PL219385B1 - Pionowy mieszalnik przepływowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pionowy mieszalnik przepływowy z elementem mieszającym. Mieszalnik przeznaczony jest do mieszania płynów, szczególnie układów wielofazowych, jak również prowadzenia procesów kinetycznych.

W procesie mieszania płynów o różnej lepkości stosowane są mieszalniki przepływowe z nieruchomymi wkładkami w postaci zestawu przegród płaskich lub skręconych, perforowanych rur, kształtek o różnych profilach oraz rusztów. Przestrzenne ustawienie elementów wkładki mieszającej umożliwia skuteczne mieszanie płynu jedynie w obszarze bezpośredniego oddziaływania elementu mieszającego. Elementy mieszające zapewniają dominujący przepływ osiowy z niedostatecznym mieszaniem płynu w kierunku poprzecznym.

Znane jest rozwiązanie z opisu US nr 2 740 616, które przedstawia aparat składający się z perforowanej rury wewnętrznej i rurowej obudowy. Wewnątrz obudowy umieszczone są pierścieniowe przegrody obejmujące rurę wewnętrzną. W rurze tej umieszczone są przegrody dokładnie w połowie odległości pomiędzy przegrodami zewnętrznymi na wewnętrznej ściance rury zewnętrznej. Strumień na wlocie kierowany jest do rury wewnętrznej oraz poprzez otwory przepływa do rury zewnętrznej. Przepływający strumień płynu z przestrzeni międzyrurowej jest ukierunkowany systemem przegród z powrotem do rury wewnętrznej.

Znane z opisu wynalazku WO nr 2000/067 887 rozwiązanie przedstawia mieszalnik, którego głównym elementem jest wkładka w postaci blaszek o różnych długościach umocowanych na pręcie o osi prostopadłej do osi mieszalnika. Regulowany kąt blaszek wkładki mieszającej umożliwia wytworzenie burzliwości o kontrolowanej intensywności.

Znane z opisu wynalazku WO nr 2005/077 506 rozwiązanie przedstawia urządzenie składające się z trzech współosiowych rur z przestrzeniami międzyrurowymi wypełnionymi perforowanymi przegrodami. Kąt pochylenia przegród być jednakowy łub przeciwny.

Znane rozwiązanie z opisu wynalazku WO nr 2008/000 616 przedstawia mieszalnik zawierający łopatki ustawione poprzecznie względem obudowy aparatu. Łopatki są wygięte w przeciwne strony w taki sposób, aby tworzyły powierzchnie wklęsłe i wypukłe. Łopatki ustawione są jedna nad drugą i zwrócone wklęsłą powierzchnią do kierunku dolatującego strumienia. Możliwe jest ustawienie kilku łopatek w rzędzie na całej szerokości przewodu.

Znane rozwiązanie z opisu wynalazku US nr 2009/0 201 761 przedstawia urządzenie do wytwarzania przepływu wirowego. Składa się z cylindrycznej obudowy zamkniętej jednostronnie. Na ściance bocznej umieszczony jest króciec doprowadzający płyn do aparatu. Wewnątrz obudowy współosiowo umieszczono perforowany cylinder z otworami ukośnymi w ściance. Płyn doprowadzany króćcem przepływa przez ukośne otwory tworząc ruch wirowy wewnątrz aparatu.

Znane rozwiązanie z międzynarodowej publikacji wynalazku WO nr 2007/110 972 przedstawia urządzenie w postaci obustronnie otwartej rury z wewnętrznymi przegrodami, zajmującymi większą część powierzchni przekroju poprzecznego rury pozostawiając wąską szczelinę pomiędzy ścianką rury a przegrodą. Nieruchome przegrody umieszczone są na ściance jedna nad drugą po przeciwnych stronach. Na spodzie urządzenia wprowadzony jest pod kątem dystrybutor gazu.

