УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СМЕСИТЕЛЬ
ULTRASOUND MIXER

Изобретение относится к областям техники, использующей процессы смешивания жидких и порошкообразных веществ, обладающих текучестью, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности, при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.
Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ №2085271, 6 МПК B01F 5/00, 1997 г., содержащее пустотелую цилиндрическую камеру, одно из оснований которой имеет патрубок для вывода смеси, и присоединенные к камере два входных патрубка для подачи связующего, из которых один установлен тангенциально к камере, а второй - по оси камеры в другом, верхнем основании. Внутри входного патрубка, расположенного по оси камеры, установлен завихритель, выходное отверстие патрубка, расположенного по оси камеры, находится на уровне расположения входного патрубка, установленного тангенциально к камере. Камера снабжена дополнительным патрубком для подачи в нее пенообразователя и приспособлением для дробления пенообразователя на капли. Установка завихрителя внутри патрубка, расположенного по оси камеры, позволяет закрутить струю связующего в сторону, противоположную потоку связующего, подаваемого по патрубку, расположенному тангенциально к камере. При соударении потоки связующего вращаются в разные стороны, резко турбулизируются, что обеспечивает эффективное смешение.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2085271 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при смешивании высоковязких компонентов.
Известен «Ультразвуковой диспергатор» по патенту РФ №2304459, 6 МПК B01F 11/02, 2006 г., принятый в качестве ближайшего аналога, содержащий рабочую камеру, имеющую на одной или нескольких своих гранях ультразвуковые преобразователи, и перфорированную вставку, при этом в полости рабочей камеры имеется съемная перегородка с перфорациями, расположенными в локальных областях максимальной интенсивности ультразвуковых колебаний обрабатываемой жидкости, проходящей через рабочую камеру и перфорации.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2304459 является то, что обрабатываемая жидкость имеет низкую однородность, так как интенсивное ультразвуковое воздействие на обрабатываемую жидкость происходит не во всем объеме жидкости, а в месте перфораций съемной перегородки.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что ультразвуковой смеситель содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру, с осью симметрии смесительной камеры совпадает ось симметрии патрубка, расположенного сверху смесительной камеры, в патрубке выполнены по крайней мере два канала для подачи смешиваемых компонентов, снизу смесительной камеры расположена выводная труба, ось выводной трубы перпендикулярна оси симметрии смесительной камеры, при этом равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, внизу смесительной камеры, ниже выводной трубы, расположен по крайне мере один ультразвуковой преобразователь, излучающая поверхность которого перпендикулярна оси симметрии смесительной камеры, в стенке смесительной камеры над выводной трубой выполнены отверстия для отвода рабочего газа.
Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2304459 тем, что равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, внизу смесительной камеры, ниже выводной трубы, расположен по крайне мере один ультразвуковой преобразователь, излучающая поверхность которого перпендикулярна оси симметрии смесительной камеры, в стенке смесительной камеры над выводной трубой выполнены отверстия для отвода рабочего газа.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.
На чертеже представлен ультразвуковой смеситель.
Ультразвуковой смеситель содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру 1, с осью 2 симметрии смесительной камеры 1 совпадает ось 3 симметрии патрубка 4, расположенного сверху смесительной камеры 1, в патрубке 4 выполнены по крайней мере два канала 5 для подачи смешиваемых компонентов, снизу смесительной камеры 1 расположена выводная труба 6, ось 7 выводной трубы 6 перпендикулярна оси 2 симметрии смесительной камеры 1, при этом равномерно по окружности относительно оси 2 симметрии смесительной камеры 1 расположены объединенные коллектором 8 и охватывающие патрубок 4 сопла 9 для подачи рабочего газа, внизу смесительной камеры 1, ниже выводной трубы 6, расположен ультразвуковой преобразователь 10, излучающая поверхность 11 которого перпендикулярна оси 2 симметрии смесительной камеры 1, в стенке 12 смесительной камеры 1 над выводной трубой 6 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа.
В состав ультразвукового смесителя входит патрубок 14 для подачи рабочего газа в коллектор 8, который установлен на смесительную камеру 1 через герметизирующую прокладку 15 с помощью крепежных элементов 16.
Ультразвуковой смеситель работает следующим образом. Смешиваемые компоненты подают самотеком или под давлением через каналы 5 в патрубке 4. Рабочий газ подают под давлением к соплам 9 через патрубок 14 и коллектор 8. Распределяясь в коллекторе 8, рабочий газ истекает из сопел 9 в виде системы газодинамических струй. Струи компонентов смешиваемых веществ, выходящие из соответствующих каналов 5, попадают в систему газодинамических струй рабочего газа, где они подвергаются аэродинамическому воздействию, приводящему к распаду струй смешиваемых компонентов на капли (частицы). Применение в соплах 9 конических сопловых трактов и трактов в форме сопла Лаваля позволяет получить сверхзвуковой режим истечения рабочего газа. При сверхзвуковом режиме истечения рабочего газа образуется факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Капли распыляемых компонентов, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности готовой смеси. При многоструйной подаче рабочего газа, то есть при применении нескольких сопел 9, количество скачков уплотнения увеличивается, степень диспергации и гомогенизации капель резко возрастает. Образованное облако капель, движется внутри газодинамического «транспортера», состоящего из отдельных газодинамических струй. По мере падения скорости газодинамических струй имеет место их смыкание в единый кольцевой поток с размывающимся пограничным контуром, что приводит к турбулизации внутреннего потока и гомогенизации диспергированных компонентов. В результате постадийного процесса дробления, распыления, турбулизации и гомогенизации в факеле распыления формируется облако капель с равномерным распределением компонентов по его объему. Частицы компонентов напыляются на излучающую поверхность 11 ультразвукового преобразователя 10 и при взаимодействии друг с другом жидких или порошкообразных частиц образуют смесь, обладающую текучестью. Под действием ультразвуковых колебаний, возбуждаемых ультразвуковым преобразователем 10, в формируемой смеси происходит интенсивное перемещение и дробление частиц компонентов, то есть идет процесс перемешивания и гомогенизации компонентов смеси. В процессе смешивания и гомогенизации формируемой смеси под действием ультразвукового преобразователя 10 значительно повышается ее однородность. Доведенная до определенной степени однородности смесь выводится из смесительной камеры 1 через выводную трубу 6. Следующая порция частиц напыляется на излучающую поверхность 11 ультразвукового преобразователя 10 и таким образом, обеспечивается непрерывное формирование смеси. В стенке 12 смесительной камеры 1 над выводной трубой 6 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа.
Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.