PL231473B1 - Osiowy wirnik mieszający (OWM) - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest osiowy wirnik mieszający (OWM) przeznaczony do poprawy charakterystyki hydrodynamicznej przepływu, a w szczególności uzyskania profilu prędkości o wyrównanej wartości, mogący znaleźć zastosowanie w reaktorach przepływowych gdy istotne jest by czas przebywania wszystkich reagujących cząstek był zbliżony.

Dotychczas znane są różne typy mieszalników statycznych, składających się z nieruchomych elementów mieszających umieszczonych wewnątrz rurociągu [M. Al.-Atabi, Can. J. Chem. Eng. 89 (2010) 550-554]. Zwykle są to sztywne elementy statyczne zwiększające turbulencję i wzajemne przenikanie się strug płynów. Najczęściej mają kształt płaszczyzny skręconej śrubowo, bądź przegrody przesłaniającej częściowo światło przepływu. Należy nadmienić, że wszelkie elementy statyczne umieszczone w rurociągu istotnie zwiększają opory przepływu płynu.

Znana jest konstrukcja mieszalnika statycznego z polskiego opisu patentowego PL126955, w którym do mieszania płynów wysokolepkich użyto szeregowo połączone na przemian kręte elementy mieszające, z których każdy stanowi część powierzchni śrubowej na powierzchni której umieszczona jest siatka wzajemnie krzyżujących się kanałów.

Ponadto z opisu patentowego PL113369 znane jest rozwiązanie konstrukcyjne mieszalnika statycznego do ciągłego mieszania cieczy oraz sypkich, suchych ciał stałych polegające na umieszczeniu w przewodzie połączonych ze sobą elementów mieszających. Konstrukcja tych elementów zbliżona jest do stożka ściętego, w którym wydrążono co najmniej dwa kanały.

Znane są z polskiego opisu patentowego PL105789 mieszalniki statyczne w kształcie wkładki ze sprężyny śrubowej stożkowej czy mieszalniki statyczne typu Kenics KMS, KMX czy Sultzer'a SMV, SMX, SMR [M.J.H. Rafiee et al. 14th Eur. Conf. Mix. Warszawa 2013, 389-394; C.M.R. Madhuranthakam et al., Ind. Eng. Chem. Res. 48 (2009) 719-726].

Przeglądu różnych rozwiązań dokonano w pracy [A. Ghanem et al., Chem. Eng. Research and Design 92 (2014) 204-228]. Badaniami właściwości tego typu mieszalników zajmują się również polscy badacze [M. Jasińska i J. Bałdyga, Inż. Ap. Chem. 49 (2010) 41-42], [ J. Bałdyga et al., Chem. Proc. Eng. 28 (2007) 867], [M. Stec, P.M. Synowiec, Inż. Ap. Chem. 54 (2015), 48-50], [M. Stec, P.M. Synowiec, Inż. Ap. Chem. 54 (2015) 201-203].

Z polskiego opisu patentowego PL211385 znane są rozwiązania mieszalników statycznych z elementami ruchomymi umieszczonymi prostopadle do kierunku przepływu. Niedogodnością powyższego rozwiązania jest zwiększanie oporów przepływu płynu.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia mieszającego prowadzącego do takiej zmiany profilu prędkości przepływu, że wartość prędkości pozostaje względnie stała na znacznej powierzchni przekroju poprzecznego przepływu (przepływ zbliżony do przepływu tłokowego).

Istotą wynalazku jest wykorzystanie energii przepływającego płynu do obrotu unikalnego typu wirnika z wewnętrzną palisadą łopatek turbiny oraz prętami mieszającymi.

Osiowy wirnik mieszający według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma budowę modułową, w formie obrotowej tulei, umieszczonej w aparacie lub rurociągu, posiada wewnętrzne łopatki o kształcie palisady turbiny, przy czym oś obrotu wirnika pokrywa się z osią aparatu lub rurociągu, natomiast średnica wewnętrzna wirnika jest równa średnicy wewnętrznej aparatu lub rurociągu.

Osiowy wirnik mieszający według wynalazku charakteryzuje się tym, że dla średnicy rurociągu D>150 mm posiada podwójnie łożyskowany kołnierz oporowy.

Osiowy wirnik mieszający według wynalazku charakteryzuje się tym, że dla średnicy rurociągu D<150 mm wirnik, którego kształt ma postać dwóch połączonych współosiowo tulei jest łożyskowany pojedynczym łożyskiem.

Osiowy wirnik mieszający według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma pręty mieszające usytuowane po obu stronach korpusu wirnika równolegle do ścian aparatu lub rurociągu. Korzystnie długość i liczba prętów mieszających jest zmienna.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest istotne wyrównanie rozkładu prędkości w rurociągu bądź aparacie, mały opór przepływu oraz łatwość wykonania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia wykonanie OWM dla dużej średnicy rurociągu, natomiast Fig. 2 przedstawia OWM dla małej średnicy rurociągu.

