Перемешивающее устройство Советский патент 1991 года по МПК B01F5/00 B01F5/16 

Изобретение относится к устройствам открытого турбинного типа для перемешивания жидких сред, диспергирования в них газа и суспендирования твердых частиц и может быть использовано в химической, пищевой микробиологической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение интенсивности перемешивания,

На фиг. 1 показано перемешивающее устройство, общий вид; на фиг, 2 - разрез А-Анафиг. 1; на фиг. 3-эпюры нормальных к поверхности лопастей скоростей при шести различных углах установки лопастей а относительно радиуса (а 0°, 10°, 20°, 30°, 36,9° - лопасть расположена по касательной к окружности, проходящей через ее внутреннюю кромкул42,5°); на фиг. 4 - график зависимости величины сопротивления лопасти от угла а ее установки относительно радиуса.

Устройство состоит из ступицы 1, на которой укреплен диск 2. На последнем размещены лопасти 3, установленные по касательной к окружности, которая проходит

через их внутренние кромки к их внутреннему диаметру (фиг. 1). Смежные лопасти 3 противоположно смещены в аксиальном направлении на величину 6, равную 0,15-0,3 их высоты h (фиг. 2)

Перемешивающее устройство работает следующим образом

При вращении его лопасти 3 взаимодействуют с жидкостью, турбулизуя ее в зоне мешалки и создавая радиальные, окружные и осевые потоки жидкости в перемешиаае- мом объеме жидкости.

Рассмотрим обтекание жидкостью лопасти при различных углах а. установки ее относительно радиуса и определим ее сопротивление.

В общем виде сопротивление единицы длины пластины при фронтальном обтекании ее жидкостью определяется зависимостью f 0,44 р W nh.

Сопротивление Р лопасти длиной I определяется как

P /f(l)dl 0,(l)2dt, (1)

сл

с

N

СА

О

Qs

сл

гяер- плотность жидкости;

Wn - нормальная к поверхности лопасти скорость жидкости;

I - длина лопасти.

Рассмотрим в качестве примера-работу перемешивающего устройства с различным углом а установки лопасти относительно радиуса.

Геометрические размеры перемешивающего устройства следующие (фиг. 1):

радиус внутренней окружности лопастей 2.- -

0,27 м;

радиус наружной окружности лопастей R у 0,45 м;

частота вращения перемешивающего

устройства об/мин;

высота лопастей ,18 м;

плотность перемешиваемой среды р ЮОО.кг/м3.

Определяем окружную составляющую скорости потоков жидкости, сходящих с перемешивающего устройства (фиг. 3):

V 3,06 м/с,

где К - коэффициент взаимодействия лопасти с жидкостью (,65).

Переносная составляющая скорости жидкости V 0,33 V 1 м/с.

На основании этих данных строим зпю- ры распределения нормальной к фронтальной поверхности лопасти составляющей для случаев, когда угол а установки лопасгл относительно радиуса равен 0°, 10°, 20°, 30°, лопасть касательная к ее внутренней окружности (а 36,9°), 42,5°.

Эпюры построены в масштабе, равном

-- и в масштабе скоростей равном мм

6,66 10

-2 М/С

ММ

. Для каждого перечисленного положения лопастей графическим интегрированием определяем выражение

(I)2 d 1 и находим сопротивление лопао

СТИ Р.

Сопротивление лопасти Р при различных углах «установки ее относительно радиуса и относительное сопротивление лопастей Р/Рсы представлены в табл. 1.

В графическом виде зависимость относительного сопротивления лопастей Р/Рою (отношение сопротивления лопастей при угле установки а к сопротивлению лопастей при а 0) представлена на фиг, 4.

При работе испытывается модель перемешивающего устройства открытого турбинного типа (фиг. 1), состоящего из ступицы 1, диска 2, диаметром dd 0,037 м, на котором укреплены лопасти 3. Лопасти 3 установлены по касательной к их внутреннему диаметру d, d 0,025 м. Внешний диаметр перемешивающего устройства dM 0,065 м. Высота лопастей перемешивающего устройства h 0,012 м. Смежные лопасти перемешивающего устройства смещены друг относительно друга в аксиальном направлении на величину ст.

Испытывают пять моделей перемешивающего устройства указанной конструкции и размеров, отличающихся лишь величиной смещения ст. Результаты приведены в

табл.2.

