PL234241B1 - Przepływowy mieszalnik statyczny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przepływowy mieszalnik statyczny, wyposażony w płaszcz grzejny, przeznaczony do mieszania płynów oraz wytwarzania układów wielofazowych.

Stosowane w wielu gałęziach przemysłu mieszalniki statyczne są aparatami o stosunkowo prostej konstrukcji. Ich głównym elementem są wkładki mieszające (statyczne elementy mieszające) wprowadzone w przewód rurowy o kołowym przekroju poprzecznym, mające za zadanie rozdzielenie głównego strumienia przepływającego płynu na szereg, zmieniających położenie i prędkość strug. Odpowiednio ukształtowane elementy, umieszczone zazwyczaj szeregowo w przewodzie, powodują ciągłe dzielenie i łączenie powstałych strug z jednoczesnym przemieszczaniem powstałych warstewek płynu w porównaniu z płynem przed procesem mieszania (tzn. przed przepływowym mieszalnikiem statycznym).

Efektywnie działający mieszalnik statyczny charakteryzuje się niskim spadkiem ciśnienia, co wiąże się bezpośrednio z niskimi kosztami operacyjnymi i eksploatacyjnymi. Wymaganą jakość produktu w tego typu aparacie uzyskuje się zazwyczaj przez zastosowanie odpowiedniej liczby wkładek mieszających, umieszczonych jedna po drugiej lub w pewnej odległości od siebie. Łatwość w eksploatacji oraz stosunkowo niskie koszty operacyjne aparatów mieszających wyposażonych w statyczne elementy, mieszające przekłada się bezpośrednio na szeroki zakres ich stosowania w różnych gałęziach przemysłu.

Znany z opisu patentowego US5813762 mieszalnik statyczny wyposażono w elementy o kształcie płyty umieszczone w kanale rurowym. Płyty częściowo blokują przekrój poprzeczny rury. Kształt płyty opiera się na elipsie zmodyfikowanej w ten sposób, że ucięto ją równolegle do krótszego promienia. Powstaje w ten sposób wycinek elipsy z jednym prostym bokiem. W płycie wykonano szczelinę poprzez wycięcie biegnące równolegle do dłuższego promienia elipsy, od zaokrąglonego końca w kierunku płaskiej krawędzi. Płytę umieszczono w rurze w tak, że krawędzie płyty tworzą z osią rury kąt 20-60°. Przepływający płyn częściowo omija płytę w części odciętej elipsy, reszta płynu trafia na płytę i przeciska się przez szczelinę.

Znany z patentu US2002031046 mieszalnik zawiera co najmniej dwie przegrody przeznaczone do tworzenia wirów w cieczy przepływającej przez kanał rurowy. Pierwsza przegroda jest w postaci pochylonej płyty połączonej ze ścianą rury za pomocą podpory. Płyta ma kształt trapezu, którego dłuższa podstawa usytuowana jest przy ścianie rurowego kanału. Druga przegroda ma kształt i układ taki sam jak pierwsza, przy czym obrócona jest o kąt 90° względem osi kanału. Przegrody są umieszczone tak, że ich krawędzie nie stykają się z rurą i są omywane przez przepływający płyn. Opisane rozwiązanie konstrukcyjne może być stosowane w szczególności do wytwarzania układów wielofazowych.

Znany z patentu US2002063344 mieszalnik statyczny zawiera wkład mieszający wykonany z karbowanego pasa, który został obustronnie nacięty na około 1/4 szerokości. Nacięcia przebiegają pod kątem ostrym, względem wzdłużnej osi pasa, po obu jego bokach. Następnie pas został skręcony w osi podłużnej w taki sposób, że brzeg pasa tworzy śrubowe odcinki pomiędzy nacięciami, które są dodatkowo obrócone w osi. Płyn zawirowywany jest na skręconym pasie i częściowo przedostaje się szczelinami na jego drugą stronę.

Niedogodnością dla opisanych powyżej rozwiązań mieszalników statycznych jest mała efektywność procesu mieszania, wynikająca z niewielkiego podziału strumienia głównego na strugi. Uzyskanie pożądanego efektu wymaga zastosowanie dużej liczby elementów mieszających, co wpływa na wzrost oporów przepływu oraz na zwiększoną energochłonność prowadzonego procesu.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji przepływowego mieszalnika statycznego eliminującego podane powyżej niedogodności oraz zwiększającego efektywność procesu mieszania w porównaniu z opisanymi wynalazkami. Cel ten został osiągnięty przez zastosowanie nowej konfiguracji geometrycznej wkładki mieszającej, oraz ich odpowiednie usytuowanie w przewodzie rurowym o kołowym przekroju poprzecznym.

Przepływowy mieszalnik statyczny, według wynalazku, zawierający, kanał rurowy zakończony kołnierzami, elementy mieszające, pierścienie montażowe, płaszcz grzejny, krócieć wlotowy i wylotowy płaszcza grzejnego, uchwyty, charakteryzuje się tym, że wewnątrz kanału rurowego ma co najmniej jedną wkładkę mieszającą, która składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy oraz wewnętrznego elementu, którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy. Wkładka mieszająca jest unieruchomiona za pomocą pierścieni montażowych na końcach kanału rurowego. Rama i wewnętrzny element skręcone są względem osi podłużnej o kąt 120° w tym samym kierunku wzglę

PL 234 241 B1 dem osi podłużnej kanału rurowego i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej wkładki mieszającej. Wewnętrzny element jest obrócony w osi podłużnej mieszadła o kąt 90° względem ramy. Rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt prostokąta lub owalu. Korzystnie dłuższa krawędź boczna ramy i wewnętrznego elementu są skręcone w taki sposób, aby w przestrzeni zakreślały linie śrubowe przesunięte względem siebie o 90°. Rama i wewnętrzny element mogą być lewoskrętne lub prawoskrętne względem osi wkładki mieszającej. Korzystnie mieszalnik statyczny wyposażony jest w trzy lub pięć wkładek mieszających, a każda kolejna wkładka mieszająca obrócone jest o kąt 60° względem poprzedniej.

