Перемешивающее устройство Советский патент 1984 года по МПК B01F5/10 

I11 Изобретение относится к смесителя с вращающимся перемешивающим устройством в неподвилу1Ых резервуарах и может быть использовано в химической промьппленности для Проведения процессов растворения, эмульгирования,, суг.пендирования, а также осуществления различных тепловых и массообменньк процессов. Известен аппарат, представляющий собой вертикальный цилиндр с эллиптической крышкой и днищем, внутри ко торого расположена циркуляционная труба (диффузор). Внутри диффузора размещается мешалка, создающая значительные осевые потоки, благодаря к 1торым жидкость проходит сначала внутри диффузора, а затем в кольцевом пространстве между диффузором и корпусом сосуда. Интенсивность перемещивания в этом случае значительная. 1J. Недостатком этого аппарата является то, что он применяется только для высокоскоростных пропеллерных (винтовых) мешалок. Из-за большой скорости вращения пропеллерной мешалки, имеющей мальй вылет вала (для предотвращения его деформации) она располагается в верхней части аппарата. В результате сосуд работает эффективно при сравнительно небольших объемах (до 7м). При уве- личении как диаметра, так и высоты аппарата интенсивность перемешивания уменьшается. Известно также перемешивающее устройство, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крьш1кой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки 2J. Спиральные лопатки способствуют устранению воронки. Однако в известном смесителе жидкость, начав движение вдоль лопатки с периферии к цент ру, может сойти с этой траектории и не дойти до центральной (приосевой зоны. Объясняется это тем, что жидкостная струя движется по пути наименьшего сопротивления. Кроме того, увеличение числа оборотов вращения мешалки все-таки может привести к образованию жидкостной вороки. При наличии всплывающих лопаток это явле ние возникает при несколько больших числах оборотов мешалки и в случае большой величины степени заполнения аппарата ( V 0,99) приводит к переливу жидкости. Цель изобретения - интенсификация процесса перемешивания. Поставленная цель достигается тем, что в перемешивающем устройстве, содержащем вертикальньй цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки, последние снабжены верхней и нижней перегородками в виде дисков, при этом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса, а нижняя выполнена с центральным отверстием и установлена на расстоянии от стенки. В предлагаемой конструкции жидкость набегает на лопатки в основном вследствие насосного эффекта мешалки и преобразования скоростного напора, набегающего на верхнюю перегородку потока, в статическое давление, из-за возрастания которого (особенно при увеличении числа оборотов мешалки) жидкость перемещается из кольцевой периферийной зоны в приосевую часть сосуда, формируясь в центральном отверстии нижней перегородки, проходит на большую глубину жидкости, находящейся .-в сосуде. На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, пр1одольньй разрез, общий видi на фиг. 2 кривые изменения электропроводности жидкости в нижней части сосуда в зависимости от времени перемешивания. Сосуд состоит из цилиндра 1 с днищем 2 и крьш1кой 3, имеющими эллиптическую форму. Днище 2 приварное, а крьшка 3 крепится к корпусу 1 при помощи фланцев 4. Сосуд имеет рубашку 5, служащую для нагрева или ; охлаждения содержимого сосуда. Мевду фланцами 4 с помощью плоского диска 6 закреплена перегородка 7, под которой с помощью стержней 8 крепится перегородка 9. Обе перегородки выполнены в виде усеченных конусов. Между нижней перегородкой 9 и стенкой корпуса 1 имеется кольцевой зазор 10 для прохода жццкости. Центральное отверстие 11 в нижней перегородке 9 служит для схода жадности от периферии к приосевой зоне потока. Между перегородками 7 и 9 установлены спиральные направляющие лопатки 12. Для заполнения и опорожнения сосуда служат патрубки 13 и 14 соот31ветственно. Патрубки 15 и 16 служат для подачи в рубашку 5 и выходаиз нее теплоносителя. Внутри корпуса 1 размещен вал 17 с закрепленной на нем мешалкой 18, Движение жидкости с одновременным перемешиванием ее происходит по следующей схеме. Мешалка 18 перемешивает жидкость в сосуде. За счет увеличения давления, развиваемого в потоке вращающей ся Лсидкости на периферии сосуда и под действием силы тяжести (использу ется перелив жидкости с верхнего уро ня на более низкий), происходит переброс жидкости с периферии к приосе вой зоне потока через кольцевой зазор 10 вдоль направляющих лопаток 12 меяяу перегородками 7 и 9, При этом слои жидкости интенсивно перемешиваю ся, а после входа вращающегося объема жидкости в приосевую зону сосуда происходит быстрое продвижение его под влиянием центробежных сил, возни кающих в быстровращающемся потоке, В сосуде развивается устойчивая циркуляция с центра на периферию, с периферии через перелив