СМЕСИТЕЛЬ Советский патент 1997 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к перемешиванию и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

В качестве прототипа выбран смеситель, который содержит корпус с установленными навстречу друг другу патрубками подачи компонентов, снабженными соплами, и патрубок вывода смеси. Каждый патрубок подачи компонента снабжен последовательно установленными конфузором, лопатками с противоположным направлением вращения лопастей и кольцевым коллектором, а патрубок вывода смеси выполнен в виде диффузора.

В указанном смесителе происходит соударение струй в бескавитационном режиме. Каверна, образующаяся за лопастями, установленными в патрубках, имеет конечную длину и не достигает сопел. После поворота потоков происходит обычное соударение струй. Энергия смешения в этом случае низка при высоких энергозатратах.

Целью изобретения является интенсификация процесса смешения.

Это достигается тем, что смеситель, содержащий проточные камеры, внутри которых размещены кавитаторы и выходные патрубки, направленные навстречу друг другу, снабжен дополнительной проточной камерой с двумя входными отверстиями и с установленными в ней дополнительными кавитаторами, при этом входные отверстия проточной камеры размещены напротив выходных отверстий патрубков, а выходное отверстие проточной камеры расположено между дополнительными кавитаторами, снабженными приводами осевого перемещения, при этом расстояние между кавитаторами равно 1 40 диаметрам внутренней части проточной камеры.

Другое отличие состоит в том, что каждый дополнительный кавитатор снабжен дополнительной проточной камерой, выполненной в виде сопла, при этом каждое сопло снабжено приводом осевого перемещения.

Снабжение смесителя дополнительной проточной камерой с размещенными в ней дополнительными кавитаторами позволяет интенсифицировать процесс смешения за счет взаимодействия каверн и кумулятивных струек, образованных за встречно направленными кавитаторами. При взаимодействии встречно направленных каверн резко увеличивается размытость хвостовых частей каверн и их мидель, соударение кавитационных пузырьков приводит к их дроблению и росту общего количества кавитационных пузырьков. Перемещая дополнительные кавитаторы, управляют расстоянием между ядрами встречных каверн и собственно зоной их взаимодействия и, в конечном итоге, интенсивностью перемешивания.

Снабжение дополнительных кавитаторов дополнительными проточными камерами, выполненными в виде сопла, причем с возможностью продольного перемещения относительно кавитаторов позволяет управлять условиями роста и схлопывания кавитационных пузырьков и размерами каверны.

Совместное перемещение сопел и дополнительных кавитаторов обеспечивает плавное и точное совмещение хвостовых частей каверн, что интенсифицирует процесс смешения.

На чертеже изображен смеситель в разрезе.

Смеситель содержит проточные камеры 1 и 2, которые своими выходными патрубками установлены в дополнительной проточной камере 3 с выходным отверстием, в котором размещен выходной патрубок 4. Проточная камера 1 снабжена последовательно установленными конфузором 5, кольцевым коллектором 6 и кавитатором 7, закрепленным на ступице 8. Ступица 8 установлена в проточной камере при помощи кронштейна 9. Проточная камера 2 снабжена последовательно установленными конфузором 10, кольцевым коллектором 11 и кавитатором 12, закрепленным на ступице 13. Ступица 13 установлена в проточной камере при помощи кронштейнов 14. Соосно выходным патрубкам проточных камер установлены дополнительные кавитаторы 15 и 16, каждый из которых снаружи охвачен дополнительной проточной камерой соответственно 17 и 18, выполненной в виде сопла, например сопла Лаваля. Кавитатор 15 размещен на оси 19, которая подвижно закреплена направляющей 20 в проточной камере 17 и соединена с приводом 21 продольного перемещения. Проточная камера 17 соединена с приводом 22 продольного перемещения.

Кавитатор 16 размещен на оси 23, которая подвижно закреплена направляющей 24 в проточной камере 18 и соединена с приводом 25 продольного перемещения. Проточная камера 18 соединена с приводом 26 продольного перемещения. Сальниковые уплотнения 27 и 28 обеспечивают уплотнение проточных камер 17 и 18. В дополнительной проточной камере 3 установлен шумомер 29, выход которого соединен с приводами 21 и 25 продольного перемещения кавитаторов.

Смеситель работает следующим образом. Смешиваемые материалы подают в конфузоры 5, 10 и в кольцевые коллекторы 6, 11. При обтекании смешиваемым материалом кавитаторов 7 и 12 скорость потока за ними за счет сужения проходного сечения и закручивание потока возрастает, а давление понижается. При достижении величины давления насыщенных паров жидкость за кавитаторами вскипает с образованием каверн, при схлопывании которых образуются поля микростуй со скоростями порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями в сотни атмосфер. Смесь материалов, истекающая из выходных патрубков проточных камер 1 и 2, обтекает дополнительные кавитаторы 15 и 16, где скорость потока увеличивается, а давление снижается до величины давления насыщенных паров. За кавитаторами 15 и 16 образуются каверны и будучи встречно направленными и в противоположные стороны закрученными, взаимодействуют своими хвостовыми частями. При взаимном проникновении каверн происходит взаимодействие кумулятивных микроструй, образующихся при схлопывании кавитационных пузырьков с образованием высокочастотной пульсации каверн порядка 100 120 Гц.

Наложение на кавитационно-кумулятивное воздействие гидравлических ударов, происходящих при пульсации каверн, позволяет существенно повысить интенсивность процесса перемешивания.

Для достижения наивысшей интенсивности необходимо наложение хвостовых частей каверн, что достигается взаимным перемещением кавитаторов 7 и 12 с помощью приводов 21 и 25 путем изменения расстояния между кавитаторами в диапазоне 1 40 диаметров внутренней части проточной камеры.

С помощью приводов 22 и 26 осуществляется взаимное перемещение проточных камер 17 и 18, что позволяет управлять размерами и интенсивностью каждой каверны.

Предлагаемое изобретение позволяет в 3 3,5 раза интенсифицировать процесс смешения за счет встречного взаимодействия хвостовых частей каверн.

Изобретение рекомендуется для смещения жидкостей с вязкостью до 2500 сСт.

Использование: перемешивание жидкостей гидродинамическим кавитационным полем. Сущность изобретения: смеситель снабжен дополнительной проточной камерой с установленными в ней дополнительными кавитаторами. Выходные отверстия проточной камеры расположены между дополнительными кавитаторами. Кавитаторы снабжены приводами осевого перемещения. Расстояние между кавитаторами равно 1 - 40 диаметрам внутренней части проточной камеры. Дополнительный кавитатор снабжен дополнительной проточной камерой, выполненной в виде сопла, снабженного приводом осевого перемещения. 1 ил.

1. Смеситель, содержащий проточные камеры, внутри которых размещены кавитаторы и выходные патрубки, направленные навстречу друг другу, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса смешения, он снабжен дополнительной проточной камерой с двумя входными отверстиями и с установленными в ней дополнительными кавитаторами, при этом входные отверстия проточной камеры размещены напротив выходных отверстий патрубков, а выходные отверстия проточной камеры расположены между дополнительными кавитаторами, снабженными приводами осевого перемещения, при этом расстояние между кавитаторами равно 1 40 диаметрам внутренней части проточной камеры. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что каждый дополнительный кавитатор снабжен дополнительной проточной камерой, выполненной в виде сопла, при этом каждое сопло снабжено приводом осевого перемещения.