ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам для смешивания жидкостей, в частности - к циркуляционным смесителям для смешивания и растворения твердых веществ в жидкой вязкой среде, в том числе, для получения (приготовления) ингибиторов коррозии стали на основе водорастворимого полимера, в качестве которого используют полиоксиэтилен, кальцинированной соды и бентонитовой глины.
Более конкретно, предлагаемый циркуляционный смеситель предназначен для:
1) перемешивания вязких суспензий с высокой объемной долей твердой фазы;
2) растворения твердых веществ в жидкости, в том числе полимеров с высоким молекулярным весом без предварительного их набухания;
3) диспергирования в жидкости твердых веществ, в том числе обладающих способностью к набуханию, с частицами субмикронных размеров (десятки и сотни нанометров, например, бентонитовые глины);
4) поддержания постоянного объемного состава седиментирующих гетерогенных сред (жидкостей);
5) поддержания флокуляционной устойчивости нестабильных многокомпонентных систем.
Уровень техники
Известен смеситель для гетерогенных сред, который снабжен тарелкой, края которой загнуты навстречу потоку гетерогенной среды, расположенной ниже всасывающего отверстия струйного аппарата. Края тарелки находятся на уровне среза всасывающего отверстия (патент RU №2125906, B01F 5/10).
К недостатку известного устройства следует отнести то, что чрезмерно усложнена конструкция струйного аппарата, а также отсутствует возможность управления процессом перемешивания посредством регулировки в зависимости от диапазона значений вязкости и содержания твердых частиц.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является конструкция смесителя, содержащего цилиндроконический корпус, циркуляционный контур, насос, расположенный по оси корпуса струйный аппарат, включающий диффузор, камеру смешения, приемную камеру и сопло. При этом устройство снабжено всасывающим патрубком, на нижнем конце которого имеется рассекатель, прикрепленный к входу в приемную камеру струйного аппарата (патент RU №2035982, B01F 5/10).
К недостаткам известного устройства можно отнести то, что:
- отсутствует горизонтальное перемешивание жидкости, а также возможность регулировки и, следовательно, возможна неоднородность перемешивания по объему смесителя;
- имеются застойные зоны (ложное дно, пристеночные области);
- отсутствует принудительное перемешивание в вертикальной плоскости;
- исключается возможность перемешивания вязких жидкостей с высоким объемным содержанием твердых веществ;
- смеситель предназначен для стационарного использования.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков.
Сущность полезной модели
Указанный технический результат достигается тем, что в циркуляционном смесителе, содержащем цилиндроконический корпус, циркуляционный контур, включающий насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы и расположенный по оси корпуса струйный аппарат, включающий диффузор, согласно полезной модели всасывающий трубопровод подсоединен в нижней части корпуса, а диффузор установлен в конической части и выполнен в виде перпендикулярно и симметрично расположенных по обе стороны струйного аппарата в горизонтальной плоскости боковых трубопроводов с разнонаправленными патрубками завихрения, имеющих возможность регулирования их под углом в вертикальной плоскости, при этом диффузор выполнен регулируемым по высоте.
А также тем, что трубопроводы и патрубки соединены посредством резьбового соединения.
А также тем, что регулирование по высоте диффузора обеспечено посредством телескопического соединения его со струйным аппаратом.
Простое сравнение известного решения (прототипа) и предлагаемого показывает, что в первом струйный аппарат кроме диффузора снабжен камерой смешения, приемной камерой, соплом, а всасывающий патрубок снабжен рассекателем.
В предложенном решении струйный аппарат имеет только диффузор, который выполнен в виде симметрично расположенных по обе его стороны трубопроводов с разнонаправленными патрубками, обеспечивающими завихрение, смешение и растворение продуктов смешения, причем равномерно по всему объему смесителя как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении за счет установки разнонаправленных завихряющих патрубков под углом в вертикальной плоскости. Например, при относительном расположении разнонаправленных патрубков в вертикальной плоскости (180 градусов) перемешивание будет осуществляться с охватом большего объема жидкости. А возможность регулирования положения диффузора по высоте вдоль вертикальной оси конической части позволяет избежать седиментации твердых частиц в объеме перемешиваемой жидкости и образования труднорастворимых агломератов вязкоупругих полимерных составляющих с твердыми частицами.