Z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P 384 602 znany jest pionowy mieszalnik statyczny posiadający co najmniej dwa człony mieszające, z których każdy składa się z poziomej turbinki, dystrybutora płynów rozpraszanych, komory obróbki termicznej, rur. Mieszalnik ma obudowę rurową zamknięta pomiędzy kołnierzami wyposażonymi w kanały doprowadzające i odprowadzające płyny rozpraszane i czynnik obróbki termicznej.

Celem wynalazku było usunięcie dotychczasowych niedogodności w istniejących rozwiązaniach i opracowanie konstrukcji mieszalnika przepływowego w postaci zestawu członów i zewnętrznych rur, przy czym każdy człon mieszający ma poziome obrotowe elementy mieszające.

Pionowy mieszalnik przepływowy, według wynalazku, z elementem mieszającym przeznaczony do mieszania płynów, szczególnie układów wielofazowych i prowadzenia procesów kinetycznych, wyposażony w obudowę, rury, turbinki mieszające, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jeden człon mieszający oraz dolny człon z pokrywą i rozdzielaczem, wewnętrzny współosiowy wymiennik ciepła i górny człon stożkowy z króćcem spustowy oraz dławnicą uszczelniającą rurę wewnętrzną. Człon mieszający zawiera trzy turbinki z co najmniej jedną łopatką umieszczone na osiach prostopadłych do osi mieszalnika. Układ osi turbinek tworzy poziomy trójkąt równoboczny. Łopatki turbinek podczas swojego obrotu przenoszą płyn ku ściance wewnętrznego wymiennika ciepła. Człon

PL 219 385 B1 mieszający umieszczony jest w obudowie przedzielonej trzema współosiowymi zewnętrznymi rurami z króćcami, doprowadzającymi i odprowadzającymi i zakończonej z obu stron kołnierzami.

Zewnętrzne rury są zaślepione na obu końcach i mają otwór od strony wnętrza członu mieszającego, którym doprowadza się płyn dodatkowy do głównego strumienia. Kołnierze obudowy pozwalają łączyć ze sobą poszczególne człony mieszające w wieloczłonową konstrukcję mieszalnika przepływowego przy jednoczesnym swobodnym współdziałaniu turbinek każdego z połączonych członów mieszających. Można połączyć króćce rur zewnętrznych różnych członów mieszających, tak aby płyn dodatkowy swobodnie wpływał i wypływał pomiędzy członami mieszającymi. Oś turbinki wprowadzona jest czopami w tuleje ślizgowe, obudowane osłoną umieszczoną w kołnierzu pośrednim. Pozwała to na dobre osadzenie osi turbinki i jej swobodny obrót. Tuleje ślizgowe wkręca się przez uszczelnienie do poziomych otworów wydrążonych z zewnątrz w kołnierzu pośrednim. Zewnętrzna rura ma od wewnętrznej strony dyszę, umieszczoną w otworze. Dysza ma kształt szczeliny poziomej spłaszczonej na końcu. Wylot dyszy jest skierowany od dołu ku łopatce turbinki, a jego płaszczyzna jest równoległa do osi turbinki i poprzecznego przekroju mieszalnika, dzięki czemu wydostający się z dyszy strumień płynu dodatkowego trafia na łopatkę turbinki zapewniając jej obrót. Strumienie dodatkowych płynów zewnętrznych zasilają strumień główny przez dysze pochylone w kierunku łopatek zwiększając siłę naporu strumienia głównego. Pokrywa członu dolnego ma króciec doprowadzający strumień płynu głównego i króciec zewnętrznego obiegu cyrkulacyjnego. W przypadku niedostatecznego wymieszania strumień po przejściu przez mieszalnik jest zawracamy powrotem do mieszalnika, poprzez zewnętrzny obieg cyrkulacyjny, w celu ponownego wymieszania.

Korzystnie, turbinka ma sześć łopatek z wycięciami na szczycie. Półkoliste wycięcia są dopasowane tak, aby przy ruchu obrotowym nie zahaczała o wewnętrzny współosiowy wymiennik ciepła i zewnętrzne rury.

