СМЕСИТЕЛЬ

Устройство относится к конструкциям для перемешивания высоковязких и неньютоновских жидкостей и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности.
Известна конструкция перемешивающего устройства, состоящего из комбинации тихоходной и быстроходной мешалок, закрепленных на соосных валах, при этом каждый из валов получает вращение от своего привода (патент Японии №40-17505 кл 72 В 222, 1970).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, связанная с необходимостью установки двух соосных валов и двух приводов или привода с редуктором.
Известна конструкция перемешивающего устройства, состоящего из комбинации быстроходной и тихоходной мешалок, закрепленных на соосных валах, быстроходном и тихоходном соответственно. Каждый из валов получает вращение от своего привода [Стренк Ф, «Перемешивание и аппараты с мешалками». Л. Химия, 1975, стр.64].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится необходимость установки двух соосных валов и двух приводов, что усложняет конструкцию.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип является смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту, ведущая полумуфта которой закреплена на центральном 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 ВО1F 13/00; ВО1F 7/18, Бюл. №42, 1979).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая скорость вращения тихоходной мешалки из-за недостатка крутящего момента, передаваемого гидромуфтой к тихоходной мешалке, что снижает эффективность перемешивания, тепло- и массопередачи у стенки корпуса.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение эффективности перемешивания тихоходной мешалкой жидкости, находящейся у стенок корпуса, за счет увеличения скорости вращения тихоходной мешалки.
Технический результат достигается тем, что в смесителе для растворов и суспензий, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, установленную соосно корпусу и снабженную поплавком, выполненным в виде тора, и жестко закрепленным в верхней ее части, и гидромуфту, ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, при этом на внутренней стороне лопастей тихоходной мешалки в зоне вращения быстроходной мешалки, дополнительно жестко закреплены лопатки, под углом 40-50° к плоскости лопастей тихоходной мешалки.
Дополнительное жесткое закрепление лопаток на внутренней стороне лопастей тихоходной мешалки позволяет их приблизить к потоку перемешиваемой жидкости, отбрасываемой в радиальном направлении быстроходной мешалкой, где этот поток имеет наибольшую скорость и кинетическую энергию, а жесткое закрепление лопаток в зоне вращения быстроходной мешалки позволяет максимально использовать кинетическую энергию потока перемешиваемой жидкости, отбрасываемой в радиальном направлении быстроходной мешалкой для вращения тихоходной мешалки.
Жесткое закрепление лопаток под углом 40-50° к плоскости лопастей тихоходной мешалки позволяет радиальную скорость потока перемешиваемой жидкости, идущего от быстроходной мешалки, преобразовывать в окружную скорость вращения тихоходной мешалки.
Уменьшение угла установки лопаток к плоскости лопастей тихоходной мешалки ниже 40° резко уменьшает скорость вращения тихоходной мешалки из-за уменьшения скоростного напора потока, идущего в радиальном направлении от быстроходной мешалки, что приводит к снижению эффективности перемешивания жидкости у стенок корпуса, увеличение угла установки лопаток к плоскости лопастей тихоходной мешалки более 50° также приводит к уменьшению скоростного напора потока, идущего в радиальном направлении от быстроходной мешалки и снижению скорости вращения тихоходной мешалки, а значит и снижению эффективности перемешивания у стенок корпуса.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемой конструкции смесителя, на фиг.2 сечение в зоне работы быстроходной мешалки. Смеситель содержит турбинную или пропеллерную мешалку 1 для центральной зоны быстрого перемешивания, закрепленную на валу 2 привода и рамную или якорную мешалку 3, укрепленную - соосно корпусу для периферийного медленного перемешивания жидкости в близи стенки корпуса, к лопастям которой прикреплены поплавок 4, выполняющий роль опоры тихоходной мешалки и выполненный, например в виде тора, и ведомая полумуфта 5 гидромуфты в виде кольца. Диск ведущей полумуфты 6 закреплен на валу 2 привода. На внутренней стороне лопастей тихоходной мешалки 3 в зоне вращения быстроходной мешалки 1 жестко закреплены лопатки 7 под углом 40-50° к плоскости лопастей тихоходной мешалки 3.
1
2
2
Смеситель работает следующим образом. Вал 2 быстроходной мешалки 1, создающей зону перемешивания в центральной части аппарата, и ведущей полумуфты 6 вращается от привода с числом оборотов n. Крутящий момент к тихоходной мешалке 3, создающей зону перемешивания в периферийной части аппарата вблизи стенки корпуса и вращающейся с числом оборотов n передается через зазор между полумуфтами 5 и 6. Дополнительный крутящий момент создается радиальным потоком жидкости, идущим от лопастей быстроходной мешалки 1, который ударяется о лопатки 7, установленные под углом 40-50° к плоскости лопастей тихоходной мешалки 3, и переводит их кинетическую энергию в энергию вращения тихоходной мешалки 2. Увеличение или уменьшение заявленного диапазона в 40-50° установки лопаток 7 по отношению к плоскости лопастной тихоходной мешалки приводит к снижению дополнительного крутящего момента, а значит числа оборотов n тихоходной мешалки.
Предлагаемая конструкция смесителя позволяет увеличить число оборотов тихоходной мешалки, а значит интенсифицировать процесс перемешивания в периферийной зоне у стенок корпуса, увеличить тепло- и массообмен и скорость реакций, то есть увеличить эффективность смешения высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, суспензий и эмульсий.