Кавитационный смеситель

(19) (11) В 01 Р 5 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССпо делАм изОБРетений и ОтнРыт К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Кировский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРУ 618528, кл, В 01 Р 5/06, 1970,(57) Изобретение относится к устройствам для перемешивания и позволяетснизить энергозатраФы, а также повысить качество готового продукта. Смеситель выполнен в виде цилиндрического корпуса 1, в котором рядами размещены обтекатели в форме усеченныхконусов, закрепленных большими основаниями по периметру корпуса иправленных радиально. При этом площадь свободного сечения и); в каждомпоследующем ряду д увеличивается по закону и 3 = ц до 5 где и - пло ф 1даль свободного сечения в первом ряду. При этом в первом ряду отношение расстояния между средними поперечными сечениями обтекателей а к среднему диаметру обтекателя д.равно 0,4-0,6, во втором ряду - 0,8- 1,2, в последующем ряду - 0,9-1,2. Данные интервалы выбраны из условия создания в потоке кавитации максимальной интенсивности зарядами обтекателей и минимальных затрат мощности на смесеобразование. Кроме того, во втором ряду следует устанавливать обтекатели с рифленой поверхностью, а в последнем ряду - обтекатели с поперечным сечением эллиптической формы, имеющие возможность поворота вокруг своих осей, Высота обтекателей равна их среднему диаметру, расстояние между рядами обтекателей равно 10-150, . 2 з.п. ф-лы, 2 ил. наСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ1 1287Изобретение относится к устройствам для перемешивания и может бытьиспользовано в химической, пищевой,машиностроительной и других отрасляхпромышленности.Цель изобретения - снижение энергозатрат и повышение качества готового продукта.На фиг. 1 изображен смеситель,разрез; на фиг. 2 - разрез А-А нафиг. 1,Смеситель содержит цилиндрическийкорпус 1 с отверстием 2 для подводакомпонентов и отверстием 3 для отвода среды, обтекатели 4 - 6, размещенные в корпусе рядами перпендикулярноего продольной оси.Обтекатели выполнены в форме усеченных конусов, размещенных в каждомряДУ радиально, и закрепленных большими основаниями по периметру корпуса во втулке 7, а меньшими основаниями - по периметру центрального обтекателя 8. Такое выполнение и расположение обтекателей необходимо, чтобыполучить между ними щели для проходажидкости по форме, близкой к прямоугольной, с сохранением по высоте щели примерно одинакового оптимальногоотношения расстояния между среднимипоперечными сечениями обтекателей ксреднему диаметру обтекателя Йа/о р, Этопозволяет создавать зоныкавитации высокой интенсивности повсей высоте за щелями и обтекателями.и равномерно подвергать обрабатываемый поток кавитационному воздействию,что в конечном итоге приводит к увеличению степени диспергирования иуменьшению удельных энергозатрат насмесеобразование,При этом площадь свободного сечения ц 3 в каждом рядупо ходу пото,0,557ка увеличивается по закону сд,= ц,где ц 3, - площадь свободного сеченияв первом ряду,Если свободное сечение последующих рядов не увеличивать, то кавитация будет создаваться только за последним рядом обтекателей из-за того,что последующие ряды, создавая большое противодавление, будут уничтожать кавитацию за предыдущими рядами.Закон изменения (увеличения) площадей свободных сечений последующихрядов обтекателей бып установлен экспериментальным путем при различныхколичествах обтекателей ряда. Для 928 гдиаметров О,., =10 мм давление передпервым рядом обтекателей изменялосьдо 0,8 ИПа. Площади свободных сечений д. рядов определялись как 5. Йи) =О)- Ы п=-(Р-Й ) - о ин 4 кгде Р - диаметр окружности втулки 7;д - диаметр окружности центрального обтекателя 8;ц- площадь проекции обтекателяна плоскость, перпендикулярную скорости потока;и - число обтекателей в ряду.Были определены оптимальные площади свободных сечений рядов обтекателей и отношения площадей свободныхсечений последующих рядов к площадисвободного сечения первого ряда. Например, при трехрядной системе обтекателей ю 1, /и, =1,46-1,48; д /о 5=1,801,85; й /оз =1,22-1,27.На основании обработки опытныхданных отношений площадей свободныхсечений последующих рядовсд; к площади сжатого сечения первого рядаметодом наименьших квадратов былполучен закон увеличения площадейсвободных сечений последующих рядовв виде30,0,5 Уи 1; =сд,1При этом выдерживаются оптималь"ные величины отношения расстояния между обтекателями в среднем их поперечном сечении к среднему диаметРу обтекателя Й, в первом ряду а/Й, равно 0,4-0,6; во второму ряду 0,8- 1,2; в последнем ряду 0,9-1,2. Кроме того, обтекатели 5 во второму ря ду имеют рифленую поверхность, а впоследнем ряду обтекатели 6 выполнены с поперечным сечением эллиптической формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей.45 Высота обтекателей равна их среднему диаметру, а расстояние между рядами обтекателей равно 10-156,р.