СМЕСИТЕЛЬ

Техническое решение относится к механическим перемешивающим устройствам и может быть использовано для перемешивания гетерогенных жидкостей с частицами, или каплями дисперсной фазы, имеющей плотность меньшую, чем плотность дисперсной фазы. Смеситель может найти применение в химической, нефтехимической, биохимической, микробиологической, фармацевтической, пищевой, сельскохозяйственной, других отраслях промышленности и в экологический процессах очистки сточных вод.
Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту, ведущая полумуфта которой закреплена на быстроходном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, при этом тихоходная мешалка снабжена поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части и установленным соосно корпусу (Авт. св. СССР №697167, B01F 13/00, B01F 7/18, 1979).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится малая интенсивность перемешивания гетерогенных жидкостей у ее свободной поверхности, что снижает скорость гидромеханических и тепло-массообменных процессов между частицами или каплями дисперсной фазы, имеющих плотность меньше плотности сплошной фазы.
Известно перемешивающее устройство, включающее вал с шарнирно соединенными с ним поперечными лопастями с возможностью поворота относительно продольной оси вала на угол от 10° до 90°, и которые в верхнем ряду шарнирно соединены с продольными лопастями, при этом на продольных лопастях жестко закреплены элементы с положительной плавучестью (Патент на полезную модель РФ №109008, B01F 7/00, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая допускаемая скорость вращения вала из-за возможной поломки шарниров, приводящая к недостаточной интенсивности перемешивания дисперсных частиц или капель у свободной поверхности, имеющих плотность меньше, чем плотность гетерогенной жидкости.
Наиболее близким техническим решение по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, а отношение внутреннего диаметра патрубка к диаметру вала составляет
,
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала (Патент на полезную модель РФ №109010, B01F 7/16, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания частиц и капель дисперсной фазы, имеющих плотность меньшую, чем плотность жидкости у ее поверхности, что уменьшает скорость гидромеханический, тепло- и массообменных процессов на границе раздела сплошной и дисперсной фаз.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является увеличение интенсивности перемешивания частиц и капель дисперсной фазы, имеющих плотность меньшую, чем плотность жидкости у ее поверхности
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком и установленную соосно корпусу, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки и выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, причем отношение внутреннего диаметра патрубка к диаметру вала составляет
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала, при этом поплавок выполнен в виде лопастей пропеллерной мешалки.
Выполнение поплавка в виде лопастей пропеллерной мешалки позволяет интенсифицировать процесс перемешивания частиц или капель дисперсной фазы, имеющих плотность меньшую чем плотность жидкости, у ее поверхности, так как лопасти пропеллерной мешалки всегда будут перемешивать жидкость у ее поверхности, независимо от колебаний уровня жидкости в корпусе. Кроме того, лопасти пропеллерной мешалки помимо основной технологической функции - перемешивания дисперсной фазы в жидкости - выполняют функцию поплавка, то есть всегда плавают у поверхности жидкости. Для выполнения этой функции лопасти могут быть изготовлены из материала, плотность которого меньше плотности жидкости, или быть пустотелыми. Этим материалом может быть дерево, полимер, например, полипропилен, плотность которого меньше плотности жидкости, например водного раствора, или другое вещество с плотностью больше чем плотность жидкости, но выполненного в виде пустотелой оболочки, имеющей форму лопастей и заполненной внутри пенопластом, пробкой или другим материалом малой плотности.
Таким образом, выполнение поплавка в виде лопастей пропеллерной мешалки позволяет интенсифицировать процесс перемешивания у поверхности жидкости, где находятся частицы или капли дисперсной фазы, имеющих плотность меньше чем плотность жидкости.
На фиг. представлен общий вид в разрезе предлагаемой конструкции смесителя. Он содержит цилиндрический корпус 1, центральную быстроходную мешалку 2, закрепленную на валу 3 привода диаметром d, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде лопастей пропеллерной мешалки 4 и установленных соосно корпусу 1, гидромуфту, ведущей полумуфтой которой является вал 3, а ведомая выполнена в виде цилиндрического патрубка 5, имеющей внутренний диаметр D и высоту L, и закреплена на лопастях 4 пропеллерной мешалки с помощью стержней 6. На корпусе 1 закреплена крышка 7 с подшипником и узлом уплотнения 8 вала 3 и штуцером 9 для подачи жидкости. В нижней части корпуса 1 установлен штуцер 10 для отвода перемешиваемой жидкости.
1
2
1
2
Смеситель работает следующим образом. По штуцеру 9 подают жидкость в корпус 1 на смешение частиц и капель дисперсной фазы, находящихся в жидкости и имеющих плотность меньшую, чем плотность этой жидкости. Под действием силы Архимеда эти частицы и капли всплывают вверх. Включают привод, приводящий во вращение со скоростью n вал 3 с быстроходной мешалкой 2. От вращающегося вала 3 через кольцевой слой жидкости, находящийся в зазоре между валом 3 и цилиндрическим патрубком 5 вращение передается цилиндрическому патрубку 5 со скоростью n меньшей скорости n, а от нее через стержень 6 к лопастям 4 пропеллерной мешалки. Лопасти 4 пропеллерной мешалки имеют положительную плавучесть, так как являются поплавком, выполненным в виде лопастей, то есть они всегда находятся на поверхности жидкости при любых колебаниях ее уровня и интенсивно перемешивают частицы и капли дисперсной фазы, имеющие плотность меньшую чем плотность жидкости и скапливающиеся у ее поверхности. Соотношение диаметров вала d и внутреннего диаметра D цилиндрического патрубка 5 в пределах, указанных в уравнении (1), как и высота цилиндрического патрубка L позволяют при их варьировании подбирать оптимальную скорость вращения n, обеспечивающих высокую интенсивность перемешивания частиц и капель дисперсной фазы, имеющих плотность меньшую чем плотность жидкости. Перемешиваемая жидкость отводится из корпуса по штуцеру 10.
2
1
Таким образом, выполнение поплавка в виде лопастей пропеллерной мешалки, позволяет в предлагаемой конструкции смесителя обеспечивать интенсивное перемешивание частиц и капель дисперсной фазы, плотность которых меньше плотности жидкости, так как положительная плавучесть лопастей пропеллерной мешалки обеспечивает их вращение у поверхности жидкости в корпусе смесителя при любых колебаниях ее уровня. Предлагаемая конструкция смесителя несложна в изготовлении и может быть реализована как при изготовлении новых смесителей, так и реконструкции известных обычных аппаратов с перемешивающими механическими устройствами, при этом, изменяя внутренний диаметр D цилиндрического патрубка и его высоту L, можно для каждой жидкости с ее частицами или каплями дисперсной фазы, имеющей плотность меньшую плотности жидкости, подбирать скорость вращения n пропеллерной мешалки, обеспечивающую необходимую интенсивность перемешивания при постоянной скорости вращения быстроходной мешалки n.