СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ
STATIC MIXER

Изобретение относится к смесительным устройствам непрерывного действия и может быть применено для приготовления однородных смесей и эмульсий при перемешивании потоков жидкостей и газов в различных областях химической промышленности, нефтехимии, нефтегазопереработке, фармацевтике, жилищно-коммунальном хозяйстве и пищевой промышленности.
Известен статический смеситель (пат.RU 2418624 CI, B01F 5/00, опубл. 20.05.2011. Бюл. №14), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором по оси корпуса установлен смесительный элемент в виде концентричных труб с чередующимися лепестками, отогнутыми внутрь или наружу этих труб - рядом с выполненными около этих лепестков отверстиями. Недостатком такого решения является то обстоятельство, что в центральной части смесительного элемента входящий поток не подвергается воздействию лепестков, не разбивается на струйные элементы и не изменяет направление своего движения. Поэтому снижается эффект перемешивания и уменьшается однородность смеси.
Известен также статический смеситель непрерывного действия (U. S. Pat. 4647212, B01F 5/00, 03.03.1987, прототип), который содержит полый цилиндрический корпус с двумя торцовыми крышками, оснащенными оппозитными штуцерами для входа двух потоков перемешиваемых компонентов. В центральной части стенки корпуса выполнены: штуцер входа третьего подлежащего перемешиванию потока и напротив него - штуцер выхода смеси. Внутри корпуса перед каждым торцовым входным штуцером неподвижно установлена дисковая перегородка с проделанными в ней отверстиями, которые имеют наклонные в разных направлениях оси. Благодаря этим отверстиям потоки первого и второго компонентов измельчаются и в виде струй направляются к стенкам корпуса, где сталкиваются друг с другом и с потоком третьего компонента, производя перемешивание. Однако и эта конструкция имеет недостатки. Так, между торцовыми крышками и перегородками образованы застойные зоны подлежащих перемешиванию первого и второго компонентов, которые не участвуют в процессе перемешивания. Кроме того, в средней части аппарата в зоне штуцера входа третьего компонента и в зоне штуцера выхода смеси условия для перемешивания различные, в результате чего однородность смеси уменьшается. К недостаткам такой конструкции следует отнести и сложность разборки смесителя при его чистке.
Технический результат изобретения заключается в устранении указанных недостатков и повышении эффективности перемешивания. Для достижения указанного технического результата штуцеры входа подлежащих перемешиванию потоков, выполненные на съемной торцовой крышке смесителя, оснащены смонтированными на отверстиях этих штуцеров с внутренней стороны крышки смесительными насадками в виде навитых в противоположных направлениях винтовых цилиндрических пружин. В смесительных насадках на консольно закрепленных штангах установлены растекатели каплевидной формы, а свободные торцы смесительных пружинных насадок и концы штанг скреплены между собой внутри корпуса смесителя. Благодаря этому потоки перемешиваемых компонентов получают возможность закручивания в противоположных направлениях и одновременного измельчения при истечении через зазоры между витками пружин, в результате чего улучшается однородность смеси, возрастает эффективность перемешивания и сокращается время пребывания перемешиваемых компонентов внутри смесителя. Простота чистки смесителя при ремонте или техническом обслуживании достигается тем, что его боковые стенки не содержат технологических штуцеров, а смесительные насадки могут быть легко демонтированы вместе с крышкой корпуса.
На фиг.1 представлен продольный разрез смесителя, на фиг.2 - вариант смесителя с вмонтированным теплообменником, на фиг.3 - вид А на фиг.2 (расположение штуцеров на крышке смесителя), на фиг.4 - вариант монтажа смесительной насадки внутри входного штуцера малого диаметра.
Смеситель состоит из цилиндрического корпуса 1 с днищем и фланцем и прикрепленной к нему через прокладку с помощью болтовых соединений торцовой крышки 2, образующих герметичную смесительную камеру 3. В крышке 2 выполнены штуцеры 4 и 5 входа подлежащих перемешиванию потоков, движущихся в попутных направлениях, а в днище корпуса 1 - штуцер 6 выхода смеси. На внутренней стороне крышки 2 у отверстий штуцеров 4 и 5 закреплены своими торцами смесительные насадки 7 и 8, а к их свободным торцам прикреплена охватывающая их смесительная насадка 9.
