АППАРАТ ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к области смешивания различных веществ, преимущественно для смешивания сыпучих материалов или сыпучих материалов с жидкостью и может быть использовано в химической, пищевой и фармацевтической промышленности.

Известен аппарат для смешивания веществ, находящихся в различных фазовых состояниях, содержащий вертикальный корпус, выполненный из цилиндрических и конических элементов, образующих три зоны аппарата, которые различаются по назначению, Верхняя зона аппарата предназначена для ввода смешиваемых веществ и имеет два входных патрубка для подачи этих веществ. Один из патрубков установлен тангенциально к оси корпуса аппарата, а второй коаксиально. Средняя зона аппарата является камерой смешивания, где происходит в струйном режиме взаимное проникновение одного вещества в среду другого вещества с образованием смеси. Нижняя зона аппарата предназначена для сбора смеси веществ и имеет патрубок для выгрузки готового продукта. Корпус аппарата снабжен патрубком для отвода образующихся примесей газовой фазы [1]
Недостатками этого аппарата являются большие энергозатраты на смешивание, осуществляемое, главным образом, в результате образования закрученного потока смешиваемых веществ, и повышенная неоднородность смеси, образующаяся в результате сегрегации частиц вещества в поле центробежных сил от закрученного потока. Кроме того, за счет использования закрученных потоков смешиваемых сыпучих веществ, в них образуются повышенные относительные скорости движения частиц, приводящие к истиранию материалов и пылеобразованию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для смешивания сыпучего материала с жидкостью, содержащий вертикальный корпус, выполненный из цилиндрических и конических элементов, образующих три, различающиеся по назначению, зоны аппарата.

Верхняя зона аппарата предназначена для ввода смешиваемых веществ и снабжена для этого двумя присоединенными входными патрубками, один из которых установлен тангенциально к оси корпуса аппарата, а второй коаксиально. Непосредственно у выходного отверстия коаксиально расположенного патрубка установлен рассекатель потока, подаваемого на смешивание вещества, обеспечивающий дробление потока этого вещества на части.

Средняя зона корпуса аппарата является камерой смешивания, где в струйном режиме происходит взаимное проникновение одного вещества в среду другого.

Нижняя зона аппарата предназначена для сбора образующейся смеси веществ и имеет патрубок для выгрузки готового продукта.

Тангенциально установленный входной патрубок создает условие подачи одного из смешиваемых веществ по касательной к корпусу аппарата, за счет чего в поле центробежных сил образуются закрученные потоки смешиваемых веществ. Под воздействием этих сил создается условие осаждения смешиваемых веществ на боковую поверхность аппарата, сопровождающееся сегрегацией и истиранием сыпучих материалов с образованием пыли [2]
Недостатками описанного аппарата смешивания являются повышенная неоднородность смеси и большие энергозатраты на процесс смешивания, обусловленные расположением входных патрубков и образованием закрученных потоков смешиваемых веществ.

Задачей изобретения является повышение эффективности процесса смешивания, выражающееся в получении однородной смеси веществ при повышении экономичности процесса.

Это достигается тем, что используется аппарат смешивания сыпучих материалов или сыпучих материалов с жидкостью, содержащий вертикальный корпус, собранный из цилиндрических и конических элементов, образующих три, различающиеся по функциональному назначению зоны аппарата.

Верхняя зона аппарата предназначена для ввода смешиваемых веществ и снабжена для этого входными патрубками.

Средняя зона аппарата является камерой смешивания, где происходит взаимное проникновение частей одного вещества в среду, разделенного на части другого вещества в струйном режиме с образованием смеси.

Нижняя зона аппарата предназначена для сбора полученной смеси веществ и имеет патрубок для выгрузки готовой смеси.

Корпус аппарата снабжен патрубком для отвода образующихся при смешивании газовых выделений. Для дробления смешиваемых веществ на части входные патрубки, установленные в верхней зоне аппарата, снабжены, присоединенными к каждому патрубку, рассекателями потоков, подаваемых на смешивание, веществ.

В предлагаемом аппарате смешивания патрубки ввода смешиваемых веществ установлены коаксиально по оси корпуса аппарата, один над другим, каждый со своим рассекателем потока.

Количество входных патрубков и рассекателей потоков соответствует количеству смешиваемых веществ, которых может быть два, три и более.

Рассекатель потока вышестоящего патрубка образует защитный зонт для патрубка, расположенного ниже, что создает защиту от попадания потока верхнего вещества в поток нижнего вещества непосредственно у нижестоящего патрубка. Внутри входных патрубков установлены устройства, регулирующие потоки подаваемых на смешивание веществ, натекающих на рассекатели потоков и, таким образом, обеспечивающие равномерное распределение смешиваемых веществ в объеме камеры смешивания.

