УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК B01F5/04 

Изобретение относится к массообмену смешиваемых компонентов и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой, химической и других областях промышленности в качестве аэрирующего устройства в ферментационных аппаратах различного назначения.

Известно устройство для аэрации и перемешивания жидкости в ферментационном аппарате, содержащее сопло для подвода жидкости с патрубком, сообщенным с источником жидкости и ферментационным аппаратом, и патрубок для подвода газа в камеру смешения (см. авторское свидетельство СССР 1576557 А1, 1990 г. ). Устройство имеет также приемную камеру разрежения, в которой выходящая из сопла струя жидкости создает пониженное давление и обеспечивает подсос газа из патрубка. Из приемной камеры разряжения жидкость и газ поступают в камеру смешения, где происходит интенсивное перемешивание газа и жидкости. Увеличение газонасыщения жидкости позволяет растворять большее количество аэрирующего газа в жидкой фазе и увеличить его потребление микроорганизмами, что приводит к ускоренному их развитию и повышению производительности ферментационного аппарата.

Недостатками такого устройства являются ограниченные возможности по перемешиванию, т.к. аэрации и перемешиванию подвергаются только два компонента среды, а, кроме того, невозможно регулировать процесс перемешивания компонентов.

Известно также устройство для смешивания жидкости с газом, включающее круговой статор, имеющий сечение в виде двух обращенных друг к другу большими основаниями усеченных конусов, снабженных плоскими бортами, которые соединены между собой пластинами, перпендикулярными бортам (см. авт. свид. СССР 799801, 1981 г. ). Статор имеет с двух сторон кольцевые патрубки для входа жидкости. На наружной поверхности конусов размещены газораспределительные коллекторы, образующие с бортами кольцевые щели для выхода газа. Газораспределители снабжены патрубками для ввода газа. Внутри статора на валу закреплен ротор в виде полого диска с отверстиями по периферии, выполненными в виде щелей. Ротор имеет патрубок для ввода газа и лопасти, выступающие за диск по периферии. В центральной части ротора лопасти имеют отогнутые в направлении вращения кромки, расположенные в кольцевых патрубках статора для входа жидкости.

При вращении ротора лопасти с отогнутыми кромками набегают на жидкость и нагнетают ее внутрь статора, где жидкость обтекает отверстия ротора и подсасывает газ, поступающий внутрь полого ротора через его патрубок. Потоки жидкости сходят с лопастей с большой скоростью и давлением и выбрасываются в кольцевое пространство между бортами статора, при этом происходит засасывание газа из кольцевых щелей. Таким образом, сходящие с лопастей высокоскоростные потоки взаимодействуют с подсасываемым газом, поступающим из кольцевых щелей и отверстий, что обеспечивает интенсивный процесс смешивания.

Недостатком такого смешивающего устройства является малое количество смешиваемых компонентов, что ограничивает возможности устройства.

Задачей изобретения является создание универсального смесителя, обладающего высокой производительностью и способного обеспечить получение многокомпонентной смеси.

Поставленная цель достигается тем, что универсальный смеситель содержит смесительное устройство, трубопроводы для подвода смешиваемых компонентов, камеру смешения, причем смесительное устройство выполнено ступенчатым с количеством смесительных ступеней не менее двух, при этом все смесительные ступени расположены соосно друг с другом и каждая ступень имеет закручивающее устройство для одного из смешиваемых компонентов и патрубок для эжекции другого компонента, имеющего меньшую плотность по сравнению с плотностью закручиваемого компонента, причем закручивающее устройство каждой последующей смесительной ступени обеспечивает закручивание смешиваемых компонентов в направлении, противоположном направлению закручивания предыдущей ступени, а закручивающее устройство последней ступени выполнено с возможностью регулирования степени закручивания, при этом в каждой смесительной ступени закручивающее устройство расположено снаружи патрубка для эжекции компонента с меньшей плотностью, который в свою очередь охватывает трубопровод с закрученным потоком предыдущей ступени.