Korzystne, prześwit pomiędzy wycięciem łopatki a rurą zewnętrzna jest większy niż pomiędzy tym wycięciem a rurą wewnętrznego wymiennika ciepła. Uzyskuje się to poprzez odpowiednie umieszczenie rur zewnętrznych w obudowie. Wąski prześwit pomiędzy wycięciem łopatki a rurą wewnętrzną pozwała na zmniejszenie warstwy przyściennej intensyfikując w ten sposób wymianę ciepła za każdym przejściem łopatki obracającej się turbinki mieszającej.

Korzystnie, turbinka ma kształt zakrzywiony.

Korzystnie, wymiennik ciepła wewnątrz ma spiralne przegrody, które zwiększają czas przebywania czynnika obróbki termicznej, jak również zwiększają burzliwość przepływu, a tym samym polepszają zdolność wymiany ciepła w mieszalniku. Rozdzielacz ma kształt stożka ściętego. Rozdzielacz na całej powierzchni stożkowej ma szczeliny.

Korzystnie, szczeliny mają kształt spiralny, co zapewnia mu wirowy płynu mieszanego. Dzięki temu płyn jest mieszany w całej objętości mieszalnika. Rozdzielacz od strony członu mieszającego ma trzy kierownice w kształcie trójkąta z bokami wygiętymi ku sobie w stronę wewnętrznego wymiennika ciepła. Płyn z rozdzielacza kieruje się na kierownicę, którą płynie, rozszerzając strumień w kierunku łopatek turbinek i dyszy. Część głównego strumienia zasilającego mieszalnik oraz strumienia zewnętrznego obiegu cyrkulacyjnego kierownicami kierowana jest na wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych rur, w obszar łopatek wywołując obrót turbinek. Każdy następny człon mieszający umieszczony jest z przesunięciem w stosunku do poprzedniego o kąt ostry, korzystnie 60° lub kąt prosty. Pozwala to na równomierne wymieszanie płynu mieszanego. Główny strumień płynu zasilany płynami zewnętrznymi po wymieszaniu łopatkami turbinek i po obróbce cieplnej w obszarze jednego członu opuszcza ten obszar i wpływa do kolejnego członu mieszającego.

Mieszalniki według wynalazku pozwala na efektywniejsze mieszanie układów wielofazowych w porównaniu do znanych rozwiązań. Zaletą rozwiązania jest zwiększenie jakość mieszania i lepsze ujednorodnienie mieszanego układu. Ponadto, burzliwość płynu wywołana turbinkami znacznie polepsza proces wymiany ciepła pomiędzy wewnętrznym wymiennikiem ciepła a przepływającym płynem. Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne uwzględnia energetyczne i eksploatacyjne zalety przepływowych mieszalników z nieruchomymi wkładkami mieszającymi oraz wysoką skuteczność mieszania mieszadłami obrotowymi. Mieszalnik zapewnia homogenizację stężeniową i temperaturową. Pozwala skutecznie mieszać ze sobą różne płyny, a wewnętrzny wymiennik ciepła zapewnia właściwe warunki cieplne. Zespół sterowanych zaworów podłączonych do króćców zewnętrznych mu pozwala w programowalny sposób dozować dodatkowe płyny do strumienia głównego, a tym samym kontrolować i selektywnie prowadzić procesy kinetyczne. Mieszalnik przepływowy według wynalazku realizuje

PL 219 385 B1 osiowe i promieniowe wymieszanie płynu strumienia głównego z zewnętrznymi strumieniami dodatkowymi doprowadzonymi z innych zewnętrznych źródeł.

Kolejną zaleta rozwiązania jest to, że króćce zewnętrznych rur mogą dostarczać płyny w dowolny obszar mieszalnika przepływowego z innych źródeł zewnętrznych. Wynalazek pozwala na, w przypadku gdy nie jest osiągniemy wymagany stopień jakości uzyskiwanego produktu, zawrócenie dzięki pompie cyrkulacyjnej strumienia płynu przepływającego przez mieszalnik, a znajdującego się w przestrzeni buforowej w obszarze górnego członu mieszalnika. Zaletą rozwiązania jest to, że wewnętrzny wymiennik ciepła oraz osie turbinek są wyjmowane, co zapewnia w dużym stopniu rozbieralność mieszalnika przepływowego.

