Пленочный статический смеситель быстровзаимодействующих жидкостей Советский патент 1992 года по МПК B01F3/08 B01F5/18 

Изобретение относится к технике смешивания быстровзаимодействующих жидкостей и может быть использовано в химической и смежных с ней отраслях промышленности, в частности в промышленности получения клея животного происхождения и желатины.

Известен смеситель, содержащий два щелевидных сопла, расположенных друг к другу под прямым углом.

Недостатком известного смесителя при работе с быстровзаимодействующими жидкостями является возможное зарастание поверхностей сопел продуктами взаимодействия при напорном движении и переменных нагрузках смешиваемых жидкостей, естественным образом снижающее надежность и эффективность работы устройства.

Известна смесительная воронка, выполненная в виде двух трапецеидальных (в разрезе) деталей, расположенных на расстоянии одна от другой с образованием кольцевого пространства, причем верхний

торец кольцевого пространства между деталями закрыт, горловина внутренней детали герметично связана с нижним торцом внешней детали, а последняя в верхней зоне имеет тангенциальный ввод жидкости.

Смешение жидкостей в известном устройстве происходит на внутренней поверхности внешней детали в месте слияния пленки одной жидкости и потока второй и происходит при совместном течении до выхода смеси из устройства. Такая конструкция является ненадежной и малоэффективной при смешивании быстро- взаимодействующих жидкостей вследствие возможного зарастания смесительной поверхности продуктами реакции.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является смеситель для проведения реакций в жидких средах, содержащий коаксиально установленные полые камеры с тангенциальными патрубками для ввода реагентов., причем нижняя часть полых камер снабжена поикоепленными к ней насадками, внешний из которых имеет форму половины поверхности вращения.

Недостатком известного смесителя является независимое взаимное расположение насадков полых камер, что не позволяет с достаточной достоверностью гарантировать смешение жидкостей вне пленкообразующих поверхностей, а, следовательно, избежать слияния фаз у нижнего торца внутреннего насадка, что приведет к образованию продуктов реакции либо на торцевой поверхности указанного насадка либо в непосредственной близости от нее, что, в свою очередь, приведет к зарастанию внешней поверхности внутреннего насадка и в конечном итоге создаст невозможным выход жидкой фазы из внешней камеры при работе с быстровзаимодействующими жидкостями, предполагающими мгновенное образование твердых продуктов реакции.

Усугубляющим обстоятельством, негативно влияющим на надежность и эффективность известного устройства, является его пуск и остановка, при которых одна из жидкостей или обе вместе не получают необходимой энергии закрутки либо эта энергия чрезмерно велика и происходит -преждевременный срыв или разрушение пленок. В этом случае неизбежно слияние жидкостей именно на торцевой поверхности внутреннего насадка.

Кроме того, в известном устройстве исключается обеспечение равномерного распределения взаимодействующих фаз или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки, что

естественно снижает эффективность использования одного или обоих компонентов, так как уменьшается вероятность контакта непрореагировавшей части жидкости с промежуточными продуктами частично провзаимодействовавших фаз, а, в соответствии с этим, снижается и эффективность устройства в целом.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы смесителя.

Поставленная цель достигается пленочным статическим смесителем быстровзаи- модейстэующих жидкостей, содержащим

коаксиально установленные полые камеры с тангенциальными патрубками для ввода реагентов, пленкообразующие насадки, прикрепленные к нижней части полых камер, в котором, согласно изобретению,

внешняя камера снабжена изнутри установленной коаксиально с кольцевым зазором защитной оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию, насадки внешней и внутренней ка- мер выполнены соответственно в виде

цилиндра и прямого усеченного конуса, или в виде обратною и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра, или в виде прямых усеченных конусов, или в виде обратных усеченных конусое.

Целесообразно угол между образующими насадков внешней и внутренней камер иметь в пределах от 15° до 45°, отношение диаметров торцов насадков внутренней и

внешней камер - не более 0,5, а расстояние отточки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей - не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры.

Целесообразно также тангенциальные патрубки для ввода реагентов выполнить одного и/или противоположного направления.

Снабжение внешней камеры изнутри установленной коаксиально с кольцевым зазором защитной оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию, при любых нагрузках по фазам по время пуска и остановки устройства, при любых нештатных ситуациях обеспечивает вывод фаз из смесителя без их реакционного взаимодействия на поверхности одного из насадков, что является важным

условием при смешении быстровзаимодей- ствующих жидкостей, предполагающих мгновенное образование твердых продуктов реакции.