Внутри патрубка для выгрузки готовой смеси веществ установлено подпорное устройство, регулирующее выход готового продукта из аппарата смешивания.

Рассекатели потоков, подпорные устройства, установленные во входных патрубках, и подпорное устройство, установленное внутри патрубка для выгрузки готовой смеси, образуют комплект съемных и заменяемых узлов и деталей, которые подбираются в зависимости от физических характеристик смешиваемых веществ и смеси, а также от их количественных соотношений.

В аппарате смешивания для дробления на части потока жидкости в качестве рассекателя потока, как вариант, используется форсунка.

На фиг. 1 и 2 показаны примеры конструкции аппарата смешивания по изобретению.

Аппарат, показанный на фиг. 1, содержит вертикальный корпус 1, собранный из цилиндрических и конических элементов, верхняя часть корпуса 1 образует зону 3 для ввода смешиваемых веществ и имеет два присоединенных входных патрубка 5 и 9, которые установлены коаксиально к оси корпуса аппарата 1, при этом патрубок 5 установлен над патрубком 9, патрубки 5 и 9 оканчиваются рассекателями потоков 4 и 11, которые имеют форму конуса, закрепленного по оси каждого патрубка и своим острием направленного против потока, подаваемого на смешивание вещества; патрубок 9 установлен под рассекателем потока 4, принадлежащим верхнему патрубку 5, вследствие чего рассекатель потока 4 выполняет роль защитного зонта для патрубка 9. Внутри патрубков 5 и 9 установлены подпорные устройства 6 и 10, представляющие собой подпорные шайбы, положение которых может изменяться, например, для центрирования потоков. Подпорные устройства 6 и 10 съемные и, при необходимости, заменяются на другие, соответствующие производительности аппарата смешивания и физическим характеристикам смешиваемых веществ. Патрубки 5 и 9 соединены трубопроводами 7 и 8 для подачи смешиваемых веществ в аппарат смешивания.

Средняя часть корпуса аппарата 1 образует камеру смешивания 2, в которой осуществляется процесс смешивания.

Нижняя часть аппарата является зоной 12 для сбора полученной смеси веществ. Она выполнена в форме усеченного конуса, нижнее основание которого заканчивается патрубком 16 для выгрузки готовой смеси. Внутри патрубка 16 имеется подпорное устройство 17, регулирующее выход готового продукта из аппарата смешивания.

К боковой поверхности аппарата смешивания 1 присоединен патрубок 14, который сверху закрыт козырьком 15 и соединен с трубопроводом 13. Этот патрубок служит для отвода газовых выделений, образующихся в процессе смешивания.

На фиг. 2 показан аппарат смешивания, в котором для диспергирования на капли жидкости в качестве рассекателя потока жидкости используется форсунка 11.

Описанный на фиг. 1 и 2, аппарат смешивания двух веществ работает следующим образом.

По трубопроводам 7 и 8 к входным патрубкам 5 и 9, расположенным в верхней зоне 3 аппарата смешивания 1, поступают на смешивание исходные вещества. Внутри патрубков 5 и 9 потоки веществ проходят подпорные устройства 6 и 10 и после них, строго по центру, натекают на конические поверхности рассекателей потоков 4 и 11, образуют на боковых поверхностях рассекателей тонкие слои (пленки) веществ, которые затем дробятся на части (отдельные струи) при свободном течении, под действием силы тяжести, внутри аппарата 1, в средней его зоне 2. Частицы веществ при движении в этой зоне свободно в разреженном потоке перемешиваются, при этом процесс смешивания может сопровождаться теплообменом и химическим взаимодействием.

Образовавшаяся смесь веществ собирается в нижней зоне аппарата 12 и через выходной патрубок 16, подпорное устройство 17 выводится из аппарата 1. При этом выход готовой смеси регулируется положением подпорного устройства 17.

Образующиеся в процессе смешивания газовые выделения отводятся из аппарата 1 через патрубок 14, защищенный козырьком 15. Далее газы транспортируются по трубопроводу 13 на очистку.

Для дробления на части жидкости в качестве рассекателя потока, как вариант, используется форсунка 11.

Работа аппарата смешивания иллюстрируется примерами.

Пример 1.

Для приготовления тукосмеси из 1 т/ч. карбамида и 1 т/ч. нитроаммофоски используется аппарат смешивания диаметром 500 мм и высотой 2000 мм с входными патрубками для подачи смешиваемых веществ диаметром 100 мм и выходным патрубком диаметром 150 мм. Входные патрубки снабжены подпорными устройствами в виде шайб с диаметром отверстий в них 50 мм, выходной патрубок имеет подпорное устройство с диаметром проходного отверстия 60 мм. К входным патрубкам присоединены рассекатели потоков карбамида и нитроаммофоски. Рассекатели потоков имеют форму гладкого конуса высотой 100 мм и с диаметром основания 200 мм. Карбамид подается на смешивание через верхний входной патрубок, а нитроаммофоска через нижний входной патрубок.

