Смеситель барботажного типа Советский патент 1991 года по МПК B01F7/26 

Изобретение относится к технике смешивания жидкостей в емкостях с помощью сжатого воздуха и может найти применение в химической, пищевой, строительной и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение эффективности перемешивания, упрощение конструкции и снижение энергоемкости.

На фиг.1 изображен смеситель барбо- тажного типа, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг. 1 ; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 - схема силового воздействия газового пузырька на лопасть перемешивающего элемента; на фиг.7 - узел I на фиг.2,

Смеситель барботажного типа включает в себя корпус 1 с крышкой 2, загрузочным 3 и разгрузочным 4 патрубками и дыхательным патрубком 5 выпуска газовой фазы. По

оси корпуса 1 установлены неподвижный барботер 6 выполненный в виде полой трубы, соединенный с источником сжатого воздуха (не показан) и с возможностью свободного вращения перемешивающих элементов, каждый из которых выполнен в виде турбины-ротора, содержащего наклонно (под углом а) расположенные к его продольной оси лоткообразные лопатки 7 (с отогнутыми продольными закраинами в сторону днища корпуса), укрепленные на ступице 8 свободно с гарантированным зазором 9 (фиг.5} охватывающей барботер 6, причем наклон лопастей 7 в каждом по следующем (снизу вверх) роторе выполнен в противоположную сторону по отношению к предыдущему

В верхней части (поясе) ротор прикреплен (на сварке) к выполненному в форме полого тора поплавку-понтону 10, снабжен О

о о ел

ю

ному регулировочным вентилем 11 (для установки роторов в погруженное положение путем частичного заполнения полостей поплавков жидкостью).

На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 смесителя в зоне, соответствующей расположению перемешивающих элементов-роторов, укреплены ради- ально расположенные с зигзагообразной рабочей кромкой перфорированные перегородки-ребра 12 (фиг.7). На нижнем свободном конце неподвижного барботера 6 (фиг.З, 4) укреплена форсунка, содержащая скрепленные соединительными элементами 13 полый насадок 14 и расположенный перед ним дисковый экран 15, образующие в совокупности кольцевой зазор 16 в форме аэродинамического сопла Лаваля, плавно переходящего по ходу движения газопотока в известную в технике испытания материалов на кавитационный износ камеру Шрете- ра - высокоэффективный источник кавитации, и характеризующуюся направляющими порожками-уступами 17 и 18, выполненными соответственно на высадке 14 и экране 15, расположенными последовательно и навстречу один другому.

В элементах форсунки-насадки 14 и экране 15 выполнены наклонно расположен-, ные к продольной оси кольцевого зазора (сопла) 16 в сторону движения газопотока сквозные каналы 19 и 20. соединяющие высокоскоростную (узкую) зону сопла с полостью корпуса смесителя. Над форсункой расположена укрепленная посредством ребер 21 направляющая обечайка 22, выполненная в форме усеченного конуса и охватывающего барботер 6, а на наружной поверхности последнего укреплены опорные кольца 23 для базирования роторов при опорожнении корпуса 1 смесителя.

Смеситель барботажного типа работает следующим образом.

Жидкие компоненты смеси при закрытом разгрузочном патрубке 4 подаются через загрузочный патрубок 3 и заполняют корпус 1 смесителя до контрольного уровня, при этом поплавки-понтоны 10 с роторами, до этого базирующимися своими ступицами 8 на опорных кольцах 23, укрепленных на барботере 6, всплывают, т.е., отделяясь (зазор 24, фиг.5) от упоров 23, оказываются в свободном погруженном в жидкость плавучем состоянии.

Далее, через барботер 6 подается сжатый воздух, поступающий в форсунку, в ее кольцевую полость 16, которая, будучи выполненной в форме сопла Лаваля, как известно из аэродинамики, обеспечивает в узкой зоне его разгон газопотока до сверхзвуковой скорости, в которой (в соответствии с уравнением Бернулли) создается низкое давление (разрежение), эжектирующее в эту зону сопла через каналы 19 и 20 из

придонной части емкости-корпуса 1 смесителя жидкую фазу, обеспечивая определенную циркуляцию (ток) придонной наиболее плотной и склонной к гравитационной сепарации части жидкой фазы (фиг.З) через ука0 занные перфорации-каналы в форсунке.

