СМЕСИТЕЛЬ ТЕКУЧИХ ВЕЩЕСТВ
MIXER FOR FLUIDS

Изобретение относится к областям техники, использующим процессы смешивания жидких и порошкообразных веществ, обладающих текучестью, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности, при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.
Известен «Жидкостный смеситель» по патенту РФ № 2230882, 7 МПК Е21В 33/13, 2004 г., содержащий подводящие патрубки, один из которых выполнен для жидкости с меньшим расходом, и трубопровод с установленной перегородкой, при этом подводящий патрубок для жидкости с меньшим расходом размещен соосно в трубопроводе и перфорирован по винтовой линии по всей длине, суммарная площадь отверстий перфорации равна или больше площади сечения подводящего патрубка, перегородка трубопровода выполнена в виде ленты, лента навита на перфорированный подводящий патрубок с образованием спирального канала для основного потока жидкости и с возможностью препятствия запирания этим потоком жидкости потока жидкости с меньшим расходом в подводящем патрубке.
Недостатком известного устройства по патенту РФ № 2230882 является то, что формируемая смесь жидкостей имеет неравномерное распределение компонентов по ее объему из-за струйного взаимодействия двух потоков, что не позволяет получать частицы жидкости высокой дисперсности. По этой причине формируемая в смесителе смесь жидкостей неоднородна.
Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ № 2085271, 6 МПК B01F 5/00, 1997 г., принятое в качестве ближайшего аналога, содержащее пустотелую цилиндрическую камеру, одно из оснований которой имеет патрубок для вывода смеси, и присоединенные к камере два входных патрубка для подачи связующего, из которых один установлен тангенциально к камере, а второй - по оси камеры в другом, верхнем основании. Внутри входного патрубка, расположенного по оси камеры, установлен завихритель, выходное отверстие патрубка, расположенного по оси камеры, находится на уровне расположения входного патрубка, установленного тангенциально к камере. Камера снабжена дополнительным патрубком для подачи в нее пенообразователя и приспособлением для дробления пенообразователя на капли. Установка завихрителя внутри патрубка, расположенного по оси камеры, позволяет закрутить струю связующего в сторону, противоположную потоку связующего, подаваемого по патрубку, расположенному тангенциально к камере. При соударении потоки связующего вращаются в разные стороны, резко турбулизируются, что обеспечивает эффективное смешение.
Недостатком известного устройства по патенту РФ № 2085271, 6 МПК B01F 5/00, 1997 года является то, что формируемая смесь имеет неравномерное распределение компонентов смеси по ее объему, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при смешивании высоковязких компонентов.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения равномерности распределения компонентов смеси по ее объему за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов и уменьшения времени прохождения химических реакций между ними.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что смеситель текучих веществ содержит вертикально расположенную цилиндрическую смесительную камеру, с осью симметрии смесительной камеры совпадает ось симметрии патрубка, расположенного сверху смесительной камеры, в патрубке выполнены по крайней мере два канала для подачи смешиваемых компонентов, а снизу смесительной камеры расположена выводная труба, при этом равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, между патрубком и выводной трубой расположена плита с каналами для теплоносителя и со сквозными отверстиями для прохода смешиваемых компонентов, высота отверстия для прохода смешиваемых компонентов превышает диаметр этого отверстия в десять или более раз, в стенке смесительной камеры над плитой выполнены отверстия для отвода рабочего газа, также в стенке смесительной камеры выполнены отверстия для подачи теплоносителя в каналы плиты и отверстия для отвода теплоносителя из каналов плиты.
В плите могут быть выполнены сквозные отверстия постоянного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов.
В плите могут быть выполнены сквозные отверстия переменного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов, при этом площадь сечения этих отверстий уменьшается в направлении выводной трубы.
Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ № 2085271 тем, что равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, между патрубком и выводной трубой расположена плита с каналами для теплоносителя и со сквозными отверстиями для прохода смешиваемых компонентов, высота отверстия для прохода смешиваемых компонентов превышает диаметр этого отверстия в десять или более раз, в стенке смесительной камеры над плитой выполнены отверстия для отвода рабочего газа, также в стенке смесительной камеры выполнены отверстия для подачи теплоносителя в каналы плиты и отверстия для отвода теплоносителя из каналов плиты.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение равномерности распределения компонентов смеси по ее объему за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов и уменьшения времени прохождения химических реакций между ними.
На фиг.1 представлен смеситель текучих веществ, в плите которого выполнены отверстия постоянного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов.
На фиг.2 изображен смеситель текучих веществ, в плите которого выполнены отверстия переменного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов.
