Кавитационный смеситель Советский патент 1987 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к устройствам для переме0 ивания и может быть :использовано в химической, пищевой, машиностроительной и других отраслях промьшшенности.

Цель изобретения - снижение энергозатрат и повышение качества готового продукта.

На фиг. 1 изображен смеситель, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг о 1.

Смеситель содержит цилиндрический корпус 1 с отверстием 2 для подвода компонентов и отверстием 3 для отвогде D - диаметр окружности втулки 7; d - диаметр окружности центрального обтекателя 8; и)ц- площадь проекции обтекателя на плоскость, перпендикулярную скорости потока; п - число обтекателей в ряду. Были определены оптимальные площада среды, обтекатели 4-6, размещен- f5 д свободных сечений рядов обтекате- ные в корпусе рядами перпендикулярно ей и отношения площадей свободных его продольной оси.

сечений последующих рядов к площади свободного сечения первого ряда. Например, при трехрядной системе обтекателей u),, 1,46-1,48; иО./u)1,80- 1,85; 1,22-1,27.

Обтекатели выполнены в форме усеченных конусов, размещенных в каждом ряду радиально, и закрепленных большими основаниями по периметру корпуса во втулке 7, а меньшими основаниями - по периметру центрального обтеНа основании обработки опытных данных отношений площадей свободных

кателя 8. Такое выполнение и располо- сечений последующих рядов ul к пло- жение обтекателей необходимо, что бы щдди сжатого сечения первого ряда

получить между ними щели для прохода жидкости по форме, близкой к прямоугольной, с сохранением по высоте щели примерно одинакового оптимального отношения расстояния между средними поперечными сечениями обтекателей к среднему диаметру обтекателя d - a/d.

30

методом наименьших квадратов был получен закон увеличения площадей свободных сечений последующих рядов в виде

uJ;

.0,557 0.5,1

При этом выдерживаются оптималь-- ные величины отношения расстояния между обтекателями в среднем их поср. Это позволяет создавать зоны кавитации высокой интенсивности по всей высоте за щелями и обтекателями 35 перечном сечении к среднему диаметру и равномерно подвергать обрабатывае- обтекателя , в первом ряду

равно 0,4-0,6; во второму ряду 0,8мый поток кавитационному воздействию, что в конечном итоге приводит к увеличению степени диспергирования и уменьшению удельных энергозатрат на смесеобразование„

При этом площадь свободного сечения и)- в каждом ряду i по ходу пото.0,557

ка увеличивается по закону а), ; i где bOj- ппощадь свободного сечения в первом ряду.

Если свободное сечение последующих рядов не увеличивать, то кавитация будет создаваться только за последним рядом обтекателей из-за того, ,что последующие ряды, создавая большое противодавление, будут уничтожать кавитацию за предьвдущими рядами,

1,2; в последнем ряду 0,9-1,2. Кроме того, обтекатели 5 во второму ря40 ДУ имеют рифленую поверхность, а в последнем ряду обтекатели 6 выполнены с поперечным сечением эллиптической формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей. 45 Высота обтекателей равна их среднему диаметру, а расстояние между рядами обтекателей равно 10-15dj,p.

Интервалы отношения выбраны из условия создания в потоке кавита50 ции максимальной интенсивности за рядами обтекателей и минимальных за- |трат мощности на смесеобразование.

Во втором и последующих рядах необходимо устанавливать обтекатели

Закон изменения (увеличения) пло- 55 рифленой поверхностью с a/d, щадей свободных сечений последующих 0,8-1,2, так как они создают меньрядов обтекателей был установлен экс-шее противодавление. Это позволяет

периментальным путем при различныхсоздавать и сохранять за первым ряколичествах обтекателей ряда. Дпя ,дом кавитацию высокой интенсивности.

диаметров d. 1U мм давление перед первым рядом обтекателей изменялось до 0,8 МПа. Площади с;вободных сечений ii), рядов определялись как

xJ; и) (D2-d2) - иО п,

где D - диаметр окружности втулки 7; d - диаметр окружности центрального обтекателя 8; и)ц- площадь проекции обтекателя на плоскость, перпендикулярную скорости потока; п - число обтекателей в ряду. Были определены оптимальные площад свободных сечений рядов обтекате- ей и отношения площадей свободных

д свободных сечений рядов обтекате- ей и отношения площадей свободных

сечений последующих рядов к площади свободного сечения первого ряда. Например, при трехрядной системе обтекателей u),, 1,46-1,48; иО./u)1,80- 1,85; 1,22-1,27.

На основании обработки опытных данных отношений площадей свободных

сечений последующих рядов ul к пло- щдди сжатого сечения первого ряда

методом наименьших квадратов был получен закон увеличения площадей свободных сечений последующих рядов в виде

uJ;

.0,557 0.5,1

При этом выдерживаются оптималь-- ные величины отношения расстояния между обтекателями в среднем их поперечном сечении к среднему диаметру обтекателя , в первом ряду

1,2; в последнем ряду 0,9-1,2. Кроме того, обтекатели 5 во второму ряДУ имеют рифленую поверхность, а в последнем ряду обтекатели 6 выполнены с поперечным сечением эллиптической формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей. Высота обтекателей равна их среднему диаметру, а расстояние между рядами обтекателей равно 10-15dj,p.

Интервалы отношения выбраны из условия создания в потоке кавитации максимальной интенсивности за рядами обтекателей и минимальных за- |трат мощности на смесеобразование.

