ПЕРЕМЕШИВАЮЩАЯ УСТАНОВКА
MIXER

Изобретение относится к перемешивающей установке с вращающимся перемешивающим органом для перемешивания жидкости, который имеет прикрепленные к ступице перемешивающего органа перемешивающие лопасти. Также перемешивающая установка содержит барботирующее устройство, которое с помощью перемешивающего органа подает для диспергирования газ, такой как воздух.
У многих химических реакторов или биореакторов, которые содержат перемешивающую установку, происходят реакции, при которых в распоряжении имеется по меньшей мере один компонент реакции в виде газообразного исходного вещества. Целью перемешивающей установки является разделение газообразных компонентов на мелкие фракции и за счет этого создание большой поверхности раздела между газообразными компонентами или жидкостью таким образом, что газообразный компонент по меньшей мере частично или полностью переходит в раствор и принимает участие в происходящей в реакторе реакции.
Таким образом, существуют виды применений, в которых перемешивающая установка должна диспергировать газ. Задача диспергирования газа возникает на практике, главным образом, вместе с другими первичными задачами, такими как, например, перемешиванием потоков жидкостей различной вязкости, с помощью которых подают другие компоненты реакции, суспендированием твердых веществ, теплопередачи на элементы теплообменника, циркуляции жидкости на поверхность для испарения растворителей, осаждении и кристаллизации твердых веществ и т.д.
Для оптимального решения первичных задач в прошлом было разработано множество перемешивающих органов, которые могли отличаться относительно направления движения транспортируемого материала, а именно в радиальном и/или осевом направлении, относительно количества перемешивающих лопастей, формы перемешивающих лопастей и количества этапов перемешивания.
В уровне техники, как описано, например, в US 4371480 A и в DE 9201820 U1, существуют перемешивающие установки, у которых газ всасывается перемешивающим органом. В противоположность этому, существуют перемешивающие установки с «принудительной подачей газа», что означает, что газ всасывается не перемешивающим органом, а воздуходувкой или компрессором или подается из ресивера. Для таких известных перемешивающих установок приводятся несколько примеров.
Из WO 2008/083673 A2 известна перемешивающая установка с перемешивающим органом и барботирующим устройством вышеназванного типа. Это барботирующее устройство подает газ снизу или сбоку от перемешивающего органа и диспергирует этот газ с помощью перемешивающего органа. При таком конструктивном выполнении перемешивающей установки происходит газоотдача и газораспределение сбоку и/или под перемешивающим органом на относительно большом расстоянии от него.
Из ЕР 0847709 A1 известен перемешивающий орган, который применяют прежде всего в качестве перемешивающего/газифицирующего органа для перемешивания жидкостей. В жидкости подают газ, например воздух. У этого барботирующего перемешивающего органа подача газа происходит через подающую трубу, входное отверстие которой находится под осью перемешивания перемешивающего органа. Но также при необходимости могут быть предусмотрены несколько подающих труб на расстоянии снизу и/или сбоку от перемешивающего органа. По этим трубам подают газ в утекающий поток перемешивающего органа перемешивающей установки.
В ЕР 1055450 B1 показана перемешивающая установка, у которой подача газа происходит посредством совместно вращающихся распределительных элементов.
В отношении вышеописанных перемешивающих установок следует отметить, что среди перемешивающих установок с принудительной подачей газа можно различать два типа.
Подача газа может происходить по стационарно установленным линиям подачи, как, например, по трубам под перемешивающим органом или трубам сбоку рядом с перемешивающим органом или через кольцеобразный газораспределитель так называемый кольцевой разбрызгиватель, который расположен под перемешивающим органом. Такой кольцевой разбрызгиватель имеет несколько распределенных по контуру отверстий, через которые может выходить подаваемый к перемешивающему органу газ.
Подача газа может также происходить через совместно вращаемые распределительные элементы, как это имеет место в случае с перемешивающей установкой, которая описана в EP 1055450 B1. Однако у этой перемешивающей установки, если перемешивающий орган, наряду собственно с газификацией, должен выполнять одну из вышеназванных первичных задач, вращающиеся распределительные элементы расположены для газификации вне перемешивающего органа, так что оптимальная газификация происходить больше не может.
