Прямоточный горизонтальный смеситель
STRAIGHT-FLOW HORIZONTAL MIXER

Изобретение относится к перемешивающим устройствам и может быть использовано при получении эмульсий, суспензий и при транспортировании седиментационно-неустойчивых суспензий и эмульсий в различных отраслях промышленности.
Известно массообменное устройство (Патент РФ №2430775, 2011, В 01 F 5/06), включающее осесимметричный корпус, расположенные на одной горизонтальной оси основной загрузочный и разгрузочный патрубки, стянутые продольной стяжкой соосные с корпусом перфорированные перемешивающие элементы, изогнутые по винтовым поверхностям с возможностью установки лопастей как по непрерывным винтовым поверхностям, так и с делением угла между смежными лопастями предыдущего элемента лопастью последующего пополам. Основным недостатком устройства является высокое его гидравлическое сопротивление.
Известен осевой смеситель (Патент РФ №2414286, 2011, B01F 7/26), включающий вертикальный цилиндрический корпус, загрузочный и разгрузочный патрубки, соосно установленные на вертикальном вале и корпусе перфорированные перемешивающие элементы, вал закреплен с помощью подшипниковых узлов в основаниях корпуса и соединен с приводом вращения. Основным недостатком осевого смесителя является то, что его трудно использовать в качестве прямоточного горизонтального перемешивающего устройства.
Наиболее близкими к предполагаемому изобретению является рабочий орган смесителя (Авторское свидетельство СССР №1230655, 1986, B01F 5/06), включающий осесимметричный корпус, расположенные на одной горизонтальной оси основной загрузочный и разгрузочный патрубки, стянутые продольной стяжкой соосные с корпусом перемешивающие элементы, изогнутые по винтовым поверхностям правой и/или левой навивок и соединенные ступицей с возможностью установки лопастей как по непрерывным винтовым поверхностям, так и с делением угла между смежными лопастями предыдущего элемента лопастью последующего пополам.
К основным недостаткам данного смесителя следует отнести то, что качество смешения в нем обеспечивается только величиной напора на его входе, а, следовательно, диссипацией кинетической энергии упорядоченного движения потока жидкости перед смесителем в энергию неупорядоченного вихревого движения жидкости на выходе из смесителя.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности процессов перемешивания, диспергирования суспензий и эмульсий, предотвращение зарастания трубопроводов при транспортировании седиментационно-неустойчивых суспензий.
Решение указанной задачи достигается тем, что предлагается прямоточный горизонтальный смеситель, включающий осесимметричный корпус, расположенные на одной горизонтальной оси основной загрузочный и разгрузочный патрубки, стянутые продольной стяжкой, соосные с корпусом перемешивающие элементы, изогнутые по винтовым поверхностям правой и/или левой навивок и соединенные ступицей с возможностью установки лопастей как по непрерывным винтовым поверхностям, так и с делением угла между смежными лопастями предыдущего элемента лопастью последующего пополам. Продольная стяжка изготовлена в виде вала, закреплена с помощью подшипниковых узлов в основаниях осесимметричного корпуса и соединена с приводом вращения, основание корпуса выполнено диаметром в два раза большим, чем диаметр разгрузочного патрубка, ось симметрии корпуса смесителя смонтирована под острым углом к оси основного загрузочного и разгрузочного патрубков, лопасти перемешивающих элементов, кроме первого и последнего элементов, по ходу движения жидкости, выполнены перфорированными.
Кроме того, осесимметричный корпус смесителя может быть изготовлен в виде полого цилиндра, полого усеченного конуса, полой прямой правильной шестигранной призмы.
На фиг. 1 изображен прямоточный горизонтальный смеситель с цилиндрическим корпусом, общий вид; на фиг. 2 - прямоточный горизонтальный смеситель с коническим корпусом, общий вид; на фиг. 3, 4 - варианты сборки перемешивающих элементов смесителя.
