Перемешивающее устройство Советский патент 1982 года по МПК B01F5/16 

I

Изобретение относится к устройст вам турбинного типа для перемешивания и может быть использовано для перемешивания жидких сред в реакционных аппаратах химической, биохимической, микробиологической .промышленности.

Известны устройства для перемешивания жидких сред турбинного типа, . в которых для интенсификации процесса мешалка снабжена дополнительными лопастями, установленными по обе стороны разделительного диска 113 LW - .

Однако эти устройства не позволяют эффективно проводить процесс смешения вследствие того, что циркуляционные потоки, создаваемые верхним и нижним перемешивающим устройством, недостаточно интенсивно перемешиваются друг с другом, что снижает скорость процесса массопередачи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является перемешивающее устройство, состоящее из вала с укрепленным на нем разделительным диском, верхних и нижних лопастей, расположенных на нем, покровных дисков, лежащих на лопастях и имеющих смещенные один относительного другого выступы 51.

Однако это устройство не обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание жидких компонентов в реакционном объеме, имеет низкие массообменные характеристики вследствие того, что потоки жидкости верхнего и нижнего циркуляционных контуров, создаваемые при работе устройства, взаимодействуют между собой лишь в плоскости перемешивающего устройства, а так как градиент абсолютной скорости потоков в этой зоне равен нулю, взаимное перемешивание этих циркуляционных потоков незначительно. Радиальные выступы покровных дисков незначительно изменяют потен39циальное течение сходящих ,с дисков потоков, сообщая лишь части потока, истекающего из межпластиых каналов, осевую составляющую-скорости„ Целью изобретения является увеличение эффективности перемешивания и интенсификация массообмена путем контактирования потоков в высокоградиентном поле сдвигающих усилий и перераспределения жидкости в циркуляционных контурах. Поставленная цель достигается тем, что в перемешивающем устройстве, содержащем вал, закрепленный не нем разделительный диск с верхним и нижними радиальными лопастями, рас положенными на его торцовых поверхностях, верхний и нижний покровные диски, лежащие на лопастях и выполненные с выступами, смещенными один относительно другого, верхние и нижние лопасти выполнены загнутыми в противоположных направлениях и накло нены под углом OL, равным 30-65 к разделительному диску, а выступы пок ровных дисков выполнены с профилированными отбортованными краями. На фиг. 1 изображено перемешивающее устройство, общий видi на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1 (вид и размещение верхних лопастей и выступов на нижнем диске, а верхний покровный диск-условно не показан), на фиг-З разрез Б-Б на фиг. 1 (вид и размещение нижних лопастей и выступов на верхнем диске, нижний покровный диск условно не показан); на фиг. k - раз рез В-В на фиг. 2. Устройство состоит из корпуса 1 аппарата, вала 2, на котором жестко закреплен разделительный диск 3. На разделительном диске 3 закреплены верхние лопасти Ц, загнутые вперед по ходу вращения, и нижние лопасти 5 загнутые назад. Верхние и нижние лопасти и 5 наклонены к разделительному диску. 3 под углом ас, равным 30 65. На верхних лопастях 4 расположен верхний покровный диск 6, на ниж них лопастях 5 нижний покровный диск 7. Bepxни 1 и нижний диски имеют выступы 8, выполненные с профилированными отбортованными краями. Высту пы 8 смещены в верхнем 6 и нижнем 7 покровных дисках на полшага. На корпусе 1 закреплены верхний 9 и нижний 10 коллекторы для подвода реакционных компонентов. 9 Устройство работает следующим образом. Исходные реакционные компоненты через подводящие коллекторы 9 и 10 и реакционная смесь через кольцевое пространство между покровными дисками 6 и 7 и коллекторами 9 и 10 поступают в межлопастное пространство перемешивающего устройства. При вращении перемешивающего устройства лопасти и S, взаимодействуя с жидкостью, сообщают ей кинетическую, энергию. Таким образом, из межлопастных каналов между разделительным диском 3 и верхним покровным 6 и разделительным диском 3 и нижним покровным 7 диском происходит высокоскоростное истечение компонентов. Полная скорость истекающих из межлопастных каналов потоков С и С0 равна векторной сумме окружной U и относительной W скорости. U+ С2 U + Wi. Вследствие того, что верхние лопасти загнуты вперед,а нижние лопасти 5 назад, векторы С и 2 полных скоростей жидкости, истекающей из верхнего и нижнего межлопастного пространства, образуют между собой угол j -- Jb2-Jb (фиг. 2 и 3). Углы и J52. В СВОЮ очередь определяются профилем лопастей, т.