Сами по себе известные формы осуществления барботирующих устройств содержат несколько отдельных и обособленных элементов, которым должны быть приданы жесткие крепления для предотвращения вызванных потоком колебаний. При необходимости, в целях недопущения коррозии необходимо использовать высококачественные материалы, полученные дуплекс-процессом стали, сплавы или титан. Поэтому при общем рассмотрении существовавшие до сих пор барботирующие устройства являются сложными, содержат много отдельных деталей, и поэтому в отношении своей конструкции являются дорогостоящими и требующими больших затрат.
Изобретение имеет своей целью создать конструктивно как можно более простую подачу газа к перемешивающему органу перемешивающей установки при достижении достойной упоминания экономии затрат, а также достичь намеченной отдачи газа в каждом желательном с точки зрения механики жидкостей месте перемешивающего органа или же перемешивающих лопастей. Прежде всего, необходимо добиться оптимального диспергирования газа, не нанося ущерба выполнению первичной задачи перемешивающей установки.
Для этого согласно изобретению предоставляют в распоряжение перемешивающую установку с вращающимся перемешивающим органом для перемешивания жидкости, который содержит закрепленные на ступице перемешивающего органа перемешивающие лопасти, и с барботирующим устройством, которое посредством перемешивающего органа подает газ, такой как воздух, для диспергирования, при этом барботирующее устройство содержит вращающуюся со ступицей перемешивающего органа распределительную втулку с внутренним пространством для размещения газа, которое находится в сообщающемся соединении с совместно вращающимися выпускными трубопроводами, и стационарный подводящий трубопровод, который герметично находится в сообщающемся соединении с внутренним пространством вращающейся распределительной втулки.
Изобретение отличается тем, что выпускные отверстия выпускных трубопроводов расположены в непосредственной близости от перемешивающих лопастей и внутри перекрываемого перемешивающим органом объема или в зонах оттока жидкости непосредственно от перемешивающих лопастей и выдают газ в соответственно желательных местах с соответственно желаемом направлении движения потока.
У перемешивающей установки согласно изобретению предусмотрены совместно вращающиеся выпускные трубопроводы с расположенными в непосредственной близости от перемешивающих лопастей выпускными отверстиями, так что упрощается их установка и крепление. Эти выпускные трубопроводы позволяют также целенаправленным образом выпускать газ в любом благоприятном с точки зрения механики жидкостей месте перемешивающего органа или же перемешивающей лопасти. По совместно вращающимся выпускным трубопроводам газ направляется из распределительной втулки к соответственно желаемым выпускным отверстиям. С помощью установки согласно изобретению выпускных отверстий выпускного трубопровода в непосредственной близости от перемешивающих лопастей и внутри перекрываемого перемешивающим органом объема или в зонах оттока жидкости непосредственно от перемешивающих лопастей достигают оптимального диспергирования газа, при этом одновременно исключается нарушение выполнения первичной задачи перемешивающей установки.
Благодаря выполнению барботирующего устройства со стационарным (неподвижным) подводящим трубопроводом, который герметично находится в сообщающемся соединении с внутренним пространством центральной распределительной втулки, вращающейся вместе со ступицей перемешивающего органа, подача газообразного компонента к перемешивающему органу происходит по единственному центральному подводящему трубопроводу, посредством чего получают существенно упрощенную конструкцию перемешивающей установки, содержащую перемешивающий орган и барботирующее устройство.
Таким образом, в конструктивном выполнении перемешивающей установки также имеется центральный газоподводящий трубопровод, который находится в сообщающемся соединении с совместно вращающимися устройствами, такими как распределительная втулка, с которыми также совместно вращающиеся выпускные трубопроводы находится в сообщающемся соединении. Таким образом у подобной перемешивающей установки с барботирующим устройством осуществляется конструктивно существенно упрощенная подача газа.
Для того чтобы достичь как можно более компактного выполнения перемешивающей установки, вращающаяся распределительная втулка расположена соосно со ступицей перемешивающего органа и под ней. Таким образом получают как можно более компактное расположение и конструкцию вращающегося перемешивающего органа.