Выполнение условия, когда отношение диаметров торцов насадков внутренней и внешней камер составляет не более 0,5 и условия соответствия расстояния от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры в совокупности обеспечивает допустимо минимальную длину до слияния движущихся в пространстве пленок при отношении равном 0,5 и отличную от минимальной длину пленок при допустимом отношении менее 0,5. В случае увеличения отношения более 0,5 предельная минимальная длина пленок еще более уменьшится, что может привести к смешению фаз в непосредственной близости от торцевой поверхности насадков и, в свою очередь, привести к зарастанию пленкообразующих поверхностей и нарушить пленочный режим истечения жидкостей.

Максимально возможное расстояние от торцев обоих насадков до точки пространственного взаимодействия жидкостных пленок обеспечивает совокупность условия нахождения угла между образующими насадков внешней и внутренней камер в пределах от 15° до 45° и условия соответствия расстояния от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры.

Превышение значения данного углового предела влечет к увеличению горизонтальной составляющей скорости, что может привести к разбрызгиванию смешиваемых фаз при их слиянии, а также к возможности преждевременного срыва пленок с поверхностей пленкообразователей при малых расходах фаз.

Снижение значения данного углового предела влечет к необоснованному запредельному увеличению длины траекторий пленок, что может привести при малых расходах фаз к распаду жидкостных пленок преждевременно еще до момента их слияния.

В зависимости от функциональных особенностей аппаратов, в которых реализуется описываемый смеситель, тангенциальные патрубки для ввода реагентов могут быть выполнены одного и/или противоположного направления.

При одном направлении тангенциальных патрубков смешанные потоки жидкостей будут иметь тангенциальную составляющую движения, в связи с чем весь поток жидкости в аппарате становится закрученным и это приводит к окончательному смешению частично непрореагировавших фаз и равномерному распределению их или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки.

При противоположном направлении

тангенциальных патрубков, когда направление закрутки одной жидкости противоположно направлению закрутки другой, при слиянии пленок смесь жидкостей

0 турбулизируется, что приводит к интенсивному смешению и кольцевому распределе- нию взаимодействующих фаз или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки.

5 Выполнение на одном устройстве тангенциальных патрубков ввода реагентов как одного так и противоположного направления обеспечивает варьирование режимами распределения взаимодействующих фаз

0 или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки.

На фиг.1 показан предлагаемый смеси- те ль с насадками внешней и внутренней камер, выполненными соответственно в виде

5 цилиндра и прямого усеченного конуса, продольный разрез. На фиг.2,3,4,5 показаны нижние части полых камер, продольный разрез, с насадками внешней и внутренней камер соответственно: в виде обратного и

0 прямого усеченных конусов, в виде обратного усеченного конуса и цилиндра, в виде прямых усеченных конусов, в виде обратных усеченных конусов.

На фиг.6 и 7 показано выполнение тан5 генциальных патрубков ввода реагента в одном направлении и противоположном, соответственно.

На фиг.8 показано выполнение тангенциальных патрубков ввода реагентов одно0 го и противоположного направления.

Смеситель содержит две коаксиально установленные полые камеры: внешнюю 1 и внутреннюю 2 с тангенциальными патрубками 3 и 4 ввода реагентов соответственно

5 во внешнюю 1 и внутреннюю 2 камеры. К нижней части внешней камеры прикреплен насадок 5, а к нижней части внутренней камеры 2 прикреплен насадок 6. Внешняя камера 1 снабжена изнутри установленной

0 коаксиально с кольцевым зазором 7 защитной оболочкой 8 длиной, равной длине внешней камеры 1 и повторяющей ее конфигурацию. Насадки 5 и б геометрически взаимно направлены и соответственно вы5 полнены в виде цилиндра и прямого усеченного конуса (фиг.1), в виде обратного и прямого усеченных конусов (фиг.2), в виде обратного усеченного конуса и цилиндра (фиг.З), в виде прямых усеченных конусов

(фиг.4), в виде обратных усеченных конусов (фиг.5).

Отношение диаметров торцов внутреннего насадка б и внешнего насадка 5 состав- ляет не более 0,5. Угол / между образующими насадков 5 и 6 внешней 1 и внутренней 2 камер находится в пределах от 15 до 45°, а расстояние от точки пересечения образующих насадков 5 и б до их торцевых поверхностей составляет не более диаметра торца насадка 5 внешней камеры 1 и не менее диаметра торца насадка б внутренней камеры 2,

Направление тангенциальных патрубков 3 и 4 ввода реагентов выполнено одина- ковым (фиг.6,8) и/или противоположным (фиг.7,8).

Пленочный статический смеситель быс- тровзаимодействующих жидкостей работает следующим образом.

