Устройство для перемешивания и аэрации Советский патент 1991 года по МПК B01F5/22 

ление вращения устройства); на фиг. зоподводящей камере е строится линия

продольное сечение коллектора (стрелка vr показывает направление радиального потока от центра к периферии); на фиг,4 - схема движения потоков, омывающих коллектор (стрелками обозначено движение жидкости, точками - пузырьки газа).

Устройство для перемешивания состоит из радиальных лопастей 1, жестко закрепленных на газовой камере 2. Полая камера 2 имеет кольцевое отверстие 3 для выхода газа и сообщена через вал с наджидкостным пространством. Лопасти 1 сверху и снизу закрыты коническими дисками 4, имеющими центральные отверстия 5 для входа жидкости. Зазор между дисками 4 предназначен для выброса жидкости из устройства. Вокруг полой дисковой камеры 2 между лопастями 1 на уровне кольцевого отверстия 3 установлены изогнутые тороидальные трубчатые коллекторы 6, сообщенные с внутренним пространством камеры 2 и имеющие продольные щелевые отверстия 7. Коллекторы Ь развернуты относительно окружности а горизонтальной плоскости так, что торец коллектора, примыкающий к фронтальной стороне 8 лопасти 1, удален от края дисковой камеры 1, а торец коллектора 6, примыкающий к тыльной стороне 9, приближен к наружным кромкам камеры 2, Ось разворота совпадает, например, со срединой коллектора. Степень разворота ограничена известными пределами расстояния коллектора от края дисковой камеры ,4-U,5e, где е - высота кольцевого отверстия в дисковой камере 2.

25

30

35

40

45

50

55

передней кромки 11 вдоль поверхности коллектора b по значениям угла 0 в зависимости от переменной s,

Коллекторы b имеют также сплошную боковую щель 12 вдоль продольной оси коллектора на наружной, периферийной его поверхности.

Торцы коллекторов b открыты, т.е. не заглушены и скошены к периферии, причем угол скоса /5 торца коллектора, примыкающего к тыльной стороне 9 полости 1, Ьольше, чем скос торца у фронтальной стороны 8.

Устройство работает следукяцим обратом.

Приводится во вращение мешалка. Под действием лопастей 1 жидкость всасывается через кольцевые отверстия 5 конических дисков 4 и выбрасывается на периферию через зазор между дисками 4. В межлопастных каналах за счет напора и центробежных сил формируются радиальные потоки жидкости, приобретающие кинетическую энергию

0г центра к периферии. У наружных кромок газовой камеры происходит срыв потоков, омывающих диски камеры 2.

01места срыва потоков до их слияния распространена область пониженного давления - газовый факел, клиновидный в продольном сечении устройства. Факел ограничен по Сюкам пограничным слоем раздела фаз: газ - жидкость.

В зону факела поступает воздух из наджидкостного пространства через камеру 2 и кольцевое отверстие 3. Вследствие того,что радиальная составляющая скорости потоков vr (вектор, перпендикулярный кромкам газо5

0

5

0

5

0

5

передней кромки 11 вдоль поверхности коллектора b по значениям угла 0 в зависимости от переменной s,

Коллекторы b имеют также сплошную боковую щель 12 вдоль продольной оси коллектора на наружной, периферийной его поверхности.

Торцы коллекторов b открыты, т.е. не заглушены и скошены к периферии, причем угол скоса /5 торца коллектора, примыкающего к тыльной стороне 9 полости 1, Ьольше, чем скос торца у фронтальной стороны 8.

Устройство работает следукяцим обратом.

Приводится во вращение мешалка. Под действием лопастей 1 жидкость всасывается через кольцевые отверстия 5 конических дисков 4 и выбрасывается на периферию через зазор между дисками 4. В межлопастных каналах за счет напора и центробежных сил формируются радиальные потоки жидкости, приобретающие кинетическую энергию

0г центра к периферии. У наружных кромок газовой камеры происходит срыв потоков, омывающих диски камеры 2.

01места срыва потоков до их слияния распространена область пониженного давления - газовый факел, клиновидный в продольном сечении устройства. Факел ограничен по Сюкам пограничным слоем раздела фаз: газ - жидкость.

В зону факела поступает воздух из наджидкостного пространства через камеру 2 и кольцевое отверстие 3. Вследствие того,что радиальная составляющая скорости потоков vr (вектор, перпендикулярный кромкам газоподводящих дисков и определяющий степень эжекции из полости камеры 2) различна вдоль окружности межлопастного канала, вблизи тыльной стороны 9 лопасти 1, где скорость v уменьшена из-за боковых тангенциальных потоков, происходит быстрое смыкание потоков и факел укорочен. И наоборот у фронтальной, атакующей стороны 8 лопасти, вектор скорости v,, максимален, здесь в продольном сечении высота клина увеличена и угол при вершине клиновидной зоны является острым.

В факельной зоне помещены тороидальные трубчатые коллекторы 6, развернутые в горизонтальной плоскости относительно окружности устройства, благодаря чему тело их по всему периметру равномерно омывается пограничным слоем жидкости на стенках факела.

Однако пограничный слой, образующий стенки факела, весьма газонасыщен, так как на пути от края газовой камеры с момента срыва до встречи с коллектором, пограничный слой вбирает в себя определенные порции газа. Газожидкостная смесь не обладает достаточной энергией для эжекции газа, здесь предпочтительнее монолитный поток. Поэтому отверстия 7 на рабочей поверхности коллектора 6, омываемой жидкостью, имеют загнутую внутрь переднюю кромку 10, которая образует собой площадку для транспортирования неактивного газосодержащего слоя внутрь коллектора.