е. углом атаки лопастей Р и j. Например, углы J)-) и jb2 , определенные из параллелограммов скоростей при известных С , Cj W/1 Vi по формулам V иЧ (t - 2UaC/iCosjb4 , Wj - 2U CiCOsp2 при ijо , имеют значения 1 0 , r следовательно j- 72 . При контактировании двух потоков жидкости градиент изменения их скороети определяется по формуле , dC grad С s-m j . В отличие от известного, , в предлагаемом устройстве , вследствие чего на выходе из межлопастных каналов наблюдается контактирование потоков с высокими градиентами скоростей, что приводит к интенсивной турбулизации потоков. При перемешивании ньютоновских жидкостей возникающие при этом касательные напряжения определяются формулойt yU- grad С, где }Л - коэффициент динамической вязкости. В условиях интенсивной турбулиза ции коэффициент массоотдачи(Ьсвязан с касательными напряжениями зави симостью Ч- коэффициент, равный 1-2, Р - плотность среды, V - средняя скорость потоков. Следовательно, вследствие того, что при работе предлагаемого устройства увеличиваются касательные напря жения в жидкой фазе, повышается коэффициент массоотдачи и скорость мае сопереноса в целом. Так как верхние и нижние лопасти наклонены к диску под углом oL , рав ным 30-65 (фиг. А),то потоки истекают из межлопастных каналов закрученными относительно оси межлопаст ных каналов в противоположные стороны, что способствует вовлечению в процесс перемешивания и массопередачи всех слоев жидкости. При .углах наклона лопастей меньших 35 значительно увеличиваются гидравлические потери в межлопастных каналах, что снижает эффективность работы устройства, при углах наклона больших б5° существенно уменьшается окружная составляющая скоррсти вращательного движения жидкости относител но оси каналов. Полностью перемешенная гомогенная среда с высокой скоростью обтекает профилированные отбортованные выступы 8 верхнего 6 и нижнего 7 покровных дисков, которые сообщают ей осевую составляющую. Таким образом происходит перераспределение жидкости из верхнего циркуляционного контура в нижний и наоборот, что способству ет интенсификации процесса перемеши вания в реакторе ликвидации байпасных линий, уменьшению степени сегретации компонентов и повышению качества получаемого продукта. Предлагаемое устройство позволяет значительно увеличить скорость массопередачи жидких компонентов и-интенсифицировать таким путем реакционные процессы. Ожидаемый экономический эффект за счет интенсификации процессов перемешивания и массопередачи и увеличения нагрузки по жидкости на реактор нитрования составляет 10 тыс.р. в год в расчете на один реактор. Формула изобретения Перемешивающее устройство, содержащее вал, закрепленный на нам разделительный диск с верхними и нижними радиальными лопастями, расположенными на его торцовых поверхностях, верхний и нижний покровные диски, лежащие на лопастях и выполненные с выступами, смещенными один относительно другого, отличающееся тем, что, с целью увеличения эффективности перемешивания и обеспечения интенсификации массообмена путем контактирования потоков в еысокоградиентном поле сдвигающих усилий и перераспределения жидкости в циркуляционных контурах, верхние и нижние лопасти выполнены загнутыми в противоположных направлениях и наклонены под углом ос, равным 30-65°, к разделительному диску, а выступы покровных дисков выполнены с профилированным отбортованными краями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л.,1975. с. 2.Авторское свидетельство СССР № 526377, кл. В 01 F 5/16, 197. 3.Авторское свидетельство СССР № 6ii8249, кл. В 01 F 5/16, 197. 4.Патент ФРГ № 1275511. кл. 12 е i|/01, 1969. 5.Авторское свидетельство СССР If , кл. в 01 F 5/16, 1971.

б-В