Заявляемый прямоточный горизонтальный смеситель включает осесимметричный корпус 1, расположенные на одной горизонтальной оси основной загрузочный 2 и разгрузочный 3 патрубки, стянутые продольной стяжкой 4, соосные с корпусом перемешивающие элементы 5, 6 изогнутые по винтовым поверхностям правой и/или левой навивок и соединенных ступицей с возможностью установки лопастей как по непрерывным винтовым поверхностям, так и с делением угла между смежными лопастями предыдущего элемента лопастью последующего пополам. Продольная стяжка 4 изготовлена в виде вала, который закреплен с помощью подшипниковых узлов 7, 8в основаниях 9 осесимметричного корпуса 1. Вал соединен с приводом вращения 10. Осесимметричный корпус 1 смесителя может быть изготовлен в виде полого цилиндра (фиг. 1) или в виде полого усеченного конуса (фиг. 2) или в виде полой прямой правильной шестиугольной призмы (на фиг. не изображен). Основание осесимметричного корпуса 1 выполнено диаметром в два раза большим, чем диаметр разгрузочного патрубка 3, в случае изготовления корпуса 1 в виде полого цилиндра или в виде полого усеченного конуса. В случае выполнения осесимметричного корпуса 1 в виде полой прямой правильной шестигранной призмы диаметр вписанной в шестиугольное основание окружности принимается в два раза большим, чем диаметр разгрузочного патрубка 3. Ось симметрии корпуса смесителя смонтирована под острым углом (от 10 до 80°) к общей оси основного загрузочного 2 и разгрузочного 3 патрубков. Лопасти перемешивающих элементов 5 выполнены сплошными. Лопасти перемешивающих элементов 6 выполнены перфорированными. Введение в поток жидкости дополнительных ингредиентов осуществляется через патрубок 11.
Заявляемый прямоточный горизонтальный смеситель работает следующим образом.
Подлежащие смешению жидкие продукты заполняют осесимметричный корпус 1 смесителя через загрузочный 2 или разгрузочный патрубок 3. Затем включается привод вращения 10 перемешивающих элементов 5, 6. Жидкость с помощью перемешивающих элементов 5 и 6 приобретает направленное турбулентное движение слева направо. Интенсивное перемешивание осуществляется путем разделения и соединения потоков жидкости с помощью лопастей и перфораций перемешивающих элементов 5, 6. В корпус смесителя через один или несколько патрубков 11 могут вводиться дополнительные жидкие ингредиенты.
Вывод продукта из смесителя в трубопровод осуществляется через разгрузочный патрубок 3.
Указанные преимущества предлагаемого прямоточного горизонтального смесителя, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что использование в заявляемом прямоточном горизонтальном смесителе новой совокупности конструктивных элементов, а именно, продольной стяжки изготовленной в виде вала, закрепленной с помощью подшипниковых узлов в основаниях осесимметричного корпуса и соединенной с приводом вращения, основания корпуса, выполненного диаметром в два раза большим, чем диаметр разгрузочного патрубка, оси симметрии корпуса смесителя, смонтированной под острым углом к оси основного загрузочного и разгрузочного патрубков, позволяет конструктивно обеспечить не только качественное перемешивание жидких продуктов, но и подвод в смеситель дополнительной кинетической энергии, обеспечивающей упорядоченную транспортировку жидких продуктов в трубопроводах за пределами смесителя.
Применение перфорированных лопастей перемешивающих элементов позволяет не только повысить эффективность перемешивания жидких продуктов, но и производить интенсивное их диспергирование за счет усиления кавитационных процессов.
Опытным путем установлено, что, если необходимо с помощью прямоточного смесителя обеспечить:
- одновременно и эффективное перемешивание и необходимый напор жидкости за пределами смесителя, то целесообразно использовать корпус смесителя, изготовленный в виде полого цилиндра;
- в первую очередь максимально возможный напор жидкости за пределами смесителя, то целесообразно использовать корпус смесителя, изготовленный в виде полого усеченного конуса;
- в первую очередь эффективное перемешивание и диспергирование, то целесообразно использовать корпус смесителя, изготовленный в виде полой прямой правильной шестигранной призмы.
Кроме того, предлагаемый смеситель не требует больших трудозатрат на его врезку практически в любом месте прямолинейного горизонтального трубопровода, поскольку сам является прямоточным, а диаметры основного загрузочного и разгрузочного патрубков смесителя можно выбрать равными диаметру трубопровода.