Способ смешения компонентов в жидкой среде и устройство для его осуществления Российский патент 2018 года по МПК B01F3/08 B01F3/12 B01F7/18 

Изобретение относится к способу и устройству смешения компонентов в жидкой среде, преимущественно к аппаратам периодического действия, и может быть использовано, например, в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях, где необходим этот технологический процесс.

Известен способ смешения мешалкой (патент Франции №2685220 от 25.06.93 г., B01F 7/20), где смешение среды реализуется посредством организации чередования трех режимов: вращение мешалки по часовой стрелке, остановка мешалки и вращение мешалки против часовой стрелки, при этом лопасти мешалки с поворотными сегментами производят колебания среды.

Недостатком способа является неадекватное увеличение эффективности в сравнении с увеличением расхода мощности и степенью усложнения смесителя и в первую очередь мешалки.

Известен (авторское свидетельство SU №750795 от 15.11.84, В01F 11/00; В01F 3/08) способ получения смесей путем возбуждения в рабочей среде дополнительных колебаний с частотой в (10-50) раз ниже частоты нелинейных колебаний и амплитудой составленных 1-5 от амплитуды нелинейных колебаний, а при этом в рабочей среде возникает кавитация, способствующая перемешиванию.

Недостатком этого способа является то, что для осуществления качественного перемешивания и получения однородной смеси, особенно в аппаратах для средне- и тяжелотоннажных производств, требуются большие затраты энергии.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является традиционный способ смешения компонентов в жидкой среде, заключающийся в перемешивании макрослоев смешиваемой среды относительно друг друга в неподвижном аппарате лопастями мешалок, например рамной, листовой, якорной, которые применяются преимущественно для перемешивания сред с ламинарным движением потока и частотой вращения вала до 1 с^-1 (Детнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов, часть 1, 2-е изд. М.: Химия, 1995, с.153-157; Штербачек, И. Тауск. Перемешивание в химической промышленности, ГХИ, Ленинград, 1963 г.; Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких средств: Справочное пособие. - Л.: Машиностроение, 1979 г.).

Недостатком традиционного способа перемешивания является недостаточная эффективность смешения компонентов, связанная с ламинарным режимом движения жидкости, когда макрослой среды практически не перемешивается. Этот фактор особенно присущей аппаратам с гладкой внутренней стенкой корпуса.

Прототипом предлагаемого устройства является техническое решение, описанное в патенте №2503493 Устройство для перемешивания в жидкой среде В01F 7/18, опубл. 10.01.2014, Бюл. №1.

Данное устройство содержит корпус с размещенным в нем валом, внутри которого установлен с возможностью поступательно-возвратного движения толкатель, на верхней части которого смонтирован поршень, размещенный внутри цилиндра, к валу шарнирно присоединены радиальные и вертикальные лопасти, также шарнирно соединенные между собой, на верхней части цилиндра установлен регулирующий штурвал, на конце винта которого смонтирована шариковая опора, контактирующая с верхней частью толкателя, а радиальные и вертикальные лопасти с валом образуют систему шарнирного параллелограмма.

Недостатком указанного технического решения является то, что для поступательно-возвратного движения толкателя необходимо наличие внешних источников движения (газ, сжатый воздух, жидкость) для поршня и связанного с ним толкателя с громоздкой пускорегулирующей аппаратурой.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа смешения компонентов в жидкой среде и устройства для достижения следующего технического результата - повышение эффективности смешения рабочей среды.

Поставленная задача обеспечивается тем, что колебания рабочей среды осуществляют лопастями рамно-шарнирной мешалки с частотой осевого их перемещения, равной частоте вращения вала, и амплитудой осевого перемещения коротких концов верхних радиальных лопастей h

h=h₁-h₂, мм,

где h₁, h₂ - наибольшая и наименьшая высота поверхности конуса соответственно.

В части заявляемого устройства задача решается тем, что в цилиндрическом корпусе размещен вал к которому шарнирно присоединены радиальные лопасти, вертикальные и радиальные лопасти также соединены между собой шарнирно, внутри вала установлен с возможностью поступательно-возвратного движения толкатель, взаимодействующий с короткими концами верхних радиальных лопастей, устройство отличается тем, что верхний конец толкателя связан с диском и на конической поверхности выполнен уклон, равный величине осевого перемещения коротких концов верхних радиальных лопастей, которые поворачивают лопасти в радиальном и осевом направлении относительно оси вала мешалки, на крышке корпуса размещены винтовые стержни, связанные с плитой с возможностью перемещения по ним, на плите смонтирована опора, контактирующая с конической поверхностью диска, пружина, нижний конец которой опирается на торец вала, а верхний опирается на нижнюю поверхность диска, электродвигатель с шестерней, связанные с зубчатым колесом.

