Перемешивающее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ(19 (Н) 3(59 В 01 ( 5/1 О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 Р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ(54)(57) ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, спиральные лопатки снабжены верхней и нижней перегородками в виде дисков, при этом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса, а нижняя выполнена с центральнымверстием и установлена на расстояи от стенки.1 111578Изобретение относится к смесителям с вращающимся перемешивающим устройством в неподвижных резервуарах и может быть использовано в химической промьппленности для проведения процессов растворения, эмульгирования су.пендирования, а также осуществления различных тепловых и массообменных процессов.Известен аппарат, представляющий собой вертикальный цилиндр с эллиптической крышкой и днищем, внутри которого расположена циркуляционная труба (диффузор). Внутри диффузора размещается мешалка, создающая значительные осевые потоки, благодаря кЬторым жидкость проходит сначала внутри диффузора, а затем в кольцевом пространстве между диффузором и корпусом сосуда. Интенсивность перемешивания в этом случае значительная. 1.Недостатком этого аппарата является то, что он применяется только для высокоскоростных пропеллерных (винтовых) мешалок. Из-за большой скорости вращения пропеллерной мешалки, имеющей малый вылет вала Ыдля предотвращения его деформации), она располагается в верхней части аппарата. В результате сосуд работает эффективно при сравнительно не больших объемах Ыдо 7 м) . При увеличении как диаметра, так и высоты аппарата интенсивность перемешивания35 уменьшается.Известно также перемешивающее устройство, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого40 по периметру размещены спиральные направляющие лопатки 2. Спиральные лопатки способствуют устранению воронки. Однако в известном смесителе жидкость, начав движе ние вдоль лопатки с периферии к центру, может сойти с этой траектории и не дойти до центральной (приосевой) зоны. Объясняется это тем, что жидкостная струя движется по пути наи1меньшего сопротивления. Кроме того, увеличение числа оборотов вращения мешалки все-таки может привести к образованию жидкостной вороки. При наличии всплывающих лопаток это явление возникает при несколько больших числах оборотов мешалки и в случае большой величины степени заполнения аппарата Ы Ч = 0,99) приводит к переливу жидкости.Цель изобретения - интенсификацияпроцесса перемешивания,Поставленная цель достигается тем,что в перемешивающем устройстве, содержащем вертикальный цилиндрическийкорпус с крышкой и днищем, в верхнейчасти которого по периметру размещены спиральные направляющие лопатки,последние снабжены верхней и нижнейперегородками в виде дисков, приэтом верхняя перегородка прикреплена к стенке корпуса, а нижняя выполнена с центральным отверстием и установлена на расстоянии от стенки.В предлагаемой конструкции жидкость набегает на лопатки в основномвследствие насосного эффекта мешалкии преобразования скоростного напора,набегающего на верхнюю перегородкупотока, в статическое давление, из-завозрастания которого (особенно приувеличении числа оборотов мешалки)жидкость перемещается из кольцевойпериферийной зоны в приосевую частьсосуда, формируясь в центральномотверстии нижней перегородки, проходит на большую глубину жидкости,находящейся:в сосуде.На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез, общий вид на фиг, 2 -кривые изменения электропроводностижидкости в нижней части сосуда взависимости от времени перемешивания,Сосуд состоит из цилиндра 1 с днищем 2 и крышкой 3, имеющими эллиптическую форму. Днище 2 приварное, а крышка 3 крепится к корпусу 1 при помощи фланцев 4. Сосуд имеет рубашку 5, служащую для нагрева или охлаждения содержимого сосуда. Между фланцами 4 с помощью плоского диска 6 закреплена перегородка 7, под которой с помощью стержней 8 крепится перегородка 9. Обе перегородки выполнены в виде усеченных конусов. Между нижней перегородкой 9 и стенкой корпуса 1 имеется кольцевой зазор 10 для прохода жидкости. Центральное отверстие 11 в нижней перегородке 9 служит для схода жидкости от периферии к приосевой зоне потока.Между перегородками 7 и 9 установлены спиральные направляющие лопатки 12. Для заполнения и опорожнения сосуда служат патрубки 13 и 14 соот 3 11157 ветственно. Патрубки 15 и 16 служат для подачи в рубашку 5 и выхода из нее теплоносителя. Внутри корпуса 1 размещен вал 17 с закрепленной на нем мешалкой 18.5Движение жидкости с одновременным перемешиванием ее происходит по следующей схеме.