Dla dużych średnic osiowy wirnik mieszający (OWM) ma budowę modułową, może być umieszczony w aparacie lub rurociągu. Zbudowany jest w formie obrotowej tulei 1, z wewnętrznymi łopatkami 2

PL 231 473 B1 w kształcie palisady łopatek turbiny, na które napiera przepływający płyn powodując obrót wirnika, dzięki czemu powstały kąt natarcia płynu na ścianę boczną łopatki umożliwia osiową rotację wirnika. W zależności od wyprofilowania łopatek OWM może obracać się zgodnie, względnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W związku z możliwością montowania w aparacie lub rurociągu całego szeregu OWM, można tak dobrać wyprofilowanie łopatek, aby kolejne wirniki w szeregu obracały się w kierunkach przeciwnych, co zwiększy wymieszanie płynu. Ponadto w korpusie wirnika zamontowane są pręty mieszające 3 zwiększające wymieszanie w warstwie przyściennej. Pręty ułożone są równolegle do kierunku przepływu, a umieszczone są po obu stronach korpusu wirnika, równolegle do ścian aparatu lub rurociągu, dzięki czemu uzyskuje się poprawę wymieszania płynu bezpośrednio w strefie przyściennej, równocześnie uzyskuje się bardziej płaski profil prędkości. Długość i liczba prętów mieszających 3 jest zmienna i dobierana indywidualnie dla każdego przypadku. Obrót wirnika wywołany jest przepływem płynu, przy czym oś obrotu wirnika pokrywa się z osią aparatu lub rurociągu, natomiast średnica wewnętrzna wirnika jest równa średnicy wewnętrznej aparatu lub rurociągu.

Chcąc zapewnić możliwie małe opory przy obrocie OWM połączenie kołnierzowe, w którym montowana jest OWM posiada kołki dystansujące, bądź tulejki na śruby 4 (Fig. 1), przy czym długość tych kołków bądź tulejek na śruby 4 musi zapewnić swobodny obrót OWM. W przypadku dużej średnicy rurociągu D>150 mm wirnik jest dwustronnie ułożyskowany w obudowie kołnierzowej i montowany jest pomiędzy zewnętrznymi kołnierzami stanowiącymi przyłącza do rurociągu technologicznego. Uszczelnienie 6 zabezpiecza od penetracji przepływającego płynu. W przypadku małej średnicy (Fig. 2), gdy średnica rurociągu D<150 połączenie rur zapewnia mufa 4, a łożyskowany jest sam wirnik, którego kształt ma postać dwóch połączonych współosiowo tulei 1. Wirnik łożyskowany jest pojedynczym łożyskiem 5 umieszczonym pomiędzy mufą 4 a tuleją wirnika. Łożysko 5 zabezpieczone jest od penetracji medium roboczego uszczelnieniem 6. Moment pędu przepływającego płynu powoduje powstanie momentu obrotowego wirnika przez oddziaływanie płynu na łopatki 2 umieszczone na wewnętrznej jego powierzchni, ale nie przesłaniających całkowicie przekroju poprzecznego przepływu płynu. Dzięki temu wzrost oporów przepływu jest ograniczony.

Stwierdzono nieoczekiwanie podczas prowadzonych prac badawczych, że zastosowany osiowy wirnik mieszający w aparacie spowodował znaczne obniżenie spadku ciśnienia wewnątrz reaktora przy zachowaniu wysokiej sprawności mieszania. Dzięki zastosowaniu OWM uzyskano spłaszczony profil prędkości, a przez to korzystniejszy rozkład czasów przebywania, przy nieznacznym wzroście oporów przepływu w stosunku do pustego kanału.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Osiowy wirnik mieszający (OWM) składający się z elementów obrotowych tulei i łożysk, znamienny tym, że ma budowę modułową, w formie obrotowej tulei (1), umieszczonej w aparacie lub rurociągu, posiada wewnętrzne łopatki (2) o kształcie palisady turbiny, przy czym oś obrotu wirnika pokrywa się z osią aparatu lub rurociągu, natomiast średnica wewnętrzna wirnika jest równa średnicy wewnętrznej aparatu lub rurociągu.
2. 2. Osiowy wirnik mieszający (OWM) według zastrz. 1, znamienny tym, że dla średnicy rurociągu D>150 mm posiada podwójnie łożyskowany kołnierz oporowy.
3. 3. Osiowy wirnik mieszający (OWM) według zastrz. 1, znamienny tym, że dla średnicy rurociągu D<150 mm wirnik, którego kształt ma postać dwóch połączonych współosiowo tulei (1) jest łożyskowany pojedynczym łożyskiem.
4. 4. Osiowy wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ma pręty mieszające (3) usytuowane po obu stronach korpusu wirnika równolegle do ścian aparatu lub rurociągu.
5. 5. Osiowy wirnik według zastrz. 4, znamienny tym, że długość i liczba prętów mieszających (3) jest zmienna.