Указанные преимущества будут более полно раскрыты в разделе "осуществление полезной модели".
Ниже полезная модель поясняется на примере выполнения с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично представлен в разрезе предлагаемый смеситель;
на фиг.2 - то же, вид сверху;
на фиг.3 - диффузор, вид сбоку, с учетом примера.
Осуществление полезной модели
Циркуляционный смеситель содержит цилиндроконический корпус 1 (емкость), циркуляционный контур 2, включающий насос 3, всасывающий 4 и нагнетательный 5 трубопроводы и расположенный по оси корпуса струйный аппарат 6, включающий диффузор 7.
Согласно полезной модели всасывающий трубопровод 4 подсоединен в нижней части корпуса, а диффузор 7 установлен в конической части 8 и выполнен в виде перпендикулярно и симметрично расположенных по обе стороны струйного аппарата 6 в горизонтальной плоскости боковых трубопроводов 9, 10 с разнонаправленными на их концах патрубками завихрения 11, 12, имеющих возможность регулирования их под углом в вертикальной плоскости. При этом диффузор 7 выполнен регулируемым по высоте.
При этом трубопроводы и патрубки соединены посредством резьбового соединения, позволяющего поворачивать патрубки завихрения под любым углом в вертикальной плоскости, причем они могут располагаться, как симметрично относительно боковых трубопроводов, так и под разными углами, а следовательно и на разной высоте в конической части, тем самым обеспечивая интенсивное образование завихряющих потоков жидкости в вертикальной плоскости, что исключает оседание твердых частиц в конической части 8 и обеспечивает перемешивание жидкостей с широким диапазоном значений вязкости, позволяя исключить образование застойных зон и областей налипания на боковую поверхность при перемешивании жидкостей с различными значениями вязкости и наличием объемной доли твердых частиц.
Регулирование по высоте диффузора обеспечено посредством телескопического соединения его со струйным аппаратом, что позволяет задавать положение диффузора в зависимости от вязкости композиции.
Работает циркуляционный смеситель следующим образом. В зависимости от значения вязкости перемешиваемой жидкости устанавливается положение диффузора 7 по высоте h конической части 8 посредством его телескопического соединения со струйным аппаратом 6, регулируется угол α поворота патрубков завихрения 11, 12 посредством резьбовых соединений. В емкость 1 загружаются компоненты смеси и включается насос 3.
Жидкость в корпусе 1 (емкости) непрерывно перемешивается посредством циркуляционного контура 2 насосом 3 через всасывающий 4 и нагнетательный 5 трубопроводы и струйный аппарат 6. Смешиваемые компоненты последовательно загружаются в смеситель сверху через загрузочный люк (на рисунке не показано). Твердые компоненты загружаются в жидкость в порошковом состоянии постепенно для предотвращения комкования.
Перемешивание жидкой композиции в смесителе осуществляется за счет интенсивного завихрения посредством диффузора 7 с разнонаправленными патрубками завихрения 11, 12. Целесообразно регулировать положение диффузора 7 по высоте h конической части 8 корпуса 1, а патрубки завихрения 11, 12 - под углом к горизонтальной плоскости. При таких условиях происходит равномерное горизонтальное и вертикальное перемешивание жидкости по всему объему без образования застойных зон, седиментации твердых частиц, труднорастворимых агломератов вязкоупругих полимерных составляющих.
При этом площадь поперечного сечения трубопроводов и патрубков завихрения не должна превышать площади поперечного сечения центральной трубы струйного аппарата для оптимальной работы циркуляционного насоса и создания максимальной скорости завихрения жидкости.
