ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК B01F11/00 

Изобретение относится к вибрационным устройствам для смешения жидких фаз и суспензий, в частности для смешения высоковязких и взаимно нерастворимых жидкостей, и может быть использовано в химической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен вибрационный смеситель, содержащий вибратор с вертикальным штоком и вертикальный корпус со штуцерами входа и выхода обрабатываемой среды, внутри которого установлены закрепленные на штоке перемешивающие элементы, выполненные в виде цилиндров с сетчатыми днищами, заполненных шарами. При этом цилиндры заполнены шарами на 10-35% своего объема и разделены вертикальными перегородками на секции для равномерного распределения шаров по площади днища цилиндров [1].

Недостатками известного устройства являются низкая эффективность процесса перемешивания особенно высоковязких жидкостей, большие энергозатраты, а также низкая надежность работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вибрационный смеситель [2].

Данный смеситель содержит корпус со штуцерами входа и выхода жидкой среды, внутри которого размещен центральный вертикальный шток с подпружиненными инерционными перемешивающими элементами, соединенный с вибратором, и дополнительный элемент для возбуждения колебаний газожидкостной системы, включающий штоки, работающие в противофазе центральному штоку и размещенные в верхней части корпуса, на которых закреплен диск с подпружиненными инерционными элементами.

В описанном устройстве полость аппарата не герметизирована, что не обеспечивает надежную работу смесителя.

Технический эффект, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности работы вибрационного смесителя и расширении возможности его использования.

Указанный эффект достигается за счет того, что в вибрационном смесителе, содержащем корпус со штуцерами входа и выхода жидкой среды, внутри которого размещен вертикальный шток с подпружиненными инерционными перемешивающими элементами, соединенный с вибратором, и элемент для возбуждения колебаний газожидкостной системы, последний выполнен в виде импульсного газового дозатора, подключенного своей всасывающей стороной к верхней части корпуса, а нагнетательной стороной - к нижней части корпуса вблизи днища, при этом на нижнем конце штока закреплена горизонтальная кольцевая пластина.

При исходном заполнении смесителя жидкостью на 80-90% объема всасывающая сторона импульсного дозатора остается связанной с газовой частью корпуса, что позволяет осуществлять импульсный ввод порции газа в жидкость, сохраняя герметичность аппарата. При наличии в жидкости достаточно интенсивных волн давления импульсное введение в нее дозы газа приводит к их взаимодействию и возбуждению в корпусе режима резонансных колебаний нелинейной газожидкостной колебательной системы, обеспечивающего высокую эффективность процесса перемешивания. Создание в жидкости интенсивных волн давления происходит за счет колебаний закрепленной на штоке кольцевой пластины, имеющей большую поверхность взаимодействия с жидкостью. Наличие в кольцевой пластине центрального отверстия способствует также лучшей циркуляции турбулентных потоков жидкости по объему корпуса.

На фиг.1 схематично изображен смеситель; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

Смеситель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с герметичной крышкой 2 и штуцерами 3 и 4 входа и выхода обрабатываемой жидкой среды. По центру корпуса 1 установлен вертикальный шток 5, проходящий через центральное отверстие в крышке 2, верхний конец которого соединен с вибратором, размещенным снаружи корпуса. На штоке 5 с зазором размещены инерционные перемешивающие элементы 6 с радиальными лопастями 7 и цилиндрические пружины 8, а также жестко закрепленные на штоке разделители 9. На нижнем конце штока 5 с помощью радиальных ребер 10 жестко закреплена горизонтальная кольцевая пластина 11, размещенная вблизи днища корпуса. Внутренняя полость корпуса 1 сообщена с импульсным газовым дозатором 12, выполненным, например, в виде цилиндра 13 с поршнем 14 и двумя отсечными клапанами 15 и 16, причем всасывающая сторона дозатора трубопроводом 17 подключена к верхней части корпуса вблизи крышки 2, а нагнетательная сторона трубопроводом 18 подключена к нижней части корпуса вблизи днища (ниже уровня расположения кольцевой пластины 11). Снаружи на крышке 2 корпуса установлен вертикальный сильфон 19, верхний торец которого закреплен на штоке 5. На крышке 2 имеется дренажный патрубок 20.

Вибрационный смеситель работает следующим образом.

