СМЕСИТЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к областям техники, использующим процессы перемешивания жидкостей, и может быть использована в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности, при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.
Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ №2085271, 6МПК B01F 5/00, 1997 год, 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 является низкая однородность смеси, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при перемешивании высоковязких компонентов.
Известен «Способ смешивания сыпучих материалов и аэродинамическое устройство для его осуществления» по патенту РФ №2294795, 6МПК B01F 3/18, 2007 год, включающий подачу воздуха и компонентов смеси тангенциально в емкость и перемешивание их во взвешенном состоянии, совместно посредством всасывания за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса с одновременным дозированием компонентов смеси тангенциальными патрубками разного диаметра, установленными в одной плоскости, и последующим смешиванием их в одной рабочей зоне. Аэродинамическое устройство, принятое в качестве ближайшего аналога, содержащее конический корпус, крышку с коробами выхода воздуха, камеру, установленную над крышкой с входным тангенциальным патрубком для подачи воздуха, центробежное вентиляторное колесо с лопатками, установленное под крышкой, полый конус с отверстием в вершине, закрепленный под центробежным вентиляторным колесом днищем вверх, и патрубок выпуска частиц, при этом на боковой поверхности рабочей камеры установлены несколько тангенциальных патрубков для ввода воздуха совместно с компонентами смеси, причем тангенциальные патрубки имеют разные диаметры и расположены последовательно по нарастающей от меньшего диаметра к большему на одной горизонтальной плоскости, а высота лопаток центробежного вентиляторного колеса должна быть равна или не меньше наибольшего диаметра всасывающего тангенциального патрубка.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2294795 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность из-за перемешивания компонентов смеси во взвешенном состоянии, посредством всасывания их за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса, что не позволяет получать частицы достаточно малых размеров.
Перед заявляемой полезной моделью поставлена задача повышения однородности смеси за счет увеличения дисперсности частиц компонентов смеси.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается за счет того, что смеситель жидкостей содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру, сверху которой установлены по крайней мере два патрубка, определенный патрубок имеет канал для подачи определенного жидкого компонента смеси, сверху смесительной камеры выполнен канал для подачи газа, снизу смесительной камеры расположена выводная труба, при этом каждый патрубок имеет возможность вращения вокруг своей оси симметрии, на каждом патрубке установлен пористый элемент в виде тела вращения с внутренней полостью, сообщающейся с каналом для подачи жидкого компонента смеси в этом патрубке, в смесительной камере расположены охватывающие патрубки сопла, объединенные коллекторной полостью, сообщающейся с каналом для подачи газа, в смесительной камере над смесью выполнены отверстия для отвода газа.
В смесительной камере могут быть расположены охватывающие патрубки сопла в виде цилиндрических отверстий.
В смесительной камере могут быть расположены охватывающие патрубки сопла в виде конуса, расширяющегося в направлении истечения газа.
Заявленная полезная модель отличается от известного технического решения по патенту РФ №2294795 тем, что каждый патрубок имеет возможность вращения вокруг своей оси симметрии, на каждом патрубке установлен пористый элемент в виде тела вращения с внутренней полостью, сообщающейся с каналом для подачи жидкого компонента смеси в этом патрубке, в смесительной камере расположены охватывающие патрубки сопла, объединенные коллекторной полостью, сообщающейся с каналом для подачи газа, в смесительной камере над смесью выполнены отверстия для отвода газа.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно, обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения дисперсности частиц компонентов смеси.
На фиг.1 представлен продольный разрез смесителя жидкостей, показан пример с соплами в виде цилиндрических отверстий.
На фиг.2 представлен продольный разрез смесителя жидкостей, показан пример с соплами в виде конуса, расширяющегося в направлении истечения газа.
Смеситель жидкостей (фиг.1) содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру 1, сверху которой установлены по крайней мере два патрубка 2, определенный патрубок 2 имеет канал 3 для подачи определенного жидкого компонента смеси 4, сверху смесительной камеры 1 выполнен канал 5 для подачи газа, снизу смесительной камеры 1 расположена выводная труба 6, при этом каждый патрубок 2 имеет возможность вращения вокруг своей оси 7 симметрии, на каждом патрубке 2 установлен пористый элемент 8 в виде тела вращения с внутренней полостью 9, сообщающейся с каналом 3 для подачи жидкого компонента смеси 4 в этом патрубке 2, в смесительной камере 1 расположены охватывающие патрубки 2 сопла 10, объединенные коллекторной полостью 11, сообщающейся с каналом 5 для подачи газа, в смесительной камере 1 над смесью 4 выполнены отверстия 12 для отвода газа.