Мешалка 18 перемешивает жидкость в сосуде. За счет увеличения давления, развиваемого в потоке вращающейся жидкости на периферии сосуда и под действием силы тяжести (используется перелив жидкости с верхнего уровня на более низкий), происходит переброс жидкости с периферии к приосевой зоне потока через кольцевой зазор 10 вдоль направляющих лопаток 12 между перегородками 7 и 9. При этом слои жидкости интенсивно перемешивают-, ся, а после входа вращающегося объема жидкости в приасевую зону сосуда происходит быстрое продвижение его под влиянием центробежных сил, возникающих в быстровращающемся потоке, В сосуде развивается устойчивая циркуляция с центра на периферию, с периферии через перелив снова на центр, характеризуемая большими значениями вращательных и осевых скоростей на30 периферии и вращательных, осевых и радиальных скоростей в приосевой зоне и приводящая к тому, что жидкость у стенок не застаивается, что интенсифицирует протекание различных тепломассообменных процессов35Движение жидкости происходит в условиях ярко выраженной нестационарности. В этих условиях разделения жидкостей по удельным весам не происходит, поскольку весь объем сосуда является активным. В виду наличия перегородок и направляющих лопаток жидкостная воронка не образуется, вследствие чего значительно расширяется верхняя граница для применяемых скоростей вращения мешалки, что также позволяет интенсифицировать различные технологические процессы, проводящиеся в аппарате.Предлагаемая конструкция сосуда позволяет интенсифицировать процесс еремешивания при степенях заполнения аппарата 0,98-0,99, особенно в еакторах большого объема и в реакторах с соотношением высоты к диамет ру более 1,5 со значительным уменьшением энергетических затрат на перемешивание.В 89 4В результате снятия кривых изменения электропроводнасти жидкости при нанесении возмущения на объект был проведен сравнительный анализ предложенного и известного устройств,В таблице приведены условия проведения опытов па измерению электропроводности жидкости.Из хода кривых видно, чта после нанесения возмущения на объект (добавление электропроводящей жидкости) изменение электропроводности жидкости в известном устройстве (кривые 1- 4) происходит с несколько размытым пиком при вершине, а не с ярка выраженным, как в предлагаемом устройстве - пунктирная кривая 5. Зто подтверждает отличие в качественной характеристике движения, жидкости в рассматриваемых. устройствах. В предлагаемом устройстве нисходящий поток . является более высокоразвитым и доходит почти до дна сосуда (т.е. к месту установки перемешивающего органа). Напротив, в известном устройстве нисходящий поток является более слабым. На последующих участках кривых 1-4 происходит плавное нарастание величины электропроводности жидкости во времени. Выход на значение электропроводности, соответствующее новому установившемуся состоянию (точки А, А и т.д. для соответствующих кривых) зависит от условий перемешивания жидкости в смесителе. При большой степени заполнения= 0,99 и числе оборотов мешалки, равному 230 об/мин, время гомогениэации равно 32,5 с, т.е. известный смеситель является интенсивным.При степени заполнения У= 0,7 и том же числе оборотов мешалки величина аналогичного времени оказывается равной 119 с. Здесь сказывается, очевидно, тот факт, что при малой степени заполнения увеличивается жидкостная воронка и центральная часть лопаток оказывается вообще не смоченной жидкостью, т.е. на процесс перемешивания не влияет.Все эти данные получены при одной и той же мощности привода мешалки, равной 30 Вт.При одних и тех же мощностях привода мешалки и степени заполнения Ч = 0,99 установка спиральных лопаток поперек оси сосуда в его верхней части способствует ускорению процесса перемешивания (время гомогенизацииСоставитель Н.Федоровадактор С,Лисина Техред Л,Коцюбняк Коррект Зимокосов 810/7 Тир .ВНИИПИ Государственнпо делам изобретен 113035, Москва, Ж57 ПодписноССР аказ митетаткрытийская на го ко и д. 4/5 пиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 равно 32, с), однако не столь интенсивно, как в устройстве с дополнительными перегЬродками, поскольку время гомогенизации в этом случае равно 20 с. Отношение укаэанных времен равно 1,б, что довольно существенно.При увеличении мощности привода мешалки до 100 Вт (т.е. в 3,3 раза) в известном устройстве со степенью заполнения Ч = 0,99 время гомогенизации равно 25 с, Дальнейшее увеличение мощности привода мешалки с целью достижения времени гомогенизации 20 с (в предлагаемом устройстве) ни к чему не приводит, так как жидкость начинает переливаться из устройства.При снижении степени заполнения до величины = 0,7 и той же увеличенной мощности 100 Вт время гомогенизации равно 30 с, При этом наблюдается жидкостная воронка, и центральная часть лопаток оказываетсяне смоченной водой.5 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет добиться конечного эффекта (обеспечение гомогенностисреды) в течение более короткоговремени, а именно в 1,7 раз быстрее,т.е. характеризуется более высокойинтенсивностью перемешивания.Поскольку затраты энергии, вводимой в леремешиваемую среду в предлагаемом устройстве по сравнению сизвестным при достижении одного итого же конечного результата (времени перемешивания около 20 с) значительно меньше (примерно в 3,3 раза),то предлагаемое устройство являетсяи более эффективным.