Под действием центробежных сил происходит отторжение пузырьков газа от сплошной среды; по мере сепарации и накопления жидкость стекает к боковой щели 12 и, поскольку щель сплошная, без помех со стороны перегородок, жидкость беспрепятственно вытекает наружу, увлекая при этом некоторое количество газа из полости коллектора.

После удаления газонасыщенного слоя, поток становится в достаточной степени активным, способен лучше эжектировать газ. Задняя кромка 11 выполнена так, что ее местоположение учитывает смещение оси трубы коллектора b от края газовой камеры 2 по периметру межлопастного канала. Как в верхней части коллектора, так и в нижней, при условии того, что кол0

5

0

5

лектор установлен на уровне отверстия посреди зазора между дисками камеры 2, задние (рабочие) кромки 11 отвер стий 7 в коллекторе в любой точке окружности межлопастного канала оказываются в месте касания стенок клиновидной зоны о коллектор, т.е. кромка 11 на всем периметре встречает поток жидкости в точках сопряжения поверхности раздела фаз с телом коллектора. Это наиболее выгодное расположение кромок коллектора, так как в противном случае кромки 11 сказываются либо впереди, либо сзади линии касания: и то и другое для эжекции плохо.

В первом случае кромка 11 как бы зарыта в слой жидкости, тогда жидкость затопит коллектор, приведет его в негодное состояние. Во втором случае задняя кромка 11 или окажется ниже соседней с ней передней Ю, что неприемлемо для работы узла сепарации, или, при соблюдении уровней кромок 10 и 11, ширина щели становится неоправданно большой.

Открытые и скошенные к периферии торцы коллектора также участвуют в эжекции газа и коэффициент эжекции Qp . гЛе Qr количество эжекти- руемого газа, Q.- насосная производительность мешалки, увеличится без снижения расхода жидкости за счет дополнительного периметра обтекания на торцах коллектора. Поскольку у тыльной стороны 9 лопастей 11 радиальные потоки испытывают сильное влияние тангенциальных потоков, имеющих место в относительном вращении жидкости, и суммарная составляющая скорости отклонена от радиуса, то угол скоса 0 здесь больше, чем у торца коллектора вблизи атакующей 5 стороны 8 лопастей.

Повернутое положение коллекторов относительно окружности устройства, соответствующее эпюре скоростей потоков в межлопастных каналах, выполнение отверстий для эжекции газа, также торцов коллекторов в соответствующем изобретению виду, повышает эжек- тирующую способность без дополнительных энергозатрат и снижения насосного эффекта мешалки.

В результате этого на 10-12% увеличивается удельный расход вводимого аэратором газа в жидкость, и процесс взаимодействия фаз интенсифицируется.

0

5

0

0

5

Формула изобретения

1. Устройство для перемешивания и аэрации, включающее радиальные лопасти, установленные на газовой камере с кольцевым отверстием для выхода газа, закрытые коническими дисками с центральными отверстиями для входа жидкости, трубчатые коллекторы, изогнутые тороидально вокруг камеры, сообщенные с ней и имеющее отверстия для эжекции гата в виде продольных щелей с параллельными передней и задней от центра кромками, коллекторы размещены между лопастями на уровне отверстия в камере, отличающееся тем, что, с целью повышения эжектирующей способности устройства, коллекторы развернуты в горизонтальной плоскости, причем торец коллектора со стороны фронта лопасти удален от газовой камеры, а со стороны тыла приближен, щелевые

0

отверстия вверху и внизу коллектора имеют загнутую внутрь переднюю кромку, при этом местоположение задней кромки вдоль поверхности коллектора определяется формулой

. 2s+(sinod + 1) -d cos 06 ---:----7-,

- еЗ+Дз (s+d) где об - угол отклонения передней

кромки от вертикальной оси в поперечном сечении трубы коллектора;

s - расстояние от камеры; d - диаметр коллекторов; е - высота кольцевого отверстия, а на боковой наружной стороне коллектора щель выполнена сплошной по всей длине трубы.

2. Устройство по п., о т л и - чающееся тем, что торцы коллекторов открыты и скошены к периферии.

Изобретение относится к перемешивающим устройствам эжекторного типа - турбоаэраторам и может использоваться в газожидкостных аппаратах химической и других отраслей промышленности. Цель изобретения - повышение эжектирующей способности устройства. Устройство состоит из лопастей 1, закрепленных на газовой камере 2, имеющей кольцевое отверс- тие 3, конических днищ 4 с центральным отверстием 5, трубчатых коллекторов 6 с щелевыми отверстиями 7. Лопасти 1 имеют фронтальные и тыльные стороны, а отверстия 7 имеют параллельные кромки, одна из которых загнута внутрь коллектора, а местоположение другой определяется по Фор- муле cosoi 2s+()d/ e2+4s(s+d), где - угол отклонения передней кромки от вертикальной оси; s - расстояние от камеры; d - диаметр трубы коллектора; е - высота кольцевого отверстия. Жидкость под действием лопастей 1 всасывается через отверстие 5 дисков 4 и выбрасывается через зазор между ними. В факельной зоне помещены коллекторы 6, омываемые жидкостью, подаваемой из отверг- стий 7. Под действием центробежных сил происходит отторжение пузырьков газа от сплошной среды, при этом по мере сепарации и накопления жидкость стекает к боковой щели.12. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (/

9 1

8

/7

Фа

кел

ЛФиг.3

Фиг. t

..-.