Mieszalnik według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pojedynczy człon mieszający w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia mieszalnik w przekroju poprzecznym przez człon mieszający, fig. 3 przedstawia osadzenie osi turbinek w kołnierzy pośrednim w przekroju, fig. 4 przedstawia górną część mieszalnika z uwidocznioną pokrywą i stożkowym rozdzielaczem płynu w widoku perspektywicznym, fig. 5 przedstawia mieszalnik z dwoma członami mieszającymi, ustawionymi jeden nad drugim, bez przesunięcia o kąt w widoku perspektywicznym.

Pionowy mieszalnik przepływowy składa się z dwóch członów mieszających, członu dolnego i członu górnego. Człon mieszający składa się z trzech turbinek 1 mieszających wyposażonych po trzy łopatki 2 każda. Każda z łopatek 2 ma wycięcia na szczycie, tak, że podczas obrotu nie zahaczają wymiennika ciepła 3 i zewnętrzne rury 4. Osie 5 turbinek wprowadzone są czopami 6 w tuleje ślizgowe 7, które to są obudowane osłoną 8 umieszczoną w kołnierzu pośrednim 9. Osie 5 turbinek są tak rozmieszczone, że tworzą trójkąt równoramienny w płaszczyźnie prostopadłej do osi mieszalnika. W środku tego trójkąta znajduje się wewnętrzny współosiowy wymiennik ciepła 3 ze spiralnymi przegrodami 10. Łopatki 2 zamknięte są wewnątrz obudowy 11. Obudowa 11 przedzielona jest trzema współosiowymi zewnętrznymi rurami 4. Każda z zewnętrznych rur 4 ma otwór od wewnętrznej strony, w którym umieszczona jest dysza 12 o kształcie szczeliny poziomej spłaszczonej na końcu. Wylot dyszy 12 skierowany jest do dołu ku łopatkom 2 turbinki 1. Płaszczyzna wylotu dyszy 12 jest równoległa do osi 5 turbinki 1. Od zewnętrznej strony zewnętrzna rura 4 ma króciec doprowadzający 13 i króciec odprowadzający 14, którym odpowiedni płyn dodatkowy się dostaje i wydostaję z zewnętrznej rury 4, zaś do wnętrza mieszalnika płyn ten wydostaje się dyszą 12. Dolny człon z pokrywą 15 ma króciec doprowadzający 16 płyn główny i króciec zewnętrznego obiegu cyrkulacyjnego 17, którym do mieszalnika wprowadza się zawracany, niedostatecznie wymieszany płyn mieszany. Człon wewnątrz ma rozdzielacz 18 o kształcie stożka ściętego, którego podstawa znajduje się od strony pokrywy 15. Rozdzielacz 18 na całej swojej powierzchni stożkowej ma szczeliny 19 wzdłużne. Rozdzielacz 18 wyposażony jest w trzy kierownice 20. Mają one 20 kształt trójkąta z bokami wygiętymi ku sobie. Kierownice 20 są tak umieszczone, że wierzchołek trójkąta opiera się na rozdzielaczu 18, a boki wygięte są w stronę wierzchołka rozdzielacza 18. W dolny człon wchodzi wewnętrzny współosiowy wymiennik ciepła 3, który w pokrywie uszczelniony jest dławicą 21 dolną i przechodzi przez ścięty wierzchołek rozdzielacza 18.

Wymiennik ciepła przechodzi przez cały mieszalni i dławicą 22 dolna połączony jest z górnym członem stożkowym 23. Górny człon wyposażony jest w króciec spustowy, którym odprowadza się płyn z mieszalnika. Dwa człony mieszające, dolny człon i górny człon połączone są za pomocą odpowiednich kołnierzy 24. Człony mieszające umieszczone są jeden nad drugim tak, że turbinki 1 i zewnętrzne rury 4 znajdują się bezpośrednio jeden nad drugim.