Через патрубок 3 смеситель заполняется смешиваемыми жидкими компонентами до уровня, составляющего 0,8-0,9 высоты корпуса 1, при этом в верхней части корпуса остается газовая "подушка" в 0,1-0,2 высоты корпуса. Полость корпуса 1 герметизируется, при этом газовая часть полости сообщается со всасывающей стороной дозатора 12, а жидкостная - с нагнетательной стороной дозатора. При включении вибратора кольцевая пластина 11, расположенная у днища корпуса, начинает совершать вертикальные колебания в жидкости, возбуждая в ней периодические волны динамического давления. Затем с помощью дозатора 12 производится импульсная подача газа из верхней части в нижнюю часть корпуса 1, под уровень расположения кольцевой пластины 11. Газ, введенный под уровень столба жидкости, мгновенно вступает в динамический контакт с жидкостью, совершая объемные пульсации, при этом в аппарате образуется нелинейная колебательная система жидкость-газ. Количество вводимого импульсного газа заранее (экспериментально или расчетным путем) устанавливается такое, чтобы собственная частота образованной колебательной системы f_c совпадала с частотой колебаний вибратора f_в, при этом в полости корпуса 1 сразу же возбуждается резонансный режим колебаний газожидкостной системы. Гидродинамическое давление возрастает в 4-5 раз, "подушка" диспергируется в жидкость, а внутри корпуса образуются мощные турбулентные пульсирующие потоки газонасыщенной жидкости и возникают кавитационные процессы.

Собственную частоту f_м механической колебательной системы, образованной инерционными элементами 6 и пружинами 8, также устанавливают равной частоте f_в вибратора (путем предварительной тарировки на вибростенде). Поэтому при включении вибратора устанавливается режим резонансных колебаний этой системы (режим автоколебаний), обеспечивающий максимальную амплитуду возвратно-посту- пательных движений инерционных перемешивающих элементов 6.

Таким образом, в рабочем объеме смесителя одновременно осуществляются резонансные колебания нелинейной газожидкостной системы и механической колебательной системы, что обеспечивает высокую интенсивность процесса массообмена между перемешиваемыми компонентами. При этом обеспечивается надежный выход на рабочий режим перемешивания путем импульсного введения газа в придонную часть корпуса 1 при вибрациях кольцевой пластины 11, создающей динамическое давление в жидкости. Образующаяся нелинейная колебательная система вследствие непосредственного контакта жидкости с газом более чувствительна, чем в прототипе. В результате облегчается выход газожидкостной колебательной системы на резонанс.

Использование: смешение жидких фаз и суспензий. Сущность изобретения: смеситель содержит корпус со штуцерами входа и выхода жидкой среды, внутри которого размещен шток с подпружиненными инерционными перемешивающими элементами, соединенный с вибратором, и газовый импульсный дозатор, подключенный своей всасывающей стороной к газовой полости корпуса, а нагнетательной - к жидкостной полости корпуса вблизи днища. На нижнем конце штока закреплена горизонтальная кольцевая пластина, обеспечивающая создание динамического давления в жидкости. При импульсном введении газа из верхней части корпуса в нижнюю происходит его взаимодействие с жидкостью с образованием нелинейной газожидкостной системы, настроенной на режим максимальной интенсивности пульсации. Механическая колебательная система, образованная подпружиненными инерционными элементами, также настроена в резонанс с частотой колебаний вибратора. В аппарате осуществляются одновременно резонансные колебания механической и газожидкостной систем, обеспечивающие высокую интенсивность процесса массообмена при перемешивании. 2 ил.

ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ, содержащий корпус со штуцерами входа и выхода жидкой среды, внутри которого размещен вертикальный шток с подпружиненными инерционными перемешивающими элементами, соединенный с вибратором, и дополнительный элемент для возбуждения колебаний газожидкостной системы, отличающийся тем, что он снабжен кольцевой пластиной, закрепленной горизонтально на нижнем конце штока, корпус снабжен герметичной крышкой, при этом дополнительный элемент для возбуждения колебаний газожидкостной системы выполнен в виде импульсного газового дозатора, подключенного своей всасывающей стороной к верхней части корпуса, а нагнетательной стороной - к нижней части корпуса вблизи днища.