Смешиваемые быстровзаимодействую- щие жидкости вводятся через тангенциальные патрубки 3 и 4 ввода реагентов в полые камеры внешнюю 1 и внутреннюю 2 соответственно. Под действием кинетической энергии жидкости в камерах 1 и 2 создаются тангенциально закрученные пленки, стекающие по внутренней поверхности полых камер 1 и 2 под действием сил тяжести в их нижнюю часть, причем жидкость, стекаю- щая ЁО внешней камере 1, движется в огра- ничеином кольцевом зазоре 7, образованном внутренней поверхностью внешней камеры 1 и внешней поверхностью установленной коаксиально изнутри защит- ной оболочки 8, длиной, равной длине внешней камеры 1 и повторяющей ее конфигурацию. Достигнув прикрепленных к нижней части полых камер 1 и 2 геометрически взаимно направленных насадков б и 5, отношение диаметров торцоев которых составляет не более 0,5, пленки взаимодействующих жидкостей приобретают на насадках 5 и б форму взаимно направленных круговых поверхностей, имеющих угол / между образующими в пределах от 15° до 45°, а расстояние от точки пересечения образующих насадков 5 и 6 до их торцевых поверхностей составляет не более диаметра торца насадка 5 внешней камеры 1 и не менее диаметра торца насадка 6 внутрен- -ней камеры 2. Таким образом круговые пленки обеих жидкостей сливаются, смешиваются и вступают в реакцию при пересечении их в свободном пространстве, образуя при этом продукты взаимодействия, мягко распределяемые в инерционно закрученном объеме последующей обработки при одинаковом направлении тангенциальных

патрубков 3 и 4 ввода реагентов или подверженные жесткому кольцевому распределению в стационарном реакционном объеме последующей обработки при противоположном направлении тангенциальных патрубков 3 и 4 ввода реагентов. Второй случай рекомендуется применять при значении угла /3 между образующими насадков 5 и 6 внешней 1 и внутренней 2 камер, близком к нижнему его пределу.

При смешении жидкостей с различными плотностями, жидкость с большей плотностью целесообразно подавать во внешнюю камеру 1.

В зависимости от объема реакционной зоны последующей обработки и суммарных расходов жидкостей можно реализовать получаемый размер образованного кольца слияния от большего к меньшему, при прочих равных условиях, соответственно после- довательно использовав конструкции, показанные на фиг.4,1,2,3,5.

Таким образом, предлагаемый смеситель позволяет повысить надежность его работы за счет исключения зарастания поверхностей смесителя продуктами реакции при смешении быстровзаимодействую- щих жидкостей, что как и распределение взаимодействующих фаз или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки повышает эффективность работы смесителя в целом.

Смеситель прост в изготовлении и обслуживании и рекомендуется к использованию на стадии экстракции коллагенсодержаа1их веществ в процессе извлечения из них целевых продуктов при производстве клея животного происхождения и желатины.

Формула изобретения

1 .Пленочный статический смеситель бы- стровзаимодействующих жидкостей, содержащий коаксиально установленные полые камеры с тангенциальными патрубками для ввода реагентов, пленкообразующие насадки, прикрепленные к нижней части полых камер, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности в работе смесителя, внешняя камера снабжена изнутри установленной коаксиально с кольцевым зазором защитной оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию, насадки внешней и внутренней камер выполнены соответственно в виде цилиндра и прямого усеченного конуса или в виде обратного и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра, или в вида прямых усеченных конусов, или в виде обратных усеченных конусов.

2.Смеситель поп 1,отличающий- с я тем, что угол между образующими насадков внешней и внутренней камер находится в пределах 15-45°, отношение диаметров торцов насадков внутренней и внешней камер составляет не более 0,5, а расстояние от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей

составляет не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца наездка внутренней камеры.

3 Смеситель поп 1,отличающий- с я тем, что тангенциальные патрубки для ввода реагентов выполнены одного и/или противоположного направления

Смеситель быстровзаимодействующих жидкостей. Сущность изобретения: смеситель содержит коаксиально установленные с тангенциальными патрубками для ввода реагентов полые камеры, к нижней части которых прикреплены насадки: внешний и внутренний, выполненные соответственно в виде прямых конусов или в виде цилиндра и прямого усеченного конуса или в виде обратного и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра или в виде обратного усеченного конусов. Отношение диаметров торцов внутреннего и внешнего насадков составляет не более 0,5, угол между образующими насадков находится в пределах от 15° до 45°, а расстояние от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей составляет не более половины диаметра внешнего насадка и не более диаметра внутреннего часадка. Внешняя камера снабжена установленной коаксиально с кольцевым зазором и прикрепленной к ее верхнему торцу внутренней оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию. В зависимости от функциональных особенностей аппаратов, в которых реализуется смеситель, тангенциальные патрубки ввода реагентов могут иметь одинаковое или взаимно противоположное направление или одновременно на одном устройстве и одинаковое и взаимно противоположное направление. 2 з.п.ф-лы, Вил. (Л С Ч ON W

Фиг.1

Ч/l Vsjt

Фиг. 2

Фиг.З

Фиг.6

9ua 8

ФИГ. 7

4