Перемещаясь по соплу 16, вовлеченная в него жидкая фаза интенсивно перемешивается с высокоскоростным воздушным потоком, дифференцируя его на отдельные

5 мелкие газовые пузырьки. Концевая - финишная (по ходу потока) часть сопла 16, выполненная в форме двухпорожистой камеры Шретера - высокоэффективного источника кавитации, обеспечивает при огибании вов0 леченной жидкой фазой порожков-уступов 17 и 18 образование кавитационных пузырьков в ней, как в высокоскоростной разряженной за порожками-уступами зоне. Указанные кавитационные пузырьки обра5 зуются из газа, растворенного в перемешиваемых жидких компонентах.

Таким образом, из сопловой кольцевой полости 16 форсунки с большой скоростью, обеспечиваемой соплом Лаваля, внедряет0 ся в придонно расположенную жидкую фазу множество воздушных и кавитационных газовых пузырьков (а также вовлеченная в сопло жидкость), первые из которых поднимаются вверх, а последние - кавита5 ционные, образовавшись в высокоскоростной (разреженной) зоне финишной части, сопла 16, попадая (внедряясь) из сопла форсунки в жидкую низкоскоростную среду с высоким давлением, схлопываются (кол0 лапе), генерируя энергию, идущую на возбуждение - перемешивание склонной к гравитационной сепарации придонно расположенной жидкой фазы повышенной плотности (удельного веса). Этим обеспечи5 вается повышенный пузырьковый напор - повышается плотность газосодержания в жидкости. Перемешивание обеспечивает и вовлеченная через каналы 19 и 20 сопла 16 жидкость, так как она разгоняется в нем до

0 критической скорости и, обладая большой кинетической энергией, внедряется из сопла в перемешиваемую жидкую фазу, прошивая ее в радиальном направлении по всему поперечному сечению придонной ча5 сти корпуса 1.

Плотно расположенные мельчайшие воздушные пузырьки, всплывая вверх, перемешивают - барботируют жидкость и одно- временнно в большей части направляются обечайкой 22 в зону расположения лопаток

7перемешивающих элементов-роторов. Подъемная сила Р пузырьков (фиг.6), воздействуя на наклонно расположенные лот- кообразные плоскости лопаток 7 (исключающие преждевременный радиальный сход с них пузырьков), обеспечивает окружную силовую составляющую Q, вращающую самоцентрирующийся относительно барботера 6 ротор в соответствующем направлении. Причем, при сходе с лопаток 7 нижнего ротора и устремляясь вверх, пузырьки улавливаются лопатками вышерасположенного ротора, вращая его в противоположном направлении по отношению к нижерасположенному. В зоне стыка - контакта разнонаправленных слоев жидкости наблюдается повышенный градиент (перепад) скорости вращения ее и, как следствие - интенсивный вертикальный массо- обмен (перемешивание) жидкости. Следует отметить, что, наряду с обеспечением механического перемешивания (вращением роторов), воздушные пузырьки выполняют одновременно (перемещаясь вверх) и функцию барботажного перемешивания жидкости.

Периферийно расположенные в емкости 1 участки увлекаемой роторами во вращательное движение жидкости, встречаясь с перфорированными зигзагообразными ребрами-перегородками 12, претерпевают гидродинамические изменения, что проявляется в образовании различных по размерам воронкообразных вихрей в межреберном пространстве (обусловлено различной высотой зигзагообразных участков ребер), а при прямом прохождении локальных масс жидкости через отверстия перфорации наблюдается пространственное огибание закраин отверстий жидкостью с образованием вихрей в форме тора. Взаимодействие различных по форме, скорости, энерго- и массосодержанию вихрей в межреберном пространстве формирует турбулентный стохастический процесс перемешивания, более эффективный в отличие от традиционных принудительно односторонне направленных струй. И еще одно - тормозной эффект ребер 12, оказывающий влияние на вращаемые роторами периферийные слои жидкости (особенно вязкотекучей), способствует вертикальному дрейфу их, т.е. активному перемешиванию.