Смеситель жидкостей работает следующим образом. Перемешиваемые жидкие компоненты смеси 4 подают самотеком или под давлением через каналы 3 в патрубках 2. Определенный патрубок 2 имеет канал 3 для подачи определенного жидкого компонента смеси 4. По каналу 3 в патрубке 2 жидкий компонент смеси 4 поступает во внутреннюю полость 9 пористого элемента 8. Пористый элемент 8 изготавливают из порошков спеканием, из вспененных пластмасс, из различных перфорированных материалов. Размер пор в пористом элементе 8 каждого патрубка 2 выбирают в зависимости от свойств (вязкость, плотность, поверхностное натяжение) жидкого компонента смеси 4. Патрубок 2 имеет возможность вращения вокруг своей оси 7 симметрии. Под действием центробежной силы жидкий компонент смеси 4 из внутренней полости 9 устремляется к пористому элементу 8. Проникая в поры пористого элемента 8, жидкий компонент смеси 4 разделяется на множество отдельных струй, которые движутся от оси 7 симметрии патрубка 2 в радиальном направлении. Струи жидкого компонента смеси 4 истекают из пор пористого элемента 8 и распадаются на множество мельчайших капель. Дисперсность капель определяется диаметром пор в пористом элементе 8 и скоростью вращения патрубка 2. Скорость вращения патрубка 2 выбирают индивидуально для каждого жидкого компонента смеси 4 ω1 и ω2. Газ подают через выполненный в смесительной камере 1 канал 5 для подачи газа в коллекторную полость 11. Распределяясь в коллекторной полости 11, газ истекает через сопла 10, охватывающие вращающиеся патрубки 2 с пористыми элементами 8. Образовавшиеся при истечении из пористых элементов 8 капли жидких компонентов смеси 4 попадают в поток газа, истекающий из сопел 10. В потоке газа капли жидких компонентов смеси 4 дробятся на более мелкие, что значительно повышает дисперсность капель. Дисперсность капель зависит от следующих параметров: скорость вращения ω1 и ω2 патрубков 2, размер пор в пористых элементах 8, скорость истечения газа из сопел 10, соотношение объемного расхода жидких компонентов смеси 4 и газа. Для увеличения дисперсности капель следующие параметры должны увеличиваться: скорость вращения ω1 и ω2 патрубков 2, скорость истечения газа из сопел 10, расход газа; размер пор в пористом элементе 8 должен уменьшатся. Увеличивая скорость истечения газа из сопел 10, можно значительно повысить дисперсность капель при постоянном расходе газа. При дозвуковых скоростях истечения газа сопла 10 выполняют в виде цилиндрических отверстий (фиг.1). При сверхзвуковых скоростях истечения сопла 10 выполняют в виде сопла Лаваля или в виде конуса, расширяющегося в направлении истечения газа (фиг.2). При сверхзвуковой скорости истечения газа возникают скачки уплотнения. Вылетевшие из пористого элемента 8 капли, попадая на скачок уплотнения, подвергаются интенсивному силовому воздействию и распадаются на множество мельчайших капель. Поэтому применение сверхзвуковых сопел 10 позволяет резко повысить дисперсность капель. Охваченные струями газа капли жидких компонентов смеси 4 движутся к низу смесительной камере 1. Капли жидких компонентов смеси 4 оседают внизу смесительной камеры 1, образуя смесь 4. Однородная смесь 4 выводится из смесительной камеры 1 через выводную трубу 6. Следующая порция капель напыляется на готовую смесь 4 и таким образом, обеспечивается непрерывное формирование смеси 4. В смесительной камере 1 над смесью 4 выполнены отверстия 12 для отвода газа.
Заявленная полезная модель позволила получить технический результат, а именно, обеспечила повышение однородности смеси за счет увеличения дисперсности частиц компонентов смеси.