СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель «Статический смеситель» относится к технике перемешивания технологических потоков и может быть использована в химической и пищевой отраслях промышленности, а также в других производствах, где осуществляются процессы перемешивания.
Известен также статический смеситель (см. Patent Application Publication US 2008/0038425 A1, опубл. 02.14.2008), в котором цилиндрический на входе и на выходе смешиваемого потока корпус в средней части один или несколько раз (с интервалом) сужается, что обуславливает поперечное движение перемешиваемых потоков, сопровождающееся образованием множества вихрей, способствующих процессу смешения и образованию однородной смеси без значительных затрат энергии на ее продольное движение.
Недостатком данного статического смесителя является то, что в нем обеспечивается достаточно мелкое диспергирование смешиваемых компонентов и при этом не достигается равномерное распределение смешиваемых компонентов по объему получаемой смеси.
Данный недостаток обусловлен тем, что создаваемое в нем поперечное движение перемешиваемой смеси недостаточно для достижения необходимого механического взаимодействия обрабатываемых сред.
Известен также принятый за прототип статический смеситель (см.патент №118878 RU на полезную модель, МПК B01F 5/00, опубл. 10.08.2012), предназначенный для смешения двух жидкостных или газовых потоков, содержащий трубчатый корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, причем в суженной части установлена турбулизирующая пластина, плоскость которой поворачивается на 90-180° по ходу движения вдоль нее смешиваемых потоков, при этом турбулизирующая пластина выполнена с соотношением L/h=2-5, где L - длина пластины, h - ее ширина, равная диаметру d прохода в суженном сечении, кроме того, заужение цилиндрического корпуса смесителя выполнено при соотношении радиуса загиба R у сужения и диаметра корпуса D, равном R/D=0,2-0,5, а ввод второго из смешиваемых потоков осуществляется через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока или имеющую скос с тыльной стороны.
Недостатком известного принятого за прототип статического смесителя является высокое число побочных продуктов реакции и возникновения градиента концентраций, особенно в начальный момент введения реагентов в поток, а также низкая надежность.
Данный недостаток обусловлен большим диаметром статического смесителя, недостаточной эффективностью смешения реагентов за счет турбулизирующей пластины, имеющей переменный угол фиксации от 90° до 180°, что может привести к непостоянству формирующегося потока и гидродинамической неустойчивости, влияющими на эксплуатационные и технические качества, а также наличием поворотного механического устройства, имеющего ограниченный ресурс использования в жидкой среде.
Задачей заявляемой полезной модели «Статический смеситель» является снижение числа побочных продуктов реакции, а также повышение надежности, эффективности, эксплуатационных и технических качеств.
Техническим результатом заявляемой полезной модели «Статический смеситель» является повышение эффективности, повышение интенсивности смешения реагентов и снижение числа побочных продуктов реакции, повышение эксплуатационных и технических качеств.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном статическом смесителе, содержащем трубчатый цилиндрический корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, согласно полезной модели сужение в средней части трубчатого цилиндрического корпуса выполнено трубчатым, в виде полого цилиндра меньшего диаметра, чем трубчатый цилиндрический корпус с, по меньшей мере, двумя патрубками подачи реагентов в смешиваемый поток, а патрубок отвода смеси представляет собой кавитационную камеру, содержащую турбулизирующий элемент в виде цилиндрического тела, установленного перпендикулярно стенкам патрубка отвода смеси, жестко закрепленного в стенках упомянутого патрубка, имеющего в основании входа трубчатого сужения средней части трубчатого цилиндрического корпуса сложное переменное сечение с внутренним обратным уклоном в виде конуса.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. В отличие от объектов-аналогов и объекта-прототипа выполнение предлагаемой полезной модели «Статический смеситель» в виде трубчатого цилиндрического корпуса с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, и выполнение сужения в средней части трубчатым в виде полого цилиндра с меньшим, чем трубчатый цилиндрический корпус, диаметром, и оснащенного, по меньшей мере, двумя патрубками подачи реагентов в смешиваемый поток, позволяет повысить эксплуатационные и технические возможности заявляемого статического смесителя и решить задачу проблемы смешения потоков, состоящих из ламинарных струй, которые в трубчатом сужении меньшего диаметра начинают перемещаться с большей скоростью. Выполнение конструкции патрубка отвода смеси в виде кавитационной камеры, имеющей в основании входа в сужение средней части трубчатого цилиндрического корпуса сложное переменное сечение в виде обратного внутреннего уклона, представляющего собой конус и содержащего турбулизирующий элемент, выполненный в виде цилиндрического тела, установленного перпендикулярно стенкам патрубка, повышает уровень активации химического процесса. Сложное переменное сечение кавитационной камеры в виде внутреннего обратного уклона, представляющего собой конус, образует каскад гидродинамических сопротивлений с учетом того, что внутренний уклон, представляющий собой конус, обеспечивает резкое расширение канала, за счет резкого расширения канала и снижения давления жидкости вплоть до порогового образуется поток кавитационных пузырей, которые, расширяясь и схлопываясь, переводят режим течения смеси из ламинарного в турбулентный, что обеспечивает интенсивное перемешивание реагентов, эффективно активирует химический процесс и процесс выравнивания градиента температуры благодаря образованию каскада гидродинамических сопротивлений, обеспечивающих идеальное смешение в кавитационных зонах. Наличие турбулизирующего элемента в виде цилиндрического тела, установленного перпендикулярно стенкам трубчатого цилиндрического патрубка отвода смеси, жестко закрепленного в его стенках, имеющее низкое гидродинамическое сопротивление, но обеспечивающее дополнительное перемешивание в потоке после прохождения препятствия заданной округлой формы, сталкиваясь с боковыми потоками, дополнительно турбулизирует смесь в вихревом режиме и повышает интенсивность смешения реагентов, а также снижает число побочных продуктов реакции, что повышает эксплуатационные и технические качества еще и потому, что поток смеси вновь ускоряется и турбулизируется, проходя через турблизирующий элемент, тем самым достигается максимальная однородность потока.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели «Статический смеситель», позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели «Статический смеситель» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели «Статический смеситель» критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявляемой полезной модели «Статический смеситель», изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель «Статический смеситель» соответствует критерию "новизна".
