляющих станины корпус с патрубками, привод и перемешивающее устройство, состоящее из валов с мешалками, помещенное внутри цилиндрической емкости, имеющей возможность вертикального перемещения. Перемешивающее устройство состоит из вращающихся навстречу друг другу центральной и периферийных мешалок, траектории лопастей которых перекрываются, и оснащено дополнительно планетарным редуктором, за счет которого перемешивающее устройство совершает вращательное круговое движение относительно емкости и корпуса, при этом периферийные мешалки вращаются быстрее, чем центральная мешалка. Периферийные мешалки, установленные на рядом расположенных валах перемешивающего устройства, повернуты на 90 градусов относительно друг друга. Зазор между цилиндрической стенкой емкости и краем лопасти периферийной мешалки составляет от 1 до 3 мм, зазор между донной частью емкости и нижнем краем мешалок от 1 до 5 мм. Изобретение позволяет повысить качество получаемой смеси и производительности смесителя за счет исключения застойных зон в рабочем объеме смесителя и интенсификации процесса смешивания компонентов при использовании нескольких мешалок, находящихся внутри цилиндрической емкости и вращающихся навстречу друг другу с различной скоростью, а также кругового движения всех мешалок относительно оси емкости для приготовления смеси и корпуса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области устройств для смешивания различных сыпучих материалов и жидких сред и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Смеситель содержит вертикально расположенный на направляющих станины корпус с патрубками, привод и перемешивающее устройство, состоящее из валов с мешалками, помещенное внутри цилиндрической емкости, имеющей возможность вертикального перемещения, емкость оснащена рубашкой с патрубками и кранами для подачи и отвода теплоносителя, причем патрубки содержат цанговые зажимы с уплотнениями для соединения с трубопроводами, причем цанговые зажимы имеют привод. Цанговый зажим связан с пневмоприводом или гидроприводом, укрепленным на патрубке. Для уплотнения между патрубком и трубопроводом использована прокладка из вакуумной резины в соединении шип-паз. Для уплотнения между патрубком и коническим наконечником трубопровода может быть использована цилиндрическая втулка с коническим отверстием из полимерного материала, установленная внутри патрубка. Изобретение позволяет повысить качество получаемой смеси и производительность смесителя за счет нагрева смеси до допустимой температуры в процессе смешивания компонентов и снижения при этом вязкости жидких сред. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к перемешивающим устройствам, и может быть применено в химической, строительной, пищевой промышленности как устройство, необходимое для интенсификации тепломассообменных процессов, для выравнивания концентраций и температур во всем объеме жидкости. Перемешивающее устройство состоит из двигателя, рабочих органов и исполнительного механизма, который находится в отдельном корпусе. Исполнительный механизм состоит из кривошипно-коромыслового механизма, на коромысле которого закреплено центральное зубчатое колесо, которое, в свою очередь, зацеплено с зубчатыми колесами. Центральное зубчатое колесо установлено на крышке корпуса реактора с возможностью вращения и соединено с двигателем через кривошипно-коромысловый механизм, состоящий из кривошипа, шатуна и коромысла, а рабочие органы соединены с валами зубчатых колес. Рабочие органы могут быть выполнены в виде лопастей с отверстиями. Техническим результатом изобретения является увеличение градиента скоростей и повышение интенсивности перемешивания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к перемешивающим устройствам, предназначено для перемешивания жидкостей различной вязкости и может быть использовано для производства водки, обогащенной ионами золота, серебра, стабилизации вин и соков, охлаждения молока, растворения твердых материалов. Перемешивающее устройство содержит вертикальную цилиндрическую емкость, вал, привод вращательного движения, мешалку, состоящую из двух поперечных траверс, смонтированных на валу и на соосной с валом муфте, и плоских звеньев, прикрепленных к траверсам. Плоские звенья установлены в плоскостях, проходящих через ось вала, прикреплены к валу и траверсам с помощью цилиндрических шарниров, оси которых параллельны оси вала, вал и муфта соединены с приводом вращательного движения, обеспечивающим их поочередные шаговые вращательные движения с одинаковыми углами поворота в одну сторону на угол не менее 180 градусов. Кроме того, плоские звенья выполнены с отверстиями, расположенными в шахматном порядке и имеющими откидывающие заслонки, закрепленные на плоских звеньях над отверстиями с помощью цилиндрических шарниров, оси которых перпендикулярны оси вала. Изобретение обеспечивает интенсификацию процессов перемешивания жидкостей различной вязкости. 6 ил.

Смеситель // 2534797
Изобретение относится к устройствам для перемешивания многокомпонентных сыпучих и жидких материалов, взбивания кондитерских масс в производствах с периодическим и непрерывным режимами работы. Смеситель содержит емкость, перемешивающее устройство, выполненное в виде вращающейся гибкой U-образной лопасти, закрепленной своими концами на жестком каркасе, соединенном с валом привода, и устройство для регулирования рабочей поверхности лопасти, выполненное в виде барабана, установленного на каркасе. U-образная лопасть выполнена из одинаковых пар прутков, радиально и симметрично установленных на каркасе на разных уровнях и которые в плане повернуты друг относительно друга на угол 10…90 градусов, а барабан соединен с прутками лопасти с помощью реечной зубчатой передачи. Изобретение обеспечивает качественное перемешивание плотных многокомпонентных сыпучих и жидких материалов. 3 ил.

Смеситель // 2561115
Изобретение предназначено для приготовления однородных гомогенных смесей и может быть использовано в химической промышленности при изготовлении лопастей для перемешивающих устройств. Смеситель содержит емкость, перемешивающее устройство, выполненное в виде вращающейся гибкой U-образной лопасти, закрепленной своими концами на жестком каркасе, соединенном с валом привода, и устройство для регулирования рабочей поверхности лопасти, выполненное в виде барабана, установленного на каркасе с возможностью вращения. На жестком каркасе и барабане устройства для регулирования рабочей поверхности лопасти смонтированы в одном уровне две симметричные валу привода U-образные лопасти, причем обе лопасти намотаны на один барабан. С целью устранения застойных зон внутри U-образных лопастей они могут быть выполнены перфорированными и установлены под углом 3…7 градусов к оси вала. В случае использования цилиндрических емкостей высотой значительно больше диаметра на жестком каркасе и барабане могут быть установлены в разных по высоте уровнях и в одной плоскости две и более U-образные лопасти. Предложенная конструкция смесителя может быть эффективно применена в цилиндрических емкостях, самых разнообразных по диаметру и высоте. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции лопастей перемешивающих устройств и интенсификацию процессов перемешивания в жидких средах. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх