ТУРБИННАЯ МЕШАЛКА Российский патент 1994 года по МПК B01F5/16 

Изобретение относится к химическому машиностроению и предназначено для применения в реакционных аппаратах для проведения различных химико-технологических процессов, протекающих в гомогенной или гетерогенной средах, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме аппарата.

Известны турбинные мешалки [1,2] с прямыми лопатками, расположенными радиально. Лопатки либо приварены к диску, либо прикреплены к нему с помощью болтов с использованием угольника, через который лопатки привинчиваются к диску. Мешалки с прямыми лопатками создают поток жидкости, имеющий радиальную и тангенциальную составляющие. При этом горизонтальная составляющая радиуса перемешивания в два с половиной раза больше вертикальной составляющей. На стенках аппарата поток жидкости притормаживается, меняет свое направление на осевое, поднимается до свободной поверхности жидкости и отсюда вновь поворачивается в направлении мешалки. Таким образом, создаются замкнутые петли с центрами, в которых радиальная и осевая составляющие скорости равны нулю, т. е. имеется область или точнее поверхность, где интенсивность перемешивания меньше, чем в остальной части аппарата. Это приводит к снижению интенсивности перемешивания и увеличению времени гомогенизации.

Известна мешалка [3] , представляющая собой четырехлопастную мешалку с лопастями трапецеидальной формы с отверстиями в каждой для уменьшения кавитации. Недостатком этой мешалки является перемешивание только тех слоев жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки, и как следствие этого, слабое развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости и слабая циркуляция жидкости.

Известно также смесительное устройство [4] , содержащее вертикальный вращающийся вал с диском, по периферии которого размещены радиальные лопатки. Лопатки выполнены с пластинчатыми элементами на свободном конце, размещенными по высоте лопатки, при этом смежные элементы отогнуты в плоскости вращения диска в противоположные стороны относительно плоскости лопатки. При работе устройства отогнутые пластинчатые элементы диспергируют газ в жидкость и, так как суммарная высота элементов равна высоте лопатки, то и вертикальная составляющая радиусу перемешивания сохраняется такой же, как в турбинных мешалках [1,2] .

Известно перемешивающее устройство [5] , состоящее из вала с закрепленной на ней ступицей и разделительным диском, на котором жестко закреплены радиальные лопасти. На верхней и нижней кромках лопастей над их передней частью в плоскости мешалки установлены экранирующие элементы в виде секторов, длина окружности которых равна 0,25-0,32 длины дуги L между смежными лопастями. При вращении перемешивающего устройства экранирующие элементы препятствуют перетоку жидкости через верхние и нижние кромки лопастей, что увеличивает насосный эффект. Недостатком такого технического решения является то, то вся рабочая поверхность перемешивающего устройства со стороны вращения вала является открытой, поэтому сток обрабатываемой жидкости с лопастей при вращении устройства носит хаотический неорганизованный характер, направлен в разные стороны, и полученный жидкостью энергетический импульс размывается и довольно быстро затухает, оставляя только общий характер циркуляций среды.

В качестве прототипа принята турбинная мешалка, содержащая установленный соосно на вращающемся валу горизонтальный диск с лопатками и расположенными за ними по направлению вращения направляющими пластинами [6] . Недостатком устройства также является невысокая эффективность перемешивания.

Цель изобретения - повышение эффективности перемешивания.

На фиг. 1 представлена турбинная мешалка; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Турбинная мешалка содержит горизонтальный диск 1 со ступицей 2, лопатками 3, состоящее из двух пластин 4 и 5, образующих плоский диффузор 6 с углом раскрытия больше 15^о, при этом вторая пластина 5 по ходу вращения длиннее первой 4 и имеет кривизну на входе.

При вращении диска 1 с лопатками 3 среда перемешивается в радиальном направлении, создавая насосный эффект. Предлагаемая турбинная мешалка, также как и известная, образует две зоны течения: в нижней части аппарата жидкость подсасывается снизу вверх, а в верхней части аппарата мешалка засасывает жидкость сверху вниз. Усиление турбулентного перемешивания реакционной среды в аппарате, что необходимо для интенсификации процесса, происходит за счет постоянного отрыва вихрей от стенок лопаток 3 каждого плоского диффузора 6 и попадания их в жидкость.

Плавный поворот благодаря кривизне способствует снижению гидравлического сопротивления на входе в диффузор и увеличению расхода жидкости через него. В результате этого при меньшей потере давления интенсифицируется процесс перемешивания.

Количество плоских диффузоров, радиус кривизны второй пластины определяются расчетом в зависимости от размеров лопаток, частоты вращения перемешивающего устройства, свойств, обрабатываемой среды.

(56) 1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 1971, с. 784.

2. Ф. Стренк. Перемешивание и аппараты с мешалкой. Химия, 1975, с. 383.

3. Заявка Японии N 60-64621, кл. B 01 F 7/00, 1985.

4. Авторское свидетельство СССР N 1311770, кл. B 01 F 5/16, 1987.

5. Авторское свидетельство СССР N 1308372, кл. B 01 F 7/16, 1987.

6. Авторское свидетельство СССР N 1233926, кл. B 01 F 5/16, 1986.

Использование: применение в реакционных аппаратах для проведения различных химико-технологических процессов, протекающих в гомогенной или гетерогенной средах, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме аппарата. Сущность изобретения: каждая лопатка образует с направляющей пластиной 5 плоский диффузор с углом раскрытия больше 15. Пластина выполнена с вогнутым криволинейным участком на входе в диффузор, выступающим в радиальном направлении за лопатку. 2 ил.

ТУРБИННАЯ МЕШАЛКА, содержащая установленный соосно на вращающемся валу горизонтальный диск с лопатками и расположенными за ними по направлению вращения направляющими пластинами, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса перемешивания, каждая лопатка образует с направляющей пластиной плоский диффузор с углом раскрытия больше 15^o, при этом пластина выполнена с расположенным на входе в диффузор вогнутым криволинейным участком, выступающим в радиальном направлении за лопатку.