Прежде всего, согласно изобретению образованные выпускными отверстиями выпускных трубопроводов места подвода газа находятся внутри перекрываемого (охватываемого) перемешивающим органом объема. Таким образом выпускные трубопроводы у перемешивающей установки согласно изобретению позволяют осуществить свободный выбор оптимальных мест газовыделения в непосредственной близости от перемешивающих лопастей. Как направление вытекания подаваемого газа, так и место вытекания можно выбрать оптимальным образом с учетом соответствующей конструкции перемешивающего органа.
Отходящие от распределительной втулки выпускные трубопроводы могут проходить обособленно от перемешивающих лопастей, и их разгрузочные отверстия или же выпускные отверстия могут находиться по протяженности высоты лопаток или по контуру лопаток.
Разгрузочные отверстия или же выпускные отверстия выпускных трубопроводов могут находиться в области лопастей перемешивающего органа, и также возможны такие конструктивные формы, в которых эти разгрузочные отверстия находятся между лопастями перемешивающего органа.
Согласно альтернативной форме осуществления выпускные трубопроводы могут быть интегрированы в лопасти перемешивающего органа.
Переход от стационарного подводящего трубопровода и вращающейся вместе с перемешивающим органом распределительной втулки, с внутренним пространством которой соединены и сообщаются выпускные трубопроводы, следует сконструировать так, что количество потерь при переходе от стационарной к вращающейся части было как можно незначительней и таким образом осуществлялась бы надежная герметизация в области перехода. Для этого согласно изобретению в этой области перехода может быть предусмотрен гидростатический затвор или может быть предусмотрено почти неизнашиваемое осевое или радиальное щелевое уплотнение, которое осуществляет желаемую герметизацию.
Подводя итоги, для перемешивающей установки согласно изобретению является существенным получение конструктивно упрощенной подачи к перемешивающему органу по возможности с меньшим количеством отдельных деталей. Так, в изобретении предусмотрен единственный центральный подвод газа, который является стационарным и который взаимодействует с вращающейся распределительной втулкой, внутреннее пространство которой образует газоприемную камеру. От этой центральной совместно вращающейся распределительной втулки питаются выпускные трубопроводы, которые совместно вращаются, и эти совместно вращающиеся выпускные трубопроводы с выпускными отверстиями в непосредственной близости от перемешивающих лопастей и внутри перекрываемого перемешивающим органом объема или в зонах оттока жидкости непосредственно от перемешивающих лопастей могут затем выдавать газ для оптимизации перемешивающей установки в благоприятных местах и направляя при этом выделенный газ в желаемое направление движения потока для улучшения реакционной способности газа.
Далее изобретение более подробно объясняется с помощью предпочтительных форм осуществления со ссылкой на приложенные чертежи, которые служат только в качестве примера и не имеют ограничительный характер. На чертежах показаны:
фиг. 1 - схематичный вид сбоку перемешивающей установки с перемешивающим органом и барботирующим устройством согласно изобретению, и
фиг. 2 - схематичный вид сбоку перемешивающей установки с перемешивающим органом и барботирующим устройством согласно одному варианту осуществления согласно изобретению.
На чертежах одинаковые или схожие части имеют одинаковые ссылочные обозначения.
На фигуре 1 показана одна конструктивная форма обозначенной в целом ссылочным обозначением 1 перемешивающей установки. Эта перемешивающая установка 1 имеет вращающийся перемешивающий орган 2, который предназначен для перемешивания жидкостей. Перемешивающий орган 2 включает в себя ступицу 3 перемешивающего органа, к которой прикреплены перемешивающие лопасти 4. Перемешивающие лопасти 4 могут иметь любую желаемую форму и конструктивное выполнение.
Далее, перемешивающая установка 1 содержит барботирующее устройство, обозначенное в целом ссылочным обозначением 5, которое с помощью перемешивающего органа 2 подает газ, такой как воздух, для диспергирования. Барботирующее устройство 5 содержит распределительную втулку 6, вращающуюся вместе со ступицей 3 перемешивающего органа 2. Эта распределительная втулка 6 заключает в себе внутреннее пространство, которое служит для размещения газа. Распределительная втулка 6 или же ее внутреннее пространство находится в сообщающемся соединении с совместно вращающимися выпускными трубопроводами 7, которые выводят газ в желаемых местах с соответственно желаемым направлением движения потока. Помимо этого, барботирующее устройство содержит стационарный подводящий трубопровод 8, который герметично находится в сообщающемся соединении с внутренним пространством вращающейся распределительной втулки 6. В этом показанном на фигуре 1 примере осуществления совместно вращающиеся выпускные трубопроводы 7 выполнены обособленно по отношению к перемешивающим лопастям 4.
