СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРА РЕАГЕНТА
MIXER FOR PREPARING REAGENT SOLUTION

Изобретение относится к емкостной химической аппаратуре для проведения различных химико-технологических процессов, связанных с необходимостью интенсивного перемешивания (смешения) исходных компонентов. В частности, устройство можно применять для приготовления смеси реагента с водой путем перемешивания компонентов и проведения процессов растворения.
Известно устройство для полимеризационных процессов, содержащее корпус с рубашкой для обогрева и перемешивающее устройство в виде вала с лопастями. В нем лопасти установлены попарно. Лопасти каждой пары расположены друг к другу наклонно (а.с. №611663 кл. В01F 1/00, за 1978 г.).
Недостатком данного устройства является то, что для перемешивания реагентов, в нем нагрев последних осуществляют через рубашку емкости. Процесс перемешивания требует повышенных энергозатрат и продолжительности времени.
Известен аппарат с пневмомеханическим циклическим перемешиванием, содержащий корпус с приводом и закрепленный на крышке корпуса сильфон с перемешивающими элементами, закрепленными на внешней поверхности сильфона (а.с. №625758, В01F 1/00, за 1978 г.).
Недостатком данного аппарата, кроме нагрева реагентов через теплообменную рубашку, является и нерациональное использование объема емкости, занимаемого сильфоном.
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является смеситель для приготовления раствора реагента, содержащий бак с крышкой и мешалкой, размещенной в баке с возможностью вращения от реактивной силы рабочей среды и выполненной в виде ствола и насадок с сопловыми отверстиями, соединенных полостями (а.с. №1407525, В01F 5/00, за 1988 г.).
Недостатком устройства является то, что перемешивание реагентов осуществляется с помощью затопленных струй жидкости и требует при этом значительных энергозатрат. Кроме того, спиралевидные потоки перемешиваемых реагентов отбрасывают твердые частицы к стенке емкости и, поскольку перекачивание жидкости идет через зазор между диском и стенкой, то частицы попадают в насос, напорный трубопровод, патрубок и в щелевидные сопла. Из-за этого необходимо многократное перекачивание жидкости, что увеличивает время растворения реагентов.
Предложенное техническое решение отличается от известного тем, что мешалка установлена с возможностью вертикального перемещения по высоте бака, для чего каждая насадка выполнена в виде патрубка и герметичной воздушной камеры в форме крыла самолета, при этом патрубок торцом прикреплен к стволу, а воздушная камера - к поверхности патрубка.
Задачей изобретения является повышение качества перемешивания реагентов и снижение энергозатрат.
Задача достигается осуществлением технического результата, заключающегося в повышении скорости растворения реагентов по всему объему емкости.
Технический результат достигается тем, что в смесителе для приготовления раствора реагента, содержащем бак с крышкой и мешалкой, размещенной в баке с возможностью вращения от реактивной силы рабочей среды и выполненной в виде ствола и насадок с сопловыми отверстиями, соединенных полостями, мешалка установлена с возможностью вертикального перемещения по высоте бака, для чего каждая насадка выполнена в виде патрубка и герметичной воздушной камеры в форме крыла самолета, при этом патрубок торцом прикреплен к стволу, а воздушная камера - к поверхности патрубка.
Технический результат осуществляется и тем, что смеситель снабжен трубопроводом сжатого воздуха и установленными на трубопроводе регулятором сжатого воздуха и воздухоподогревателем, а также тем, что патрубок установлен с возможностью осевого регулировочного поворота, а сопловые отверстия выполнены вдоль оси в его стенке.
Технический результат осуществляется еще и тем, что к наружной стороне крышки присоединен стакан, а в стенке крышки выполнено сквозное отверстие, соответствующее полости этого стакана, а в стакане крышки смонтирован подшипниковый узел. В подшипниковом узле установлен ствол мешалки и размещены датчики ее перемещения, связанные с регулятором сжатого воздуха.
Выполнение насадок в виде патрубка и герметичной воздушной камеры в форме крыла самолета позволяет создать аэродинамическую подъемную силу при истечении из сопел в жидкость струй сжатого воздуха. Регулировка угла атаки крыловидных насадок позволяет обеспечить оптимальную скорость подъема патрубка с насадками для жидкостей различной вязкости, что способствует повышению скорости растворения реагентов.
Расположение сопел вдоль патрубка в сочетании с крыловидной формой воздушной камеры позволяет создать реактивную тягу и аэродинамическую подъемную силу. При этом охватывается весь объем бака и увеличивается скорость растворения реагентов без дополнительных механизмов для перемешивания, что упрощает конструкцию устройства.