Zastosowanie odpowiedniej liczby statycznych wkładek mieszających pozwoli na uzyskanie żądanego stopnia zmieszania na stosunkowo krótkim odcinku przewodu rurowego, przy stosunkowo niewielkim oporze przepływu. Zasada pracy przepływowego mieszalnika statycznego, wyposażonego w szereg wkładek mieszających umieszczonych w przewodzie rurowym, polega na podziale głównego strumienia płynu na strugi oraz ich mieszaniu dzięki prześwitowi między elementami wkładki. Przy przepływie przez następną wkładkę mieszającą, płyn ulega kolejnemu podziałowi na warstewki płynu, potęgując efekt mieszania.

Konfiguracja geometryczna mieszalnika zapewnia zwiększenie burzliwości przepływającego płynu zarówno przy ściance aparatu, jaki i w jego rdzeniu oraz zwiększenie efektu mieszania w kierunku poprzecznym przy niwelowaniu dominującego przepływu w kierunku osiowym.

Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne przepływowego mieszalnika statycznego może być stosowane również w procesach intensyfikujących wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem grzejnym/chłodniczym a przepływającym przez mieszalnik płynem. Przepływowy mieszalnik statyczny według wynalazku pozwala na uzyskanie spłaszczenia profili temperatury, co może być szczególne korzystne przy procesie produkcji produktów szczególnie wrażliwych na występowanie niekorzystnych gradientów temperatury.

Mieszalnik statyczny według wynalazku przedstawiono w wariantach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wkładkę mieszającą, w którym rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt prostokąta, fig. 2 przedstawia wkładkę mieszającą, w którym rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt owalu, fig. 3 przedstawia mieszalnik statyczny w przekroju osiowym, fig. 4 przedstawia pierścień montażowy w widoku z góry, fig. 5 przedstawia pierścień montażowy w przekroju, fig. 6 przedstawia układ pięciu wkładek mieszających, fig. 7 przedstawia układ pięciu wkładek mieszających obróconych względem siebie o 60°, fig. 8 przedstawia układ pięciu wkładek mieszających, w których rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt owalu.

P r z y k ł a d 1

Mieszalnik statyczny posiada kanał rurowy 1 zakończony kołnierzami. Wewnątrz kanału 1 umieszczono szeregowo pięć wkładek mieszających. Każda wkładka mieszająca składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy 2 oraz wewnętrznego elementu 3 w kształcie prostokąta, którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy 2. Rama 2 i wewnętrzny element 3 są skręcone o kąt 120° w tym samym kierunku i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej wkładki mieszającej. Wewnętrzny element 3 jest obrócony w osi podłużnej kanału rurowego 1 o kąt 90° względem ramy 2. Mieszadła połączone są bezpośrednio między sobą za pomocą spawu i unieruchomione w kanale rurowym 1 za pomocą pierścieni montażowych 4 wyposażonych w uchwyty 8, znajdujących się na obu końcach kanału rurowego 1. Kołnierze kanału rurowego 1 oraz pierścienie montażowe 4 zaopatrzono w otwory przelotowe umożliwiające wpięcie aparatu do instalacji rurowej lub zamontowanie dennic z króćcami. Kanał rurowy 1 wyposażony jest w płaszc z grzejny 5, wraz z króćcami wlotowym 6 i wylotowym 7.

Wkładki mieszające umieszone w kanale rurowym 1 zwiększają burzliwości płynu zarówno przy ścianie kanału rurowego 1, jak i w rdzeniu oraz powodują podział płynu na strugi. W wyniku wzajemnego oddziaływania dwóch elementów, ramy 2 i wewnętrznego elementu 3, strugi przepływającego płynu zostają wprawione w ruch rotacyjny z różnymi prędkościami.

P r z y k ł a d 2

Mieszalnik statyczny jak w przykładzie 1 z tym, że rama 2 wewnątrz i wewnętrzny element 3 mają kształt owalu, każde kolejne mieszadło jest obrócone w osi mieszalnika o kąt 60° względem wcześniejszej wkładki mieszającej.

PL 234 241 Β1

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przepływowy mieszalnik statyczny, zawierający, kanał rurowy zakończony kołnierzami, elementy mieszające, pierścienie montażowe, płaszcz grzejny, krócieć wlotowy i wylotowy płaszcza grzejnego, uchwyty, znamienny tym, że wewnątrz kanału rurowego ma co najmniej jedną wkładkę mieszającą, która składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy (2) oraz wewnętrznego elementu (3), którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy (2), przy czym rama (2) i element (3) są skręcone o kąt 120° w tym samym kierunku i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszadła, zaś element (3) jest obrócony w osi podłużnej mieszadła o kąt 90° względem ramy (2).
2. 2. Mieszalnik statyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (2) wewnątrz i wewnętrzny element (3) mają kształt prostokąta.
3. 3. Mieszalnik statyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (2) wewnątrz i wewnętrzny element (3) mają kształt owalu.
4. 4. Mieszalnik statyczny według zastrz. 1, znamienny tym, że dłuższa krawędź ramy (2) oraz wewnętrznego elementu (3) tworzy linię śrubową.

   Rysunki

   Fig-l

   Fig.2

   PL 234 241 Β1

   t

   Fig.3

   PL 234 241 Β1

   Fig.5

   PL 234 241 Β1

   Fig. 6

   PL 234 241 Β1

   Fig.7

   PL 234 241 Β1

   Fig. 8