8этом случае действие ребер аналогично продольным выступам на корпусе-гильзе шнековых пластифицирующих экструдеров, термопластаппаратов, шприц-машин...

В процессе перемешивания отработанная воздушная пузырьковая среда удаляется в атмосферу через патрубок 5. По

окончании рабочего процесса перекрывают подачу сжатого воздуха в бэрботер 6 смесителя, открывают задвижку (вентиль) разгрузочного придонного патрубка 4 для выдачи 5 готового жидкого продукта-гидросмеси потребителю. По мере опорожнения емкости 1 смесителя перемешивающие элементы ротора плавно опускаются на соответствующие кольцевые опоры 23, установленные на

0 барботере б.

Таким образом, используя в смесителе в качестве рабочей среды только сжатый воздух, в отличие от традиционного типового бэрботирования,обеспечивается высоко5 плотный мелкодисперсный пузырьковый напор (поток), механическое разнонаправленное перемешивание путем вращения поплавковых роторов, использующих подъемную силу (напор) воздушных пузырь0 ков, и кавитационное возбуждение придон- но расположенных наиболее плотных слоев жидких компонентов, обеспечивается развитая поверхность газожидкостного контакта в совокупности с высокоскоростным

5 газо-гидродинамическим воздействием выходящего с большой скоростью из сопла газожидкостного потока, пронизывающего смешиваемую жидкость в радиальном направлении. Конструктивные особенности

0 смесителя повышают эффективность перемешивания и степень использования сжатого воздуха (увеличивает КПД смесителя), исключают необходимость наличия в смесителе энергоемкого, сложного в изготовле5 нии и эксплуатационном отношении электромеханического привода и не менее сложной магистрали двухсторонней подачи сжатого воздуха (снижаются расходы на содержание обслуживающего персонала).

0Предлагаемый смеситель может быть

реализован для перемешивания систем газ - жидкость, жидкость -- жидкость типа суспензий, эмульсий, пульп в химической, пищевой и других отраслях промышленно5 сти.

Формула изобретения 1. Смеситель барботажного типа, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, соосно которому расположен соединенный

0 с источником сжатого воздуха барбортер с форсунками, установленные по оси корпуса перемешивающие элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности перемешивания, упроще5 ния конструкции и снижения энергоемкости, он снабжен поплавками, а каждый из перемешивающих элементов выполнен в . виде укрепленного на поплавке и свободно охватывающего барботер ротора с лопастями, наклонно расположенными к оси корпуса перфорированными зигзагообразными ребрами, расположенными радиально на внутренней поверхности корпуса, полым насадком, установленным на нижнем конце барботера и расположенным под ним экраном, а кольцевой зазор между насадком и экраном имеет форму сопла Лаваля, плавно переходящего по ходу движения газового потока в форму двухпорожистой камеры

2

Шретера, и соединен выполненными в них наклонно расположенными сквозными каналами с полостью корпуса.

2. Смеситель по п. 1,отличэющий- с я тем, что сквозные каналы в насадке и экране наклонены в сторону движения газового потока, а наклон лопастей соседних роторов выполнен взаимно противоположным.

Изобретение относится к технике смешивания жидкостей в емкостях с помощью сжатого воздуха и может найти применение в химической, пищевой, строительной и других отраслях народного хозяйства, а также позволяет повысить эффективность перемешивания, упростить конструкцию и снизить энергоемкость. Смесь барботажного типа содержит цилиндрический корпус с патрубками наливным, сливным и дыхательным, расположенным по его оси барботером, соединенным с источником сжатого воздуха, и перемешивающие элементы, выполненные в виде свободно охватывающих барботер поплавковых роторов с наклонно расположенными лопатками и на конце барботера с перфорированной форсункой, кольцевая полость которой имеет форму сопла Лаваля плавно переходящего по ходу движения воздушного потока в двухпорожистую камеру Шретера, известную в испытательной технике, как высокоэффективный источник кавитации. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Фиг. 1

15

I

Фиг. 2 Б-Б

Фиг.З

9 9

(.

Н№

1Л

п

fSSS/SSSS/,

2«

ш

20

/J

Фиг. 6