ПРЯМОТОЧНЫЙ ВИХРЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬ
WHIRL FLOW MIXER

Изобретение относится к смесителям и предназначено для приготовления эмульсий, суспензий и получения гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов, протекающих на границе раздела фаз «газ - жидкость», «жидкость - жидкость».
Известен смеситель жидкостей и газов, содержащий торообразную камеру смешения, входные и выходной патрубки, подсоединенные к камере смешения по касательной, согласно изобретению, подачу продуктов по входным патрубкам производят по одному направлению относительно вращения часовой стрелки, а выход смеси по выходному патрубку производят в противоположном направлении относительно вращения часовой стрелки. (Патент на изобретение №2333789, B01F 3/04. Заяв. 11.08.2006, опубл. 20.08.2008, Бюл. №26).
Недостатком данного устройства является то, что при тангенциальном подводе на интенсивность закрутки потоков и, соответственно, на качество смешения существенно влияют скорости ввода компонентов. Также к недостаткам следует отнести крупные габаритные размеры устройства, т.к. в процессе смешения не используется пространство, ограниченное внутренней стенкой торообразного корпуса, и низкую эффективность смешения при однопроходном проведении процесса.
Также известен смеситель жидкостей, содержащий цилиндрический корпус, расположенные на противоположных концах корпуса патрубки подвода смешиваемых жидкостей, отличающийся тем, что внутри корпуса на его оси против друг друга с зазором установлены два завихрителя, выполненные в виде радиальных лопаток, установленных под углом к оси корпуса и обеспечивающих противоположное вращение смешиваемых жидкостей, а цилиндрический корпус в центральной части зазора выполнен перфорированным и над зазором размещена труба, имеющая диметр, больший диаметра перфорированного участка корпуса, с патрубком вывода смеси жидкостей. (Заявка на изобретение №2007121399, B01F 5/00. Заяв. 07.06.2007, опубл. 20.12.2008, Бюл. №35).
К недостаткам конструкции данного, устройства относится низкая эффективность процесса, так как смешение производится только в зазоре между двумя завихрителями, выполненными в виде радиальных лопаток, установленных под углом к оси корпуса.
Смеситель для жидкостей, содержащий корпус с загрузочными и выгрузочным патрубками, перемешивающий элемент, выполненный в виде многозаходного шнека с двумя рядами пластин, внутренний из которых закреплен на валу перемешивающего элемента, отличающийся тем, что внешний ряд пластин прикреплен к внутреннему ряду пластин или к внутренней поверхности корпуса в зависимости от смешиваемых компонентов, при этом внутренний ряд пластин имеет правый заход, а внешний - левый заход. (Патент на изобретение №2150993, B01F 7/24 Заяв. 02.06.1999, опубл. 20.06.2000).
Недостатком данного смесителя для жидкостей является сложность конструкции и необходимость подвода внешней энергии. Также использование в устройстве многозаходных шнеков ограничивает смешение компонентов, поступивших в разные каналы перемешивающего устройства.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению (прототипом) является вихревой аппарат, содержащий камеру, в которой коаксиально расположены винтовые перемешивающие устройства с параллельно расположенными винтовыми каналами и штуцеры для ввода реагентов и вывода продуктов реакции, согласно изобретению ширина периферийных винтовых каналов составляет 1,4÷1,6 ширины внутренних каналов (SU №1292822, В01J 9/20. Заяв. 30.10.85, опубл. 28.02.87, Бюл. №8).
Основным недостатком конструкции является низкая эффективность смешения компонентов, так как процесс протекает только в реакционной камере расположенной после закручивающих устройств.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение эффективности смешения компонентов.
Указанная задача решается за счет того, что прямоточный вихревой смеситель, содержащий две коаксиально расположенных цилиндрических трубы, внутренняя из которых короче внешней, однозаходные закручивающие устройства, установленные во внутренней трубе и межтрубном пространстве, также штуцеры для ввода компонентов и вывода смеси, согласно изобретению, входные патрубки смешиваемых компонентов, расположенные на торцевой части внутренней трубы, и патрубок для вывода смеси из межтрубного пространства находятся с одной стороны устройства, а с другой стороны торцевая часть внешней трубы смесителя герметично закрыта.
Также однозаходные закручивающие устройства во внутренней трубе и в межтрубном пространстве могут иметь разные направления закрутки.
На чертеже представлен общий вид прямоточного вихревого смесителя.
Прямоточный вихревой смеситель содержит две коаксиально расположенных цилиндрических трубы, внутренняя 1 из которых короче внешней 2, однозаходные закручивающие устройства, установленные во внутренней трубе 3 и межтрубном пространстве 4, также штуцеры для ввода компонентов 5 и вывода смеси 6, согласно изобретению входные патрубки смешиваемых компонентов 5, расположенные на торцевой части внутренней трубы, и патрубок для вывода смеси из межтрубного пространства 6 находятся с одной стороны устройства, а с другой стороны торцевая часть внешней трубы смесителя герметично закрыта.
Также однозаходные закручивающие устройства во внутренней трубе 3 и в межтрубном пространстве 4 могут иметь разные направления закрутки.
Прямоточный вихревой смеситель работает следующим образом.
Смешиваемые компоненты поступают во внутреннюю трубу 1 прямоточного вихревого смесителя через патрубки 5, в которой располагается закручивающее устройство 3, придающее потоку вихревое движение. Повышение эффективности перемешивания при закрученном движении обеспечивается ростом интенсивности, как микро- так и макросмешения компонентов. Увеличение эффективности макросмешения происходит при появлении крупномасштабных вихревых образований в поперечном, относительно движения потока, направлении, а рост микросмешения обусловлен увеличением скорости за счет появления тангенциальной составляющей, что в целом приводит к повышению турбулизации потока. Далее смесь, через торцевую часть выходит из внутренней трубы 1 и попадает в межтрубное пространство, в объеме которого содержится закручивающее устройство 4. Прохождение потоком межтрубного пространства проходит в условиях закрученного движения. Использование в смесителе закручивающих устройств с разным направлением вращения позволит интенсифицировать процесс смешения за счет дополнительной турбулизации потока. После этого смесь выводится через патрубок 6, расположенный на внешней трубе 2.
Основными достоинствами прямоточного вихревого смесителя являются:
- простота конструкции;
- высокая эффективность смешения за счет двухстадийного проведения процесса;
- процесс протекает за счет энергии потока, т.е. нет необходимости в подводе внешней дополнительной энергии.
Таким образом, применение данной конструкции прямоточного вихревого смесителя в химической и нефтеперерабатывающей промышленности является перспективным.