Для проверки соответствия заявляемой полезной модели «Статический смеситель» критерию «новизна» заявитель провел также дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемой полезной модели «Статический смеситель». Результаты поиска показали, что заявляемая полезная модель «Статический смеситель» не известна в известном уровне техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых признаков заявленной полезной модели «Статический смеситель» преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленная полезная модель «Статический смеситель» соответствует критерию "новизна".
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании в заявленной полезной модели «Статический смеситель» совокупности признаков в том виде, как заявляемая полезная модель «Статический смеситель» охарактеризована в формуле полезной модели «Статический смеситель». При осуществлении полезной модели обеспечивается достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно повышение интенсивности смешения реагентов и повышение эффективности, надежности, эксплуатационных и технических качеств. Кроме того, использование предлагаемого статического смесителя обеспечивает возможность снизить число побочных продуктов реакции, а также обеспечивает возможность качественного смешения реагентов. Таким образом, обеспечивается повышение эксплуатационных и технических качеств с учетом высокой интенсивности смешения реагентов, эффективности работы статического смесителя, а также дополнительных технических результатов, следовательно, заявленная полезная модель «Статический смеситель» соответствует критерию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели «Статический смеситель», может быть многократно использована в технологичном и одновременно нетрудоемком и точном процессе химического синтеза с получением технического результата, заключающегося в повышении интенсивности смешения реагентов и снижения числа побочных продуктов реакции, повышении надежности, эффективности, эксплуатационных и технических качеств.
Сущность заявляемой полезной модели «Статический смеситель» поясняется примером конкретного выполнения и схемами, где:
- на фиг. 1 схематически изображен статический смеситель в разрезе;
- на фиг. 2 изображен статический смеситель в разрезе по А-А на фиг. 1.
Статический смеситель представляет собой трубчатый цилиндрический корпус 1, выполненный из стекла, содержащий в средней части 2 трубчатое в виде полого цилиндра сужение 3 с подводящими каналами 4 и 5 для подачи реагентов 6 в смешиваемый поток 7. Трубчатое сужение 3 разделяет трубчатый цилиндрический корпус 1 на два патрубка: патрубок 8 для подвода смешиваемых потоков 7 и патрубок 9 для отвода смеси 10. Патрубок 9 для отвода смеси представляет собой кавитационную камеру, имеющую в основании 11 входа трубчатого сужения в патрубок 9 для отвода смеси, т.е. в месте похода смешиваемого потока 7 с реагентами 6, сложное переменное сечение в виде выступа 12 с обратным внутренним уклоном в виде конуса 13, которое эффективно активирует химический процесс и процесс смешения, путем образования каскада гидродинамических сопротивлений за счет резкого расширения канала и снижения давления жидкости вплоть до порогового, в результате чего образуется поток кавитационных пузырей, обеспечивающих идеальное смешение. Кавитационная камера содержит турбулизирующий элемент 14 в виде цилиндрического тела, жестко установленного в стенках 15 трубчатого цилиндрического патрубка 9 для отвода смеси.
Статистический смеситель работает следующим образом.
Смешиваемый поток жидкости 7, состоящий из ламинарных струй, поступает в выполненный из стекла трубчатый цилиндрический корпус 1 статического смесителя и по подводящему патрубку 8 направляется в среднюю часть 2 трубчатого цилиндрического корпуса 1, представляющую собой трубчатое в виде полого конуса сужение 3 меньшего диаметра, чем трубчатый цилиндрический корпус 1, в котором смешиваемый поток жидкости 7, состоящий из ламинарных струй, начинает перемещаться с большей скоростью. В средине средней части 2 трубчатого цилиндрического корпуса 1 по подводящим каналам 4 и 5 в смешиваемый поток жидкости 7 подаются реагенты 6. Далее частично перемешанный с реагентами 6 поток жидкости поступает в представляющий собой кавитационную камеру патрубок 9 для окончательного перемешивания и отвода смеси 10, который в основании имеет сложное переменное сечение в виде выступа 12 с обратным внутренним уклоном в виде конуса 13, где смешиваемый поток жидкости 7, переходя выступы, из-за увеличения диаметра трубы патрубка 9 за счет резкого расширения канала и снижения давления жидкости вплоть до порогового, в результате чего образуется поток кавитационных пузырей, которые, расширяясь и схлопываясь, переводят режим течения смеси из ламинарного в турбулентный, что обеспечивает интенсивное перемешивание реагентов, эффективно активирует химический процесс и процесс выравнивания градиента температуры благодаря образованию каскада гидродинамических сопротивлений. Далее поток смеси вновь ускоряется и турбулизируется, проходя через турбулизирующий элемент 14 в виде цилиндрического тела, жестко установленного в стенках 15 трубчатого цилиндрического патрубка 9, тем самым достигается максимальная однородность потока.
Предложенный статический смеситель характеризуется повышенной интенсивностью смешения реагентов и снижением числа побочных продуктов реакции, повышенной эффективностью, надежностью, эксплуатационными и техническими качествами.