Смеситель текучих веществ (фиг.1) содержит вертикально расположенную цилиндрическую смесительную камеру 1 (фиг.1, 2), с осью 2 (фиг.1, 2) симметрии смесительной камеры 1 совпадает ось 3 (фиг.1, 2) симметрии патрубка 4 (фиг.1, 2), расположенного сверху смесительной камеры 1, в патрубке 4 выполнены по крайней мере два канала 5 (фиг.1, 2) для подачи смешиваемых компонентов, а снизу смесительной камеры 1 расположена выводная труба 6 (фиг.1, 2), при этом равномерно по окружности относительно оси 2 симметрии смесительной камеры 1 расположены объединенные коллектором 7 (фиг.1, 2) и охватывающие патрубок 4 сопла 8 (фиг.1, 2) для подачи рабочего газа, между патрубком 4 и выводной трубой 7 расположена плита 9 (фиг.1, 2) с каналами 10 (фиг.1, 2) для теплоносителя и со сквозными отверстиями 11 (фиг.1, 2) для прохода смешиваемых компонентов, высота h отверстия 11 для прохода смешиваемых компонентов превышает диаметр d этого отверстия 11 в десять или более раз, в стенке 12 (фиг.1, 2) смесительной камеры 1 над плитой 9 выполнены отверстия 13 (фиг.1, 2) для отвода рабочего газа, также в стенке 12 смесительной камеры 1 выполнены отверстия 14 (фиг.1, 2) для подачи теплоносителя в каналы 10 плиты 9 и отверстия 15 (фиг.1, 2) для отвода теплоносителя из каналов 10 плиты 9.
В плите 9 выполнены сквозные отверстия 11 постоянного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов (фиг.1).
В плите 9 выполнены сквозные отверстия 11 переменного по диаметру сечения для прохода смешиваемых компонентов, при этом площадь сечения этих отверстий 11 уменьшается в направлении выводной трубы 6 (фиг.2).
В состав смесителя текучих веществ входит патрубок 16 (фиг.1, 2) для подачи рабочего газа в коллектор 7, который установлен на смесительную камеру 1 через герметизирующую прокладку 17 (фиг.1, 2) с помощью крепежных элементов 18 (фиг.1, 2).
Смеситель текучих веществ работает следующим образом. Смешиваемые компоненты подают самотеком или под давлением через каналы 5 в патрубке 4. Рабочий газ подают под давлением к соплам 8 через патрубок 16 и коллектор 7. Распределяясь в коллекторе 7, рабочий газ истекает из сопел 8 в виде системы газодинамических струй. Струи компонентов смешиваемых веществ, выходящие из соответствующих каналов 5, попадают в систему газодинамических струй рабочего газа, где они подвергаются аэродинамическому воздействию, приводящему к распаду струй смешиваемых компонентов на капли (частицы). Применение в соплах 8 конических сопловых трактов и трактов в форме сопла Лаваля позволяет получить сверхзвуковой режим истечения рабочего газа. При сверхзвуковом режиме истечения рабочего газа образуется факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Капли распыляемых компонентов, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности готовой смеси. При многоструйной подаче рабочего газа, то есть при применении нескольких сопел 8, количество скачков уплотнения увеличивается, степень диспергации и гомогенизации капель резко возрастает. Образованное облако капель движется внутри газодинамического «транспортера», состоящего из отдельных газодинамических струй. По мере падения скорости газодинамических струй имеет место их смыкание в единый кольцевой поток с размывающимся пограничным контуром, что приводит к турбулизации внутреннего потока и гомогенизации диспергированных компонентов. В результате постадийного процесса дробления, распыления, турбулизации и гомогенизации в факеле распыления формируется облако капель с равномерным распределением компонентов по его объему. Взаимодействие между частицами распыленных компонентов отсутствует, так как расстояние между ними достаточно велико. Напыление капель компонентов на плиту 9, нагреваемую теплоносителем, циркулирующим в плите 9 по каналам 10, позволяет, например, испарять дисперсионную среду, в которой находятся смешиваемые компоненты, или проводить взаимодействие между смешиваемыми компонентами. Так как отношение высоты h отверстия 11 превышает диаметр d этого отверстия 11 для прохода смешиваемых компонентов в десять или более раз, то капли смешиваемых компонентов оседают на стенках отверстий 11 и постепенно стекают по стенке отверстия 11 вниз к выводной трубе 6, взаимодействуя между собой. Высокая температура ускоряет испарение или химические реакции между частицами. Теплоноситель подают через отверстия 14 в каналы 10 плиты 9 и отводят через отверстия 15 в стенке 12 смесительной камеры 1. После прохождения испарения дисперсионной среды или прохождения химических реакций порция готовой смеси, проходя через отверстия 11 плиты 9, попадает в выводную трубу 6. Следующая порция капель напыляется на плиту 9 и таким образом обеспечивается непрерывное формирование смеси. В зависимости от свойств смешиваемых компонентов: вязкости, плотности, поверхностного натяжения и времени прохождения процессов взаимодействия между частицами смешиваемых компонентов сквозные отверстия 11 в плите 9 могут иметь различное исполнение. Отверстия 11 в плите 9 могут быть выполнены постоянного по диаметру сечения (фиг.1), такие отверстия 11 используются в том случае, если процесс взаимодействия между частицами смешиваемых компонентов происходит быстро. Если процесс взаимодействия между частицами смешиваемых компонентов происходит медленно, то отверстия 11 в плите 9 могут быть выполнены переменного по диаметру сечения, при этом площадь сечения уменьшается в направлении выводной трубы 6 (фиг.2). Это приводит к тому, что частицы смешиваемых компонентов более длительное время находятся в отверстии 11. В стенке 12 смесительной камеры 1 над плитой 9 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа, также через эти отверстия 13 отводятся газообразные продукты от взаимодействия частиц смешиваемых компонентов.
Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение равномерности распределения компонентов смеси по ее объему за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов и уменьшения времени прохождения химических реакций между ними.