СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к статическим смесителям, и может быть использовано в легкой, химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности для интенсификации процессов перемешивания, гомогенизации, эмульгирования, диспергирования и растворения в жидких и газообразных многокомпонентных системах, а также для диспергирования твердых частиц в жидкости.

Известен статический смеситель, содержащий колонну с впускным отверстие для суспензии в верхней части, несколькими камерами и насосом. Впускной патрубок для газа расположен в нижней части колонны, так что газ движется наверх, а жидкость вниз [1]
Недостатком данного смесителя является конструкция и значительные габариты. Кроме того, подобный смеситель не может быть встроен в трубопровод, что ограничивает его применения.

С целью устранения перечисленных недостатков были разработаны смесители, в которых один из компонентов подавался в зону кавитации или, во всяком случае, в зону турбулентного течения второго компонента [2] Данный смеситель содержит корпус с продольным патрубком ввода первого компонента и наклонными патрубками ввода второго компонента. Аналогичный смеситель в виде ряда последовательных трубок Вентури описан в [3]
Однако, смесители подобного типа обладают недостаточной эффективностью. Кроме того, раздельная подача компонентов смеси возможна только на первом этапе смешивания или диспергирования.

Известен также кавитационный аппарат, в корпусе которого установлен кавитатор в виде перфорированной крыльчатки с клиновидными лопастями [4]
Недостатком данного смесителя также является низкая эффективность, прежде всего из-за того, что в потоке за кавитатором медленно протекают процессы выделения микропузырьков и их схлопывания.

Известен встраиваемый статический смеситель, образованный цилиндрическим корпусом с патрубками ввода и вывода обрабатываемой среды, в полости которого последовательно размещены завихрители в виде плоских пластин, лопастей и лопаток сложной формы, причем, за счет определенной последовательности их установки несколько возрастает степень гомогенизации обрабатываемой среды, поскольку одни элементы как бы подготавливают ее поток для других [5]
Однако, данный смеситель не обеспечивает высокой степени гомогенизации, поскольку в нем не происходит образования кавитационных каверн и микропузырьков. Кроме того, данный смеситель обладает высоким гидравлическим сопротивлением. Все это отрицательно сказывается производительности смесителя.

Наиболее близким к предложенному является кавитационный смеситель, содержащий корпус с конфузором, диффузором и проточной камерой, в которой размещен кавитатор, выполненный в виде крыльчатки, и тангенциальными патрубком подачи среды, выполненным с регулятором расхода [6]
К недостаткам известного смесителя следует отнести сложность и низкую технологичность, что обусловлено наличием конфузора и диффузора. Дело в том, что для достижения низкого гидродинамического сопротивления требуется высокая точность изготовления этих конических элементов конструкции, что представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является упрощение конструкции и повышение технологичности смесителя при одновременном повышении эффективности смесителя и его производительности.

Указанный результат достигается тем, что в известном смесителе, содержащем корпус с проточной камерой, в которой размещен кавитатор, корпус выполнен в виде цилиндрических приемного и выпускного элементов с глухими, обращенными друг к другу, донными частями, в которых выполнены отверстия, при этом проточная камера установлена в отверстиях донных частей приемного и выпускного элементов так, что расстояние от приемной камеры проточной камеры до донной части приемного элемента превышает расстояние от выпускной кромки проточной камеры до донной части выпускного элемента корпуса соответственно.

Кроме того, приемная и выпускная кромки проточной камеры выполнены с продольными прорезями.

При этом кавитатор выполнен в виде n конических насадок, установленных на оси, закрепленной в опорах, расположенных в полости приемного и выпускного элементов корпуса.

Рекомендуется также конические насадки выполнить с продольными сквозными отверстиями и без них, причем последние могут быть размещены за насадками со сквозными отверстиями.

Кроме того, по меньшей мере, насадки без сквозных отверстий могут образовывать со стенками проточной камеры канал сверхзвукового профиля.

При этом приемный и/или выпускной элементы корпуса могут быть выполнены с тангенциальным патрубком.

Кроме того, расстояние L1 от приемной кромки проточной камеры до донной части приемного элемента корпуса может лежать в диапазоне (1 2)d, где d - внутренний диаметр проточной камеры.

И, наконец, расстояние L2 от выпускной кромки проточной камеры до донной части выпускного элемента корпуса может лежать в диапазоне (0,3 1)d.