Strumień płynu głównego wprowadza się do mieszalnika króćcem 16. Dodatkowo, wprowadza się króćcem zewnętrznego obiegu cyrkulacyjnego 17 niedostatecznie wymieszany płyn z poprzedniego mieszania. Strumień płynu głównego kieruje się na rozdzielacz 18, a następnie szczelinami 19 do członu mieszającego. Płyn poprzez kierownice 20 kieruje się na wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych rur 4 w obszar łopatek 2 wywołując obrót turbinek 1. Króćcem doprowadzającym 13 do wnętrza zewnętrznej rury 4 wprowadza się płyn dodatkowy, który następnie dyszą 12 wypływa do wnętrza mieszalnika. Płyn dodatkowy wypływając dyszą 12 i uderza w łopatki 2 powodując ich obrót, a tym samym mieszanie płynów głównego i dodatkowego. Płyn poprzez łopatki 2 kierowany jest na wewnętrzny wymiennik ciepła odpowiadający za obróbkę cieplną. Po przejściu przez pierwszy człon mieszający płyny są kierowane do drugiego człony mieszającego, gdzie powtarzane są operacje wykonywane w członie pierwszym. Płyn z drugiego członu mieszającego wpływa do górnego człony stożkowego 23, gdzie króćcem spustowym wypływa poza mieszalnik.

Claims (14)

1. Pionowy mieszalnik przepływowy z elementem mieszającym przeznaczony do mieszania płynów, szczególnie układów wielofazowych i prowadzenia procesów kinetycznych, wyposażony w obudowę, rury, turbinki mieszające, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden człon mieszający oraz dolny człon z pokrywą (15) i rozdzielaczem (18), wewnętrzny współosiowy wymiennik ciepła (3) i górny człon stożkowy (23), przy czym człon mieszający zawiera trzy turbinki (1) z co najmniej jedną łopatką (2), umieszczone na osiach (5) prostopadłych do osi mieszalnika umieszczone w obudowie (11) przedzielonej trzema współosiowymi zewnętrznymi rurami (4) z króćcami, doprowadzającymi (13) i odprowadzającymi (14) i zakończonej z obu stron kołnierzami (24).

2. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że oś turbinki wprowadzona jest czopami (6) w tuleje ślizgowe (7), obudowane osłoną (8) umieszczoną w kołnierzu pośrednim (9).

3. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna rura (4) ma od wewnętrznej strony dyszę (12).

4. Pionowy mieszalnik według zastrz. 3, znamienny tym, że dysza (12) ma kształt szczeliny poziomej spłaszczonej na końcu.

5. Pionowy mieszalnik według zastrz. 4, znamienny tym, że wylot dyszy (12) jest skierowany od dołu ku łopatce (2) turbinki (1), a jego płaszczyzna jest równoległa do osi turbinki (1).

6. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pokrywa (15) ma króćce doprowadzające (16) i zewnętrznego obiegu cyrkulacyjnego (17).

7. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że turbinka (1) ma sześć łopatek (2) z wycięciami na szczycie.

8. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że turbinka (1) ma kształt zakrzywiony.

9. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennik ciepła (3) wewnątrz ma spiralne przegrody (10).

10. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdzielacz (18) ma kształt stożka ściętego.

11. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdzielacz na całej powierzchni stożkowej ma szczeliny (19).

12. Pionowy mieszalnik według zastrz. 10, znamienny tym, że szczeliny (19) mają kształt spiralny.

13. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdzielacz (18) od strony członu mieszającego ma trzy kierownice (20) w kształcie trójkąta z bokami wygiętymi ku sobie.

14. Pionowy mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy następny człon mieszający umieszczony jest z przesunięciem w stosunku do poprzedniego o kąt ostry lub prosty.