ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к аппаратам для перемешивания гетерогенных систем типа «жидкость-жидкость» и «жидкость-газ» и может найти применение в химической, нефтехимической, микробиологической, фармацевтической, медицинской, горноперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и вредных газовых выбросов.
Известна конструкция культиватора Вальдгофа с направляющей трубой, или диффузором, состоящего из корпуса, крышки, вала с мешалкой, присоединенного к приводу, отражательных перегородок, закрепленных на стенках корпуса, и трубки для подачи воздуха. Особенностью этой конструкции является установка направляющей трубы над лопастями с мешалкой. При вращении лопастей мешалки создается насосный эффект, под действием которого перемешиваемая жидкость с пузырьками воздуха циркулирует сверху вниз внутри объема направляющей трубы и снизу-вверх в кольцевом пространстве между стенками корпусе и направляющей трубы [Гапопов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. - М.: Легкая пищевая промышленность, 1981, с. 70-71].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится перемешивание на макроуровне с образованием крупных пузырьков воздуха, что снижает скорость массопередачи и в целом приводит к уменьшению производительности.
Известна конструкция гомогенизатора, содержащего цилиндрический корпус, валик, привод для  его вращения и установленные на валике последовательно друг за другом подшипники качения, отличающегося тем, что валик выполнен ступенчатым с наибольшим диаметром в его верхней части и наименьшим в нижней его части, на каждой ступени валика закреплены внутренние обоймы подшипников качения, а на внутренней стенке корпуса в зонах, сопряженных с подшипниками качения, закреплены кольца, меньший внутренний диаметр которых равен наружному диаметру соответствующих подшипников [Патент №197814 РФ, «Гомогенизатор», 2020 г.].
К причинам, препятствующим достижению заявленного технического результата, относится малое время пребывания гомогенизируемых жидкостей в сепараторе подшипника качения между вращающимися шариками или роликами, что приводит к снижению производительности.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип по совокупности признаков, является аппарат с пропеллерной мешалкой, состоящий из цилиндрического корпуса с днищем, крышкой, в которой закреплен вал, соединенный с приводом вращения, на нижнем конце которого установлена пропеллерная мешалка. В зоне вращения пропеллерной мешалки установлен диффузор - короткий цилиндрический или слегка конический стакан. При вращении лопастей мешалки внутри диффузора под действием насосного эффекта перемешиваемая жидкость циркулируют снизу-вверх или сверху вниз, образуя макровихри [Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. Издание пятое, стереотипное. - М.: Химия, 1965, с.358].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, являются большие размеры капель дисперсной фазы, образующиеся при вращении лопастной мешалки в диффузоре, что снижает общую поверхность массопередачи и саму ее скорость. Это приводит к необходимости увеличения времени перемешивания, что негативно сказывается на производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции перемешивающего устройства является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что перемешивающее устройство содержит цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки, вал с пропеллерной мешалкой, установленной в нижней части диффузора, причем в верхней части диффузора установлен подшипник качения, наружное кольцо которого запрессовано в стенке диффузора, а внутреннее запрессовано на валу.
Установка в верхней части диффузора подшипника качения так, что его наружное кольцо запрессовано на стенке диффузора, а внутреннее - на валу, позволяет при вращении вала с мешалкой создавать внутри диффузора насосный эффект, под действием которого перемешиваемые жидкости поднимаются снизу-вверх и проходят через зазоры между телами качения вовлекаются во вращение между кольцами подшипника качения, тем самым разбивая большие капли жидкостей на более мелкие, что приводит к перемешиванию на микроуровне, с образованием мелких капель в дисперсной фазе. Это увеличивает число капель, их поверхность контакта фаз со сплошной фазой и коэффициент массопередачи, что в целом увеличивает скорость массообменных процессов и уменьшает время необходимое для смешения, а значит и увеличивает производительность устройства в целом.
На фигуре представлено перемешивающее устройство.
Перемешивающее устройство состоит из вертикального корпуса 1, герметично соединенного сверху с крышкой 2, а снизу с днищем 3. На крышке 2 выполнены патрубки 4 (для каждой жидкости отдельный) для подачи перемешиваемых жидкостей внутрь корпуса 1, а в крышке 2 установлен посредством подшипника вал 5, соединяющийся с приводом в верхней части. На нижнем конце вала 5 установлена пропеллерная мешалка 6, лопасти которой размещены в нижней части диффузора 7 (короткого цилиндрического или конического стакана), закрепленного на крышке 2 посредством штанг 8. В верхней части диффузора 7 установлен подшипник качения 9, при этом его наружное кольцо запрессовано в стенке диффузора 7, а внутреннее - на валу 5.
На днище 3 выполнен патрубок отвода 10 перемешенных жидкостей из корпуса 1.
Перемешивающее устройство работает следующим образом.
При закрытом патрубке отвода 10 по патрубкам 4 заливают в корпус 1, в заданном соотношении жидкости, предназначенные для перемешивания, после наполнения подачу жидкостей прекращают. Включают привод, который приводит во вращение с угловой скоростью ω вал 5 с пропеллерной мешалкой 6. Вращение вала 5 приводит в движение внутреннее кольцо подшипника качения 9.
При вращении пропеллерной мешалки 6 внутри диффузора 7 создается насосный эффект, под действием которого потоки перемешиваемых жидкостей внутри диффузора 7 поднимаются снизу-вверх, а снаружи, в кольцевом зазоре между корпусом 1 и диффузором 7 сверху вниз (линии движения потоков на фигуре показаны стрелками), образуя смесь на макроуровне с большими размерами капель дисперсной фазы одной жидкости в сплошной фазе другой жидкости. Однако большие капли дисперсной фазы, проходя снизу-вверх попадают в зазоры между телами качения подшипника качения 9 и вовлекаются во вращение между кольцами подшипника качения 9, что приводит к дополнительному дроблению больших капель на более мелкие, обеспечивая тем самым микроуровень смешения с большим числом мелких капель, а значит с большой боковой поверхностью и увеличенной скоростью массопередачи. Все это приводит к увеличению скорости контакта фаз, а значит к более интенсивному перемешиванию жидкостей и получению тонкодисперсных эмульсии с каплями, микронного уровня. По завершению процесса перемешивания готовую эмульсию сливают через патрубок отвода 10.
Перемешивающее устройство может работать в непрерывном режиме. В этом случае предназначенные для перемешивания жидкости заливают в корпус 1 по патрубкам 4, включают привод, приводящий во вращение вал 5 с пропеллерной мешалкой 6 и подшипником качения 9, но патрубок отвода 10 открыт, а полученная эмульсия непрерывно отводится из корпуса 1 в течение всего процесса перемешивания.
Таким образом, использование перемешивающего устройство, содержащего цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки, вал с пропеллерной мешалкой, установленной в нижней части диффузора, а в верхней части диффузора установлен подшипник качения, наружное кольцо которого запрессовано в стенке диффузора, а внутреннее запрессовано на валу, позволяет увеличить производительность устройства.