Закручивающее устройство какой-либо одной или нескольких смесительных ступеней может быть выполнено в виде улиткообразной спиральной камеры.

Закручивающее устройство одной или нескольких смесительных ступеней может быть выполнено в виде тангенциально расположенных равномерно по окружности отверстий, которые могут быть прямоугольного, квадратного, круглого или какого-либо другого сечения.

Закручивающее устройство последней ступени может быть выполнено в виде равномерно и концентрично расположенных по окружности одинаковых поворотных лопаток, имеющих механизм регулирования их положения.

Смесительное устройство универсального смесителя может иметь четное или нечетное количество смесительных ступеней. Закрученные потоки в смесительных ступенях могут иметь одинаковое относительно друг друга направление вращения или направление вращения в каждой последующей ступени будет направлено в противоположную сторону относительно направления вращения в предыдущей ступени. Кроме того, в любой смесительной ступени закручивающего устройства закрученные потоки могут иметь любое направление вращения.

Предпочтительно иметь смесительное устройство с четным количеством смесительных ступеней, причем в каждой последующей смесительной ступени закрученный поток должен иметь вращение в направлении, противоположном направлению вращения потока в предыдущей ступени.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез по универсальному смесителю; на фиг.2 показан разрез по А-А на фиг.1; на фиг. 3 показан разрез по Б-Б на фиг.1;а на фиг.4 показан разрез по В-В на фиг.1.

Универсальный смеситель содержит смесительное устройство, которое выполнено ступенчатым с количеством ступеней не менее двух. На фиг.1 представлено смесительное устройство с первой 1, второй 2 и третьей 3 смесительными ступенями, которые расположены соосно друг c другом. Каждая смесительная ступень 1, 2 и 3 соответственно состоит из своего закручивающего устройства 4, 5 и 6 для подачи одного из смешиваемых компонентов и соответствующих патрубков 7, 8 и 9 для эжекции другого компонента, который имеет меньшую плотность по сравнению с закрученным компонентом.

На представленном на фиг.1 универсальном смесителе каждая последующая смесительная ступень обеспечивает закручивание смешиваемых компонентов в направлении, противоположном направлению закручивания предыдущей смесительной ступени. Закручивающее устройство 4 первой смесительной ступени 1 выполнено в виде улиткообразной спиральной камеры, закручивающее устройство 5 второй смесительной ступени 2 представляет собой равномерно и тангенциально расположенные по окружности в цилиндрической стенке 10 отверстия 11, а закручивающее устройство последней третьей смесительной ступени 3 выполнено в виде равномерно и концентрично расположенных по окружности поворотных лопаток 12, соединенных с механизмом регулирования их положения (не показан).

Регулирование положения поворотных лопаток 12 позволяет управлять закручиванием потока в последней третьей смесительной ступени 3 и в универсальном смесителе в целом.

Закручивающие устройства 4, 5 и 6 в смесительных ступенях 1, 2 и 3 расположены снаружи соответствующих отверстий 7, 8 и 9 для эжекции компонентов с меньшей плотностью по сравнению с плотностью закрученных компонентов. Патрубок 8 второй смесительной ступени 2 охватывает трубопровод 13 с закрученным потоком первой смесительной ступени 1, а патрубок 9 третьей смесительной ступени 3 охватывает трубопровод 14 с закрученным потоком второй смесительной ступени 2. В первую 1, вторую 2 и третью 3 смесительные ступени подвод закручиваемых компонентов осуществляется трубопроводами 15, 16 и 17, а подвод эжектируемых компонентов - трубопроводами 18, 19 и 20 соответственно. Третья смесительная ступень 3 универсального смесителя заканчивается в общей для всех смесительных ступеней камере смешения 21.

Универсальный смеситель работает следующим образом.