Интервалы отношения а/Й, выбраныиз условия создания в потоке кавитации максимальной интенсивности за рядами обтекателей и минимальных затрат мощности на смесеобразование,Во втором и последующих рядах необходимо устанавливать обтекатели с рифленой поверхностью с ай =0,8-1,2, так как они создают меньшее противодавление. Это позволяет создавать и сохранять за первым рядом кавитацию высокой интенсивности.з 12879Кроме того, обтекатели с рифленойповерхностью при отношении а/Й,равном 0,8-1,2; создают в потоке кавитации большой интенсивности при малых затратах энергии, и интенсивность кавитации за вторым рядом обтекателей не ниже чем за первым рядом, несмотря на некоторое понижение скорости потока из-за увеличения сечения. 10Высота обтекателя Ь оказываетвлияние на форму отрывающихся каверн.При Ь/д, =1,0 каверны имеют болееправильную, близкую к сферическойформу и при "хлопывании отдают потоку большую энергию.Таким образом, минимум удельныхэнергозатрат получается при высотеобтекателей, равной их среднему диаметру ЬЙ =1,0. 20Указанный интервал отношения расстояния между рядами к среднему диаметру обтекателя обусловлен следующим.На интенсивность кавитации влияетнестационарность процесса кавитации.При увеличении длины зоны кавитацииуменьшается нестационарность процесса образования и захлопывания кавитационных каверн, т.е, уменьшается 30интенсивность кавитации. Как показывают наши исследования, при длинахзоны кавитации больше 10 диаметровобтекателя интенсивность кавитациипрактически равна нулю, Поэтому во З 5избежание увеличения размеров смесителя расстояния между рядами обтекателей не следует брать больше 10-15их средних диаметров.В последнем ряду обтекатели выпол иены с поперечным сечением эллиптвческой формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей.Обтекатели фиксируются в определенном положении с помощью гаек 9, поджимающих герметирующие прокладки 10.Такое выполнение дает возможностьрегулирования длины зоны кавитации,изменяя величину свободного сеченияв ряду. 50Кавитационный смеситель работаетследующим образом,В корпус 1 под давлением подаютсясмешиваемые компоненты. При обтекании обтекателей 4 со скоростью выше 55критической создается первая зона кавитации, при обтекании обтекателей 5 вторая эона кавитации и при обтекании обтекателей 6 - третья зона кавитации. Таким образом, весь поток обрабатываемой жидкости подвергается многократно интенсивному кавитационному воздействию.При кавитации в микрообъемах жидкости происходит схлопывание каверн, в результате чего возникают местные ударные давления до 10 ИПа, кумулятивные микроструйки со скоростью 250- 300 м/с, дробящие каверны на части, которые оказывают перемешивающее, диспергирующее действие на обрабатываемую среду, и, таким образом, создаются условия для более тонкого и качественного перемешивания - дробления частиц смеси. Для возникновения и поддержания необходимых длин зоны кавитации за каждым рядом возбудителей площади свободчого сечения между обтекателями от ряда к ряду должны увеличиваться, Кроме того, третий ряд обтекателей регулирует длину зоны кавитации за первым и вторым путем поворота их на угол 0 - 90. При этом свободное сечение этого ряда изменяется, например, от минимального до максимального значения, а противодавление за 1-м и 2-м рядом - от максимального до минимального значения, что ведет к изменению длины зоны кавитации от минимального до максимального значения.Затраты мощности потока, определяемой как произведение давления на расход жидкрсти на создание высокоинтенсивной кавитации в данном устройстве, минимальны, Следовательно, удельные энергетические затраты на смешение потока - получение эмульсии будут также минимальными. Кроме того, существенно повышается степень диспергирования, т.е. качество продукта.изобретенияформула1. Кавитационный смеситель, содержащий цилиндрический корпус с отверстиями для подвода компонентов и отвода среды, обтекатели, размещенные в корпусе рядами перпендикулярно его продольной оси, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения качества готового продукта, обтекатели выполнены в форме усеченных конусов, раэ" мещенных в каждом ряду радиально и закрепленных большими основаниями по периметру корпуса, при этом площадь свободного сечения м 3; в каждом ряду д по ходу потока увеличиваетсяСоставитель Н.федороваРедактор В.Данко Техред Л.Олейник Корректор Е.Рашко Заказ 7749/9 Тираж 587 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Пр;гктная, 4 1287 по закону ц 3. = сд,. Р, где ад, - площадь свободного сечения в первом ряду.2. Смеситель по и. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что в первомряду отношение расстояния между обтекателями в среднем их поперечном сечении к среднему диаметру обтекателя й р равно 0,4-0,6, во втором ряду 0,8 - 1,2, в последнем ряду 0,9 - 1,2, при этом обтекатели во 1 928 6втором ряду имеют рифленую поверхность, а в последнем ряду обтекатели выполнены с поперечным сечением эллиптической формы и установлены с возможностью поворота вокруг своих осей.3, Смеситель по пп. 1 и 2, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что высота обтекателей равна их среднему диамет- Ю ру и расстояние между рядами обтекателей равно 10 - 156