Движение смешиваемых сыпучих материалов происходит под действием силы тяжести. Сыпучие вещества натекают на коническую поверхность рассекателей потоков и затем при отрыве от конуса дробятся на части (отдельные гранулы), которые затем при свободном падении разреженным потоком движутся внутри аппарата, образуют тукосмесь.

Тукосмесь собирается на нижнем приемном конусе аппарата и через выходной патрубок выводится для последующего использования.

Процесс смешивания осуществляется при достаточно разреженном движении частиц, что обеспечивает относительно свободное проникновение одного вещества в среду другого с образованием однородной смеси. При этом дополнительные затраты энергии на перемешивание отсутствуют.

Пример 2.

С целью уменьшения слеживаемости гранулированного нитрата аммония его смешивают с поверхностно-активными веществами (ПАВ). В аппарате обрабатывают 30 т/ч гранулированного нитрата аммония стандартного состава (основная фракция гранул от 1 до 4 мм составляет 95%). Количество вносимого ПАВ равно 0,1% или 30 кг/ч.

Аппарат для смешивания имеет диаметр 600 мм и высоту 2500 мм. Этот аппарат снабжен верхним входным патрубком диаметром 200 мм, в котором установлено подпорное устройство с проходным отверстием 100 мм. Названный входной патрубок имеет присоединенный конический рассекатель потока с высотой конуса 150 мм и диаметром основания конуса 300 мм.

Нижний входной патрубок имеет диаметр 20 мм. В качестве рассекателя потока к нему присоединена форсунка, работа которой регулируется подпорной шайбой, установленной внутри входного патрубка.

Патрубок для выгрузки готового продукта имеет диаметр 300 мм, в нем установлено подпорное устройство с диаметром проходного отверстия 150 мм.

В описанном аппарате поток гранулированного нитрата аммония подается через верхний входной патрубок. Масса гранулированного продукта течет по вертикальному патрубку под действием силы тяжести, проходит через отверстие подпорного устройства, натекает на конус рассекателя потока строго по центру, на поверхности конуса поток гранулированного нитрата аммония движется тонким слоем и, попадая в среднюю зону аппарата, камеру смешивания, дробится на отдельные гранулы. Гранулы движутся под действием силы тяжести сверху вниз в разреженном потоке, при этом они взаимодействуют с раствором ПАВ, диспергированным на капли форсункой, которая выполняет роль рассекателя потока жидкости.

В результате обеспечивается хорошее взаимодействие сыпучего материала с жидкостью, достигается высокая степень равномерности обработки гранул. Процесс обработки гранулированного нитрата аммония в аппарате описанной конструкции обеспечивает 100% рассыпчатость продукта при его хранении. При обработке гранулированного нитрата аммония практически отсутствует истирание гранул.

В процессе перемешивания не затрачивается дополнительная энергия.

Использование изобретения: область смешивания различных веществ, например, нескольких сыпучих материалов или сыпучих материалов с жидкостью, может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: аппарат смешивания содержит установленные коаксиально по оси корпуса один над другим патрубки ввода смешиваемых веществ, каждый из которых снабжен своим рассекателем потока. При этом рассекатель потока вышестоящего патрубка образует защитный зонт для патрубка, расположенного ниже. Внутри входных патрубков установлены регулирующие потоки веществ устройства, а внутри патрубка выгрузки готового продукта установлено подпорное устройство. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аппарат для смешивания сыпучих материалов или сыпучего материала с жидкостью, содержащий вертикальный корпус, собранный из цилиндрических и конических элементов, образующих три зоны аппарата, верхнюю зону, предназначенную для ввода смешиваемых веществ и снабженную для этого входными патрубками, один из которых имеет присоединенный рассекатель потока смешиваемого вещества, среднюю зону, являющуюся камерой смешивания, и нижнюю зону, предназначенную для сбора и выгрузки смеси веществ через патрубок выгрузки, установленный в основании аппарата, отличающийся тем, что входные патрубки для ввода смешиваемых веществ установлены коаксиально по оси корпуса аппарата один над другим, каждый входной патрубок снабжен своим рассекателем потока и подпорным устройством внутри патрубка, при этом рассекатель потока вышестоящего патрубка образует защитный зонт для следующего, нижестоящего патрубка, внутри патрубка для выгрузки готового продукта установлено подпорное устройство. 2. Аппарат по п.1, отличающееся тем, что подпорные устройства во входных патрубках, подпорное устройство внутри патрубка для выгрузки готового продукта и рассекатели потоков образуют комплект съемных и заменяемых узлов и деталей. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве рассекателя потока жидкости используется форсунка.