В показанной на фигуре 1 перемешивающей установке предусмотрен единственный центральный стационарный подводящий трубопровод 8 для подлежащего подаче газа. Распределительная втулка 6 расположена соосно со ступицей 3 перемешивающего органа, которая имеет внутреннее пространство для размещения газа, и под ней. Неподвижный или же стационарный подводящий трубопровод 8 и вращающаяся распределительная втулка 6 герметично соединены и сообщаются друг с другом. При этом конструкция выбрана таким образом, что количество потерь на уплотнении перехода неподвижного подводящего трубопровода 8 и вращающейся распределительной втулки 6 является как можно меньшим. Для этого на этой переходной области может быть предусмотрен гидростатический затвор или плотное соединение стационарного подводящего трубопровода 8 и вращающейся распределительной втулки 6 происходит с помощью неизнашеваемого осевого или радиального щелевого уплотнения.
Введенный по стационарному подводящему трубопроводу 8 во внутреннее пространство вращающейся распределительной втулки 6 газ выдается по совместно вращающимся выпускным трубопроводам 7 барботирующего устройства 5 в соответственно желаемом подходящем месте, при этом места подвода находятся внутри перекрываемого перемешивающим органом 2 объема. Также газ может выводиться и выдаваться на разгрузочных отверстиях совместно вращающихся выпускных трубопроводов 7 с желаемым направлением движения потока. Эти разгрузочные отверстия выпускных трубопроводов 7 могут находиться в области перемешивающих лопастей 4 или они могут также располагаться между ними. Однако они всегда расположены в непосредственной близости от перемешивающих лопастей и внутри перекрываемого перемешивающим органом объема. Эти разгрузочные отверстия выпускных трубопроводов 7 также могут находиться над или под протяженностью по высоте перемешивающих лопастей 4. В зависимости от соответствующего типа перемешивающего органа 2 можно оптимальным образом выбрать самые благоприятные места для расположения выпускных отверстий выпускных трубопроводов 7 и самые благоприятные выходные отверстия. Благодаря компактному конструктивному выполнению барботирующего устройства 5 можно прежде всего сэкономить и уменьшить стоимость монтажа и/или расходы на материал. Так как выпускные трубопроводы 7 вращаются к тому же совместно, жесткие крепления для выпускных трубопроводов для предотвращения вызванных потоком колебаний могут отсутствовать без какого-либо замещения.
Перемешивающая установка 1 согласно изобретению за счет своего варианта осуществления согласно изобретению является относительно недорогой и сопряжена с уменьшением конструкционных расходов. Поэтому перемешивающий орган 2 перемешивающей установки 1 согласно изобретению может чрезвычайно эффективным образом разделять подведенный газ на мелкие фракции, так что могут быть осуществлены оптимальные условия реакции газа и жидкости в реакторе.
На фигуре 2 показаны примеры для альтернатив форм осуществления выпускных трубопроводов 7, а также их ориентации и расположения их разгрузочных отверстий. Также там приведен пример, в котором выпускной трубопровод 7 интегрирован в соотнесенную перемешивающую лопасть 4. Все другие детали перемешивающей установки 1′ согласно фигуре 2 совпадают с деталями перемешивающей установки 1 согласно фигуре 1. Поэтому более подробное объяснение является излишним.
Изобретение не ограничено деталями изображенных форм осуществления, возможны многочисленные изменения и модификации, к которым прибегнет специалист в случае необходимости, не отходя от идеи изобретения. Так, например, возможны комбинации форм осуществления, которые частично интегрированы в перемешивающие лопасти 4, но также частично проходят обособленно по отношению к ним. Также разгрузочные отверстия совместно вращающихся выпускных трубопроводов 7 могут располагаться попеременно в различных местах относительно перемешивающего органа 2, и сами разгрузочные отверстия могут также быть выполнены по-разному для придания выходящему потоку газа желаемого в каждом случае направления движения компонентов. Согласно изобретению эти разгрузочные отверстия или же выпускные отверстия должны находиться в непосредственной близости от перемешивающих лопастей и внутри перекрываемого перемешивающим органом объема.