На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез предлагаемого кавитационного смесителя, который содержит корпус, образованный приемным и выпускным элементами 1, 2, в донных частях 3, 4 которых выполнены отверстия 5 и 6 соответственно. В отверстиях 5, 6 закреплена проточная камера 7, кромки которой выполнены с продольными прорезями 8.

В камере 7 на опорах 9, закрепленных в элементах 1, 2 установлена ось 10, на которой размещены одна или несколько насадок (кавитирующих тел) 11, часть из которых может быть выполнена со сквозными отверстиями 12 (фиг. 2).

Элементы 1, 2 могут быть выполнены в тангенциальными патрубками 13, 14 соответственно (фиг. 1). Входное и выходное отверстия элементов 1, 2 обозначены позициями 15 и 16 соответственно.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая среда подается в полость элемента 1 через отверстие 15 и/или патрубок 13. Совместное воздействие донной части 3 и прорезей 8 на обрабатываемую среду не только эквивалентно ее прохождению через конфузор, но и более эффективно, поскольку способствует ее предварительному перемешиванию.

Далее обрабатываемая среда попадает в камеру 7. На насадках 11 кавитатора в среде образуются кавитационные микропузырьки, схлопывающиеся в канале сверхзвукового профиля, образованном следующей насадкой, на выпускных прорезях 8 или в полости элемента 2. При этом совместное воздействие прорезей 8 выпускной части камеры 7 и полости между донной частью 4 и выпускной частью камеры 7 на обрабатываемую среду более эффективно, чем прохождение среды через диффузор.

При схлопывании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи, оказывающие интенсивное микрокинетическое воздействие на обрабатываемую смесь.

В частном случае среда может подаваться только через отверстие 15, через отверстие 15 и патрубок 13 или только через патрубок 13.

Точно также выпуск среды может производиться через отверстие 16, через отверстие 16 и патрубок 14 или только через патрубок 14.

При исполнении отверстия 16 для выхода среды, патрубок 14 может быть использован и для введения в нее дополнительного компонента. Это целесообразно при многоступенчатой обработке смеси.

В приведенной ниже таблице приведены результаты сравнительных испытаний предлагаемого смесителя и смесителя аналогичной конструкции, но с классическими конфузором и диффузором.

Испытания проводились при температуре 60 62^oC, концентрация эмульсола составляла 5% насадки 11 первой и второй ступени были выполнены в виде усеченных конусов, кратность обработки была равна трем (смесь трижды пропускали через смеситель), размеры аппаратов (смесителей) были одинаковы. Аппарат N 1 классический, с конфузором и диффузором, аппарат N 2 - предлагаемый.

Как явствует из таблицы, потери напора и размеры капель воды, т.е. качество эмульсии, в большинстве опытов для предлагаемого смесителя лучше, чем для известного, что свидетельствует о его более высокой эффективности при гораздо более высокой технологичности.

Сущность изобретения: смеситель содержит корпус, выполненный в виде приемного и выпускного цилиндрических элементов с днищами, обращенными одно к другому, в которых выполнены отверстия, установленную в этих отверстиях проточную камеру так, что расстояние от приемной кромки проточной камеры до днища приемного элемента выполнено большим, чем расстояние от выпускной кромки до днища выпускного элемента, и размещенный в камере кавитатор. 7 з. п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Смеситель, содержащий корпус с проточной камерой, имеющей приемную и выпускную кромки, и размещенный в камере кавитатор, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде приемного и выпускного цилиндрических элементов с днищами, обращенными одно к другому, в которых выполнены отверстия, и проточная камера установлена в отверстиях так, что расстояние от приемной кромки проточной камеры до днища приемного элемента выполнено большим, чем расстояние от выпускной кромки до днища выпускного элемента. 2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что приемная и выпускная кромки проточной камеры выполнены с продольными прорезями. 3. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что кавитатор выполнен в виде конических насадок, установленных на оси, закрепленной в опорах, расположенных в полости приемного и выпускного элементов корпуса. 4. Смеситель по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что конические насадки выполнены с продольными сквозными отверстиями и без них, причем последние размещены за насадками со сквозными отверстиями. 5. Смеситель по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что насадки без сквозных отверстий кроме того по меньшей мере образуют со стенками проточной камеры канал сверхзвукового профиля. 6. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что приемный и/или выпускной элементы корпуса выполнены с тангенциальным патрубком. 7. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от приемной кромки проточной камеры до донной части приемного элемента корпуса лежит в диапазоне (1 2)d, где d внутренний диаметр проточной камеры. 8. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от выпускной кромки проточной камеры до донной части выпускного элемента корпуса лежит в диапазоне (0,3 1)d.