Смесительные насадки 7, 8 и 9 представляют собой винтовые цилиндрические пружины в свободном или немного поджатом состоянии с навивкой в противоположных направлениях (например, насадка 7 - левого направления навивки, насадка 8 - правого, охватывающая насадка 9 - левого).
Внутрь пружинных смесительных насадок 7 и 8 введены штанги 10 и 11, на которые навинчены каплеобразные растекатели 12 и 13. Штанги 10 и 11 своими вильчатыми окончаниями приварены швами 14 к внутренним поверхностям входных штуцеров 4 и 5.
Насадки 7 и 8 и штанги 10 и 11 могут быть как прямолинейными, так и с изогнутой осью (например, оси насадки 7 и штанги 10 - изогнутые, а насадка 8 и штанга 11 - прямые). Количество растекателей 12 и 13 внутри насадок 7 и 8 может быть различным в зависимости от длины смесительной камеры 3, ее диаметра и скоростей входящих потоков. Минимальное количество - по одному растекателю внутри каждой из насадок 7 и 8.
Смесительная насадка 7 надета на наружную поверхность проходящей части 15 штуцера 4 и закреплена на ней планкой 16 и болтами 17. Смесительная насадка 8 надета на вильчатую часть штанги 11 и закреплена на ней, например, проволочными скрутками 18. Охватывающая смесительная насадка 9 закреплена на свободных торцах насадок 7 и 8 и концевом участке штанги 10 также с помощью проволочных скруток 18.
Вместо охватывающей пружинной насадки 9 внутри смесительной камеры 3 может быть установлен винтовой цилиндрический теплообменный змеевик 19 с неподвижным закреплением на крышке 2 его штуцеров входа 20 и выхода 21 теплоносителя или хладагента. В этом случае наружная винтовая поверхность змеевика 19, помимо его основного назначения - теплообмена, также выполняет функцию охватывающей смесительной насадки.
Для получения многокомпонентной смеси количество входных штуцеров на крышке может быть выполнено не два, как описано выше, а три и более - с монтажом на штуцерах соответствующего количества смесительных насадок и штанг с растекателями.
В случае малого диаметра входного штуцера 22 пружинная смесительная насадка 23 может быть вообще не закреплена на нем, а свободно пропущена через его входное отверстие. В смесительной камере 3 свободный торец насадки 23 прикрепляется, например, скрутками 18 к торцам смесительных насадок других компонентов. Внутри маломерной насадки 23 штанга с растекателями может не монтироваться.
Статический смеситель работает следующим образом.
Подлежащие перемешиванию потоки подаются через штуцеры 4 и 5 в смесительные насадки 7 и 8, встречают на своем пути растекатели 12 и 13, отбрасываются ими и направляются к внутренним винтовым поверхностям цилиндрических пружин, где приобретают вращательное движение, дробятся на струйные составляющие, измельчаются и выбрасываются в зазоры между витками пружин навстречу друг другу. Благодаря встречным навивкам пружин насадок 7 и 8 струйные составляющие, продолжая измельчаться, сталкиваются и создают оптимальные условия для перемешивания компонентов. Центральная часть потока смешиваемых компонентов попадает в охватывающую смесительную насадку 9, в которой происходит дальнейшее завихрение и закручивание потока. Завихренный и закрученный поток перемешиваемых компонентов в донной части смесительной камеры 3 соударяется с дном корпуса 1, что способствует еще более интенсивной гомогенизации смеси. Затем осуществляется выход смеси через штуцер 6.
В случае варианта исполнения смесителя с использованием теплообменного змеевика 19, смонтированного вместо охватывающей смесительной насадки 9, в его винтовой спирали также происходит завихрение и закручивание потока перемешиваемых компонентов, т.е. змеевик 19 используется помимо своей основной теплообменной функции еще и в качестве смесительной насадки. Область применения смесителя в этом варианте исполнения значительно расширяется. Например, смеситель с заполненным хладагентом змеевиком может осуществлять перемешивание жидкофазного компонента с перегретым паром, который по условиям смесеобразования должен в короткий промежуток времени полностью сконденсироваться внутри смесительной камеры 3.
Устройство имеет достаточно простую конструкцию, не содержит движущихся частей, бесшумно. Применяемые в качестве смесительных элементов винтовые цилиндрические пружины находятся в свободном или слабонагруженном состоянии, в связи с чем они могут быть изготовлены не из дорогостоящей пружинной проволоки, а навиты из более дешевого материала.
Положение смесителя в пространстве любое - горизонтальное, вертикальное или с наклонной осью.