снова на центр характеризуемая большими значениями вращательных и осевых скоростей на периферии и вращательных, осевых и радиальных скоростей в приосевой зоне и приводящая к тому, что жидкость у стенок не застаивается, что интенсифицирует протекание различных тепломассообменных процессов. Движение жидкости происходит в условиях ярко выраженной нестационарности. В этих условиях разделения жидкостей по удельным весам не происходит, поскольку весь объем сосуда является активным. В виду наличия перегородок и направляющих лопаток жидкостная воронка не образуется, вследствие чего значительно расширяется верхняя граница для применяемых скоростей вращения мешалки, что также позволяет интенсифицировать различные технологические процессы, про водящиеся в аппарате. Предлагаемая конструкция сосуда позволяет интенсифицировать процесс перемешивания при степенях заполнения аппарата 0,98-0,99, особенно в реакторах большого объема и в реакторах с соотношением высоты к диамет ру более 1,5 со значительным уменьшением энергетических затрат на пере мешивание . 9 В результате снятия кривых изменения электропроводности жидкости при нанесении возмущения на объект был, проведен сравнительный анализ предложенного и известного устройств В таблице приведены условия проведения опытов по измерению электропроводности жидкости. Из хода кривых видно, что после нанесения возмущения на объект (добавление электропроводящей жидкости) изменение электропроводности жидкости в известном устройстве (кривые 14) ПР011СХОДИТ с несколько размытым пиком при вершине, а не с ярко выраженным, как в предлагаемом устройстве - пунктирная кривая 5. Это подтверждает отличие в качественной характеристике движения, жидкости в рассматриваемых - устройствах. В предлагаемом устройстве нисходящий поток . является более высокоразвитым и доходит почти до дна сосуда (т.е. к месту установки перемешивающего органа) . Напротив, в известном устройстве нисходящий поток является более слабым. На последующих участках кривых 1-4 происходит плавное нарастание величины электропроводности жидкости во времени. Выход на значение электропроводности, соответствующее новому установившемуся состоянию (точки А, Aj и т.д. для соответствующих кривых) зависит от условий перемешивания жидкости в смесителе. При большой степени заполнения 0,99 и числе оборотов мешалки, равному 230 об/мин, время гомогенизации равно 32,5 с, т.е. известный смеситель является интенсивным. При степени заполнения 4 0,7 и том же числе оборотов мешалки величина аналогичного времени оказывается равной 119 с. Здесь сказьгеается, очевидно, тот факт, что при малой степени заполнения увеличивается жидкостная воронка и центральная часть лопаток оказывается вообще не смоченной жидкостью, т.е. на процесс перемешивания не влияет. Все эти данные получены при одной и той же мощности привода мешалки, равной 30 Вт. При одних и тех же мощностях привода мешалки и степени заполнения Ч 0,99 установка спиральных лопаток поперек оси сосуда в его верхней части способствует ускорению процесса перемешивания (время гомогенизации . 511 равно 32,5 с), однако не столь интенсивно, как в устройстве с дополнительными перегАродками, поскольку время гомогенизации в этом случае равно 20 с. Отношение указанньж времен равно 1,6, что довольно существенно. При увеличении мощности привода мешалки до 100 Вт (т.е. в 3,3 раза) в известном устройстве со степенью заполнения 4 0,99 время гомогениза ции равно 25 с. Дальнейшее увеличени мощности привода мешалки с целью достижения времени гомогенизации 20 с (в предлагаемом устройстве) ни к чему не приводит, так как жидкость начинает переливаться из устройства При снижении степени заполнения до величины 4 0,7 и той же увеличенной мощности 100 Вт время гомогенизации равно 30 с. При этом наблюается жидкостная воронка, и цент aльнaя часть лопаток оказывается не смоченной водой. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет добиться конечного эффекта (обеспечение гомогенности среды) в течение более короткого времени, а именно в 1,7 раз быстрее, т.е. характеризуется более высокой интенсивностью перемешивания. Поскольку затраты энергии, вводимой в деремешиваемую среду в предлагаемом устройстве по сравнению с известным при достижении одного и того же конечного результата (времени перемешивания около 20 с) значительно меньше (примерно в 3,3 раза), то предлагаемое устройство является и более эффективным.

ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вертикальный цилиндричесKHft корпус с крьшкой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, спиральные лопатки снабжены верхней и нижней перегородками в виде дисков, при этом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса, а нижняя выполнена с центральным отверстием и установлена на расстоянии от стенки.

Число оборотов, об/мин

Степень заполнения.

0,7

0,99

410

230

0,99

0,99

0,7