На чертеже показано устройство для осуществления способа.

Устройство содержит: корпус - 1; вал - 2; лопасти радиальные верхние - 3; лопасти радиальные нижние - 4; лопасти вертикальные - 5; толкатель - 6; диск - 7; крыша - 8; подшипниковый узел - 9; стержни винтовые - 10; плита - 11; электродвигатель - 12; колеса зубчатые - 13, 14; пружина - 15; опора - 16.

Устройство работает следующим образом: устанавливают положение опоры 16 относительно диска 7 с учетом амплитуды осевого перемещения и свойств перемешиваемой среды, включается электродвигатель, вращение от которого передается через зубчатые колеса 13, 14 на вал 2 и толкатель 6 и на диск 7, по конической поверхности которого скользит опора 16, сжимая или ослабляя силовое воздействие пружины 15 на толкатель 6, получающее поступательно-возвратное движение и воздействующее на короткие концы верхних радиальных лопастей 3, которые поворачивают на своих осях шарнирную систему вертикальных (или наклонных) и радиальных лопастей в радиальном и осевом направлении от положения А до положения Б, совершая при этом колебания слоев рабочей среды за счет постоянного изменения величины и направления действия окружной, радиальной и осевой скоростей движения частиц.

Положительный эффект изобретения выражается в повышении эффективности смешения слоев жидкости за счет колебания среды при изменении радиального и осевого положения лопастей относительно оси вала за каждый оборот, что способствует интенсификации процесса.

Изобретение относится к способу и устройству смешения компонентов в жидкой среде, преимущественно к аппаратам периодического действия, и может быть использовано, например, в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях, где необходим этот технологический процесс. Способ смешения компонентов в жидкой среде заключается в том, что окружные, радиальные и осевые колебания среды осуществляют лопастями шарнирно рамной мешалки с частотой осевого их перемещения, равной частоте вращения вала, и амплитудой осевого перемещения концов радиальных лопастей h, h=h₁-h₂, мм, где h₁, h₂ - наибольшая и наименьшая высота поверхности конуса. Устройство для осуществления способа включает цилиндрический корпус с размещенным в нем валом, к которому шарнирно присоединены радиальные лопасти, вертикальные и радиальные лопасти также соединены между собой шарнирно, внутри вала установлен с возможностью поступательно-возвратного движения толкатель, взаимодействующий с короткими концами верхних радиальных лопастей и верхний конец которого выполнен в виде диска с конической поверхностью, уклон которого равен величине осевого перемещения коротких концов верхних радиальных лопастей. Повышается эффективность смешения слоев жидкости за счет колебания среды при изменении радиального и осевого положения лопастей относительно оси вала за каждый оборот, что способствует интенсификации процесса. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности смешения рабочей среды. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ смешения компонентов в жидкой среде, заключающийся в перемешивании макрослоев смешиваемой среды относительно друг друга в неподвижном аппарате лопастями мешалок, отличающийся тем, что колебания рабочей среды осуществляют лопастями рамно-шарнирной мешалки с частотой осевого их перемещения, равной частоте вращения вала, и амплитудой осевого перемещения коротких концов верхних радиальных лопастей h

h=h₁-h₂, мм,

где h₁, h₂ - наибольшая и наименьшая высота поверхности конуса соответственно.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее цилиндрический корпус с размещенным в нем валом, к которому шарнирно присоединены радиальные лопасти, вертикальные и радиальные лопасти также соединены между собой шарнирно, внутри вала установлен с возможностью поступательно-возвратного движения толкатель, взаимодействующий с короткими концами верхних радиальных лопастей, отличающееся тем, что верхний конец толкателя связан с диском, на конической поверхности которого выполнен уклон, равный величине осевого перемещения коротких концов верхних радиальных лопастей, которые поворачивают лопасти в радиальном и осевом направлении относительно оси вала мешалки, на крышке корпуса размещены винтовые стержни, связанные с плитой с возможностью перемещения по ним, на плите смонтирована опора, контактирующая с конической поверхностью диска, пружина, нижний конец которой опирается на торец вала, а верхний опирается на нижнюю поверхность диска, электродвигатель с шестерней, связанные с зубчатым колесом.