Выполнение сопел в виде отверстий малого диаметра позволяет не только экономно расходовать сжатый воздух, но и создавать турбулентное перемешивание по всему объему емкости, в то время как пузырьки воздуха при этом создают флотацию реагента, что увеличивает скорость растворения.
Выполнение камер насадок герметичными и наполненными воздухом позволяет использовать архимедову силу выталкивания насадок из жидкости, компенсируя тем самым вес мешалки. Смешивание же реагентов нагретым сжатым воздухом способствует увеличению скорости растворения твердых частиц.
Размещение подшипникового узла скольжения за пределами бака - в стакане его крышки снижает сопротивление среды вращению и возвратно-поступательному движению мешалки по всему объему бака. Кроме того, подшипниковый узел при этом находится вне зоны перемешивания и не загрязняется активными реагентами.
Нагреватель, расположенный на трубе сжатого воздуха, обеспечивает ускоренный его нагрев, а следовательно, и всей жидкости в баке, что ускоряет растворение реагента.
Техническое решение поясняется чертежами, где изображено следующее:
1 - смеситель для приготовления раствора реагента.
2 - разрез по А-А мешалки,
3 - профиль насадки, выполненный в форме крыла самолета
Смеситель содержит бак 1 с крышкой 2 и мешалкой, состоящей из ствола 3 с насадками 4, которые содержат патрубок 5 с сопловыми отверстиями 6 и герметичную воздушную камеру 7, выполненную по форме крыла самолета. Патрубки 5 насадок развернуты сопловыми отверстиями 6 в стороны, противоположные друг другу. На крышке 2 смонтирован стакан 8 с подшипниковым узлом 9, а в ней выполнено отверстие 10, соответствующее полости стакана 8. Смеситель снабжен трубопроводом 11 сжатого воздуха, перемещающим его в канал 12 ствола 3 мешалки. На трубопроводе 11 установлен регулятор 13 расхода сжатого воздуха и воздухоподогреватель 14. В стакане 8 на подшипниковом узле 9 размещены датчики 15,16, связанные с регулятором 13 сжатого воздуха. На стволе 3 мешалки закреплены кольцевые выступы 17, 18. На крышке 2 бака 1 расположен вход 19 реагентов, а в баке 1 - выход 20 раствора реагентов.
Смеситель для приготовления раствора реагента работает следующим образом.
В нерабочем положении, т.е. без подачи сжатого воздуха в бак 1, мешалка с насадками 4 находится под действием своего веса на дне бака 1. При этом кольцевой выступ 18 ствола 3 прижат к датчику 16. Включают подачу сжатого воздуха и после этого подачу реагентов в бак 1. Согретый на выходе из регулятора 13 сжатого воздуха воздухоподогревателем 14 воздух проходит по каналу 12 и поступает в патрубки 5 насадок 4 и выходит в виде реактивных струй из сопловых отверстий 6. По мере заполнения емкости водой и реагентом мешалка с насадками 4 продолжает вращаться вокруг своей оси в подшипниковом узле 9 под действием реактивных воздушных струй из сопл 6. Благодаря форме воздушной камеры 7, выполненной в виде крыла самолета и соответствующей углу атаки α возникает аэродинамическая подъемная сила, которая совместно с выталкивающей силой по закону Архимеда, поднимает ствол 3 с насадками 4. Выталкивающая сила возникает благодаря объему герметичных воздушных камер 7 насадок 4. При подъеме на установленную высоту заполнения бака 1 жидкой смесью кольцевой выступ 17 на стволе 3 касается датчика 15, переключая тем самым давление в регуляторе 13 сжатого воздуха до величины, недостаточной для создания аэродинамической подъемной силы. Насадки 4, вращаясь под действием слабых реактивных струй воздуха, опускаются на дно бака 1, и кольцевой выступ 18 ствола 3 коснется датчика 16. После этого регулятор 13, получив сигнал от датчика 16, увеличивает давление. Насадки 4 вновь поднимаются, и повторяется цикл перемешивания раствора по всему объему бака 1. Растворение реагента усиливается также и из-за кавитации, т.е. выделения пузырьков воздуха и движения их вместе с реагентом вверх. По окончании процесса растворения компонентов раствор реагента сливают из бака для его дальнейшего использования.
Смеситель для приготовления раствора реагента обеспечивает, таким образом, качественное растворение реагента при увеличении его скорости.