Во втором и последующих рядах необходимо устанавливать обтекатели

Кроме того, обтекатели с рифленой поверхностью при отношении , равном 0,8-1,2; создают в потоке кавитации большой интенсивности при малых затратах энергии, и интенсивность кавитации за вторым рядом обтекателей не ниже чем за первым рядом, несмотря на некоторое понижение скорости потока из-за увеличения сечения.

Высота обтекателя h оказывает влияние на форму отрывающихся каверн При h/d;,,0 каверны имеют более правильную, близкую к сферической форму и при схлопывании отдают пото- ку большую энергию.

Таким образом, минимум удельных энергозатрат получается при высоте обтекателей, равной их среднему диаметру ,0.

Указанньй интервал отношения расстояния между рядами к среднему диаметру обтекателя обусловлен следующим .

На интенсивность кавитации влияет нестационарность процесса кавитации. При увеличении длины зоны кавитации уменьшается нестационарность процесса образования и захлопывания кави- тационных каверн, т.е. уменьшается интенсивность кавитации. Как показывают наши исследования, при длинах зоны кавитации больше 10 диаметров обтекателя интенсивность кавитации практически равна нулю. Поэтому во избежание увеличения размеров смесителя расстояния между рядами обтекателей не следует брать больше 10-15 их средних диаметров.

В последнем ряду обтекатели выпол-40 также минимальными. Кроме того, сунены с поперечным сечением эллиптической формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей. Обтекатели -фиксируются в определенном положении с помощью гаек 9, под- жимающих герметирующие прокладки Ш. Такое выполнение дает возможность регулирования длины зоны кавитации, изменяя величину свободного сечения в ряду.

Кавитационный смеситель работает следующим образом.

В корпус 1 под давлением подаются смешиваемые компоненты. При обтекании обтекателей 4 со скоростью выше критической создается первая зона кавитации, при обтекании обтекателей 5 вторая зона кавитации и при обтекании обтекателей 6 - третья зона кави-

го

15

79284

тации. Таким образом, весь поток обрабатываемой жидкости подвергается многократно интенсивному кавитацион- ному воздействию.

При кавитации в микрообъемах жидкости происходит схлопывание каверн, в результате чего возникают местные ударные давления до 10 МПа, кумулятивные микроструйки со скоростью 250- 300 м/с, дробящие каверны на части, которые оказывают перемешивающее, диспергирующее действие на обрабатываемую среду, и, таким образом, создаются условия для более тонкого и качественного перемешивания - дробления частиц смеси. Для возникновения и поддержания необходимых длин зоны кавитации за каждым рядом возбудителей площади свободного сечения между обтекателями от ряда к ряду должны увеличиваться. Кроме того, третий ряд обтекателей регулирует длину зоны кавитации за первым и вторым путем поворота их на угол О - 90. При этом свободное сечение этого ряда изменяется, например, от минимального до максимального значения, а противодавление за 1-ми 2-м рядом - от максимального до минимального значения, что ведет к изменению длины зоны кавитации от минимального до максимального значения.

Затраты мощности потока, определяемой как произведение давления на расход жидкрсти на создание высокоинтенсивной кавитации в данном устройстве, минимальны. Следовательно, удельные энергетические затраты на смешение потока - получение эмульсии будут

щественно повышается степень диспергирования, т.е. качество продукта.

Формула из

обретения I

1. Кавитационньм смеситель, содержащий цилиндрический корпус с отверстиями для подвода компонентов и отвода среды, обтекатели, размещенные в корпусе рядами перпендикулярно его продольной оси, отличающий- с я тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения качества готового продукта, обтекатели выполнены в форме усеченных конусов, размещенных в каждом ряду рядиально и закрепленных большими основаниями по периметру корпуса, при этом площадь свободного сечения и); в каждом ряду i по ходу потока увеличивается

по закону u). 1) iOi j где ы, - площадь свободного сечения в первом ряду.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что в первом ряду отношение расстояния между обтекателями в среднем их поперечном сечении к среднему диаметру обтекателя равно 0,4-0,6, во втором ряду 0,8- 1,2, в последнем ряду 0,9 - 1,2, при этом обтекатели во

втором ряду имеют рифленую поверхность, а в последнем ряду обтекатели выполнены с поперечным сечением эллиптической формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей,

3. Смеситель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что высота обтекателей равна их среднему диаметру и расстояние между рядами обтекателей равно 10 - 15d р.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и позволяет снизить энергозатраты, а также повысить качество готового продукта. Смеситель выполнен в виде цилиндрического корпуса 1, в котором рядами размещены обтекатели в форме усеченных конусов, закрепленных большими основаниями по периметру корпуса и направленных радиально. При этом площадь свободного сечения oJ; в каждом последующем ряду i увеличивается по закону aJ iJ 1°. , где - шю- даль свободного сечения в первом ряду. При этом в первом ряду отношение расстояния между средними поперечными сечениями обтекателей а к среднему диаметру обтекателя равно 0,4-0,6, во втором ряду - 0,8- 1,2, в последующем ряду - 0,9-1,2. Данные интервалы выбраны из условия создания в потоке кавитации максимальной интенсивности зарядами обтекателей и минимальных затрат мощности на смесеобразование. Кроме того, во втором ряду следует Устанавливать обтекатели с рифленой поверхностью, а в последнем ряду - обтекатели с поперечным сечением эллиптической формы, имеющие возможность поворота вокруг своих осей. Высота обтекателей равна их среднему диаметру, расстояние между рядами обтекателей равi (Л но 10-15d, 2 3.п. ф-лы, 2 ил. фиг. 1

Фиг.г