Необходимые для получения конечного продукта смешиваемые компоненты поступают в универсальный смеситель по трубопроводам 15, 16, 17, 18, 19 и 20. По трубопроводам 15, 16 и 17 смешиваемые компоненты подаются под давлением и закручиваются посредством закручивающих устройств 4, 5 и 6 первой 1, второй 2 и третьей 3 смесительных ступеней. Внутри закрученных потоков каждой смесительной ступени создается зона пониженного давления, куда через патрубки 7, 8 и 9 засасываются остальные смешиваемые компоненты. В каждой смесительной ступени осуществляется процесс смешивания двух компонентов. При объединении потоков каждой смесительной ступени происходит взаимное смешивание компонентов. В общей для всех потоков, поступающих из всех смесительных ступеней, камере смешения 21 происходит процесс интенсивного перемешивания всех поступающих в универсальный смеситель смешиваемых компонентов. Когда в смежных смесительных ступенях создаются потоки с противоположным направлением вращения, то при взаимодействии этих потоков с уже смешанными компонентами происходит их взаимное перемешивание и успокоение.

Наличие в последней смесительной ступени регулируемого закручивающего устройства позволяет регулировать закрученность всего суммарного потока.

Универсальный смеситель позволяет осуществлять эффективное перемешивание поступающих в его смесительные ступени газовых и жидкостных потоков с последующим получением многокомпонентной среды.

Изобретение предназначено для получения многокомпонентных смесей в массообменных устройствах различного назначения. Смеситель содержит смесительное устройство, трубопроводы для подвода смешиваемых компонентов и камеру смешения. Смесительное устройство выполнено ступенчатым с количеством смесительных ступеней не менее двух. Все смесительные ступени расположены соосно друг с другом. Каждая смесительная ступень имеет закручивающее устройство для одного из смешиваемых компонентов и патрубок для эжекции другого компонента. Закручивающее устройство каждой смесительной ступени расположено снаружи соответствующего патрубка для эжекции компонента с меньшей плотностью по сравнению с плотностью закручиваемого компонента, который, в свою очередь, охватывает трубопровод с закрученным потоком предыдущей ступени. Закручивающее устройство каждой последующей ступени обеспечивает закручивание смешиваемых компонентов в направлении, противоположном направлению закручивания предыдущей ступени. Закручивающее устройство последней смесительной ступени выполнено с возможностью регулирования степени закручивания. Необходимые для получения конечной смеси компоненты поступают по трубопроводам в смесительные ступени смесительного устройства, где происходит интенсивное смешивание поступающих компонентов. Окончательное смешивание всех компонентов с получением многокомпонентной смеси происходит в общей для всех потоков камере смешения. Универсальный смеситель обеспечивает эффективное перемешивание газовых и жидкостных потоков с последующим получением многокомпонентной среды. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Универсальный смеситель, содержащий смесительное устройство, трубопроводы для подвода смешиваемых компонентов и камеру смешения, отличающийся тем, что смесительное устройство выполнено ступенчатым с количеством смесительных ступеней не менее двух, при этом все смесительные ступени расположены соосно друг с другом и каждая ступень имеет закручивающее устройство для одного из смешиваемых компонентов и патрубок для эжекции другого компонента, имеющего меньшую плотность по сравнению с плотностью закручиваемого компонента, причем закручивающее устройство каждой последующей смесительной ступени обеспечивает закручивание смешиваемых компонентов в направлении, противоположном направлению закручивания предыдущей ступени, а закручивающее устройство последней смесительной ступени выполнено с возможностью регулирования степени закручивания, при этом в каждой смесительной ступени закручивающее устройство расположено снаружи патрубка для эжекции компонента с меньшей плотностью, который, в свою очередь, охватывает трубопровод с закрученным потоком предыдущей ступени. 2. Универсальный смеситель по п.1, отличающийся тем, что закручивающее устройство одной из смесительных ступеней выполнено в виде улиткообразной спиральной камеры. 3. Универсальный смеситель по п.1, отличающийся тем, что закручивающее устройство одной из смесительных ступеней выполнено в виде тангенциально расположенных равномерно по окружности отверстий. 4. Универсальный смеситель по п.1, отличающийся тем, что закручивающее устройство последней смесительной ступени выполнено в виде равномерно и концентрично расположенных по окружности одинаковых поворотных лопаток, имеющих механизм регулирования их положения.