Для определения значений h и α необходимо предварительно определить значение вязкости получаемой композиции. Вязкость может быть вычислена по формуле  где
R - внутренний радиус патрубка;
ΔР - перепад давления между значениями на выходе из насоса и выходе из патрубка;
ΔL - длина нагнетательного трубопровода и струйного аппарата;
Q - скорость течения перемешиваемой жидкости в струйном аппарате.
В зависимости от величины вязкости опытным путем были подобраны параметры регулировки: положения по высоте диффузора и угла отклонения в вертикальной плоскости патрубков завихрения, которые представлены в таблице. Данные параметры регулировки обеспечивают наилучшие условия диспергирования твердых частиц и необходимую скорость истечения завихряющих потоков.
Таблица
Значения вязкости перемешиваемых жидкостей η, мПа·с
Параметры регулировки положения диффузора по высоте, h
Угол поворота завихряющего патрубка, αº
от 0,65 до 10<sup>3</sup>
<sup>3</sup>/<sub>4</sub> высоты конической части
от 0º до 15º
от 10<sup>3</sup> до 10<sup>6</sup>
<sup>2</sup>/<sub>3</sub> высоты конической части
от 15º до 30º
от 10<sup>6</sup> до 10<sup>13</sup>
<sup>1</sup>/<sub>2</sub> высоты конической части
от 30º до 45º
3
4
Пример. Для приготовления ингибитора коррозии стали объемом 1000 л на основе 0,01% полиоксиэтилена, 1% кальцинированной соды и 1,5% бентонитовой глины целесообразно использовать шламовый насос ГВН-150/50 с номинальной подачей 150 м/ч и давлением 5 атм, подключенного к циркуляционному контору смесителя. Перед загрузкой компонентов смеси в корпус произведем регулировку вертикального положения диффузора вдоль вертикальной оси конической части высотой h, угла отклонения α разнонаправленных патрубков завихрения. Регулировку данных параметров проведем с учетом вязкости перемешиваемой жидкости, которая будет составлять примерно 10 мПа·с (характерное значение для водных растворов полиоксиэтилена в пределах концентрации 0,01%), и с учетом наличия твердых веществ микронных размеров, обладающих способностью к набуханию и легко седиментирующих в объеме жидкости (бентонитовая глина). Чтобы избежать седиментации твердых частиц в объеме перемешиваемой жидкости и образования труднорастворимых агломератов вязкоупругих полимерных составляющих с твердыми частицами, а также исключить образование застойных зон и областей налипания на боковую поверхность:
1) устанавливаем диффузор по высоте h конической части в пределах 2/3 высоты конической части;
2) угол отклонения α разнонаправленных патрубков завихрения устанавливаем в пределах от 20º до 25º (данные параметры обеспечат наилучшие условия диспергирования значительной объемной доли твердых частиц в объеме жидкой вязкоупругой среды, необходимую скорость завихряющих потоков в вертикальной плоскости);
3) далее заливаем в смеситель расчетное количество воды - 975 кг;
4) включаем насос;
5) засыпаем полиоксиэтилен, при этом для его растворения потребуется несколько циклов прохода жидкости через циркуляционный контур;
6) после полного растворения полиоксиэтилена добавляем кальцинированную соду в количестве 10 кг;
7) затем засыпаем бентонитовую глину;
8) перемешиваем композицию в течение 20 минут при температуре не ниже 20ºС.
Предлагаемые параметры регулировки обеспечивают качественное растворение указанных компонентов, а также диспергирование по всему объему твердых частиц.
В настоящее время изготовлен опытный образец заявленной полезной модели и, т.о. подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных средств и методов с обеспечением усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость».
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах, позволяет утверждать, что заявляемое решение соответствует требованию «новизна».
Следует заметить, что преимущество полезной модели перед близким аналогом (прототипом) обеспечивается представленной совокупностью существенных признаков, каждый из которых выполняет свою функцию, а вместе, во взаимосвязи, они решают задачу создания нового изделия, отвечающего современным требованиям.