Испытания проводят в реакторе для гидрогенизации жиров, представляющем собой цилиндрический сосуд диаметром Dp 0,11 ми рабочей емкостью 1 л. В корпусе реактора на приводном валу устанавливаю мешалки с номерами 1-5 (табл. 2). Мешалки установлены на высоте hi 0,04 м от дниша сосуда. Уровень жидкости в реакторе Н 0,11 м. Ниже мешалки установлен

барботер водорода, выполненный в виде трубки с открытым концом. В реакторе установлены четыре отражательные перегородки шириной b 0,1 Dp - 0,011 м. Температура жидкости изменяется термопарой и регулируется с помощью внешнего электронагревательного элемента. Мешалка приводится во вращательное движение с постоянной скоростью 800 об./мин.

Исследования проводят в следующем

порядке. В реактор загружают рафинированное подсолнечное масло в количестве 1 л, добавляют в него 0,25 г мелкодисперсного катализатора ГМ-3, нагревают содержимое реактора до 200°С и подают в барботер водород. Подача водорода в барботер во всех экспериментах одинакова и составляет 1 л/мин.

В реакторе протекает процесс гидрогенизации (насыщение непредельных триглицеридзз водородом), в результате чего происходит изменение физических свойств жидкости (масла), а именно повышается его температура плавления.

Исследования заключаются в определении времени гидрогенизации до достижения точки плавления гидрогенизата 32°С при использовании мешалок с различным смещением лопастей д. Так как скорость процесса гидрогенизации возрастает с увеличением скорости массопереноса водорода из газовой фазы в жидкость, а последняя возрастает с увеличением интенсивности перемешивания, то по скорости гидрогенизации (времени достижения т. пл, гидрогенизата 32°С) можно судить об интенсивности перемешивания, создаваемой той или иной мешалкой.

Результаты исследований по гидрированию.-масел в автоклаве емкостью 1 л с использованием мешалок с различным смещением смежных лопастей 6 представлены в табл. 3.

Таким образом, из приведенных исследований следует, что при смещении смежных лопастей перемешивающего устройства в аксиальном направлении относительно плоскости диска на величину д 0,15-0,3 их высоты, время, требуемое для достижения температуры плавления гидрогенизата, минимально. Это доказывает тот факт, что интенсивность перемешивания испытанной мешалки максимальна при смещении смежных лопастей в аксиальном направлении д (0,15-0,3) h относительно плоскости диска.

При смещении лопастей б 0,15 h соседние лопасти мешалки экранируют одна другую и при этом не происходит поступления жидкости с боковых поверхностей лопасти на фронтальную поверхность следующей за ней по ходу вращения лопасти, что снижает взаимное перемешивание жидкости из верхней и нижней зоны и суммарную

интенсивность перемешивания в аппарате. При смещении лопастей д 0,3 h жидкость в основном циркулирует между лопастями мешалки, а интенсивность циркуляции в верхнем и нижнем циркуляционном

контуре (над и под мешалкой) снижается, что уменьшает интенсивность перемешивания в этих зонах и общую интенсивность перемешивания в аппарате.

Формула изобретения

Перемешивающее устройство, содержащее ступицу, диск с размещенными на нем лопастями, установленными под углом к радиусу, отличающееся тем, что. с целью повышения интенсивности перемешивания, лопасти установлены по касательной к окружности, проходящей через их внутренние кромки, при этом смежные лопасти противоположно смещены в аксиальном направлении относительно плоскости

диска на величину 0,15-0,3 их высоты

Таблица 1

Изобретение относился к устройствам открытого турбинного типа для перемешивания жидких сред, диспергирования в них газа и суспендирования твердых частиц и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности: Цель изобретения - повышение интенсивности перемешивания Устройство содержит ступицу, диск на котором установлены лопасти по касательной к окружности, которая проходит через их внутренние кромки, смежные лопасти противоположно смещены в аксиальном направлении относительно плоскости диска на величину 0,15-0 3 их высоты 4 ил , 3 табл

Таблица 2

Таблица 3

фиг.1

Щиг.2

Ч

w

Ъ--о

1,2

10

0,8 0,6

у

цз

Q

d:3B, 9 (касательно)

U

CCS--J0

d -20a

30

W

45

of, град

Фаг.4