PL234244B1 - Przepływowe mieszadło statyczne - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przepływowe mieszadło statyczne służące do mieszania płynów w rurociągach lub elementach aparatury takich jak np. dozowniki. Mieszadła tego typu warunkują wysoką jakość produktu dzięki zapewnieniu odpowiedniego stopnia burzliwości mieszanego płynu, wytworzeniu odpowiedniego poziomu homogenizacji stężeniowej i temperaturowej, skróceniu czasu cyklu mieszania. Ponadto mieszadła te charakteryzują się dobrymi własnościami samoczyszczącymi, wytwarzaniem nieznacznego spadku ciśnienia oraz niskimi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi.

Przepływowe mieszadła statyczne stanowią podstawowy element konstrukcji mieszalnika statycznego. 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. Dzięki zastosowaniu w przepływowych mieszadłach statycznych nieruchomych elementów kierujących płyn, uzyskuje się podział głównego strumienia przepływającego płynu na oddzielne podstrumienie; ich ciągły podział, przenoszenie oraz łączenie powoduje wymieszanie strug płynu. Odpowiednia konstrukcja przepływowego mieszadła statycznego (statycznego elementu mieszającego) może wywołać również ruch osiowy i promieniowy podstrumieni mieszanego płynu oraz ich dodatkową rotację, wywołując przepływ mieszanego medium od zewnątrz elementu mieszającego do środka i na odwrót.

W znanym z patentu US 2009122638 rozwiązaniu konstrukcyjnym mieszalnika statycznego zastosowano statyczny element mieszający zawierający przegrodę, przebiegającą wzdłuż osi mieszalnika, dzielącą go na dwie, równe sekcje. Do przegrody, po jej obu stronach, przymocowano dwie łopatki w kształcie skręconej płyty o kąt 180°. Jedna krawędź łopatki połączona jest z powierzchnią przegrody, natomiast druga krawędź przylega do ściany kanału. Wkładki wewnątrz mieszalnika ustawione są w szyku, jak w mieszalniku typu Kenics. Przepływający płyn natrafiając na wkładkę zostaje rozdzielony na strugi pomiędzy powierzchniami. Strugi płynu zostają dodatkowo przesunięte względem siebie w wyniku napotkania na skręcone łopatki.

Znany z patentu SU 1549571 mieszalnik zaopatrzono w szereg statycznych elementów mieszających, powstałych przez skręcenie o kąt 180° prostokątnej płyty, posiadającej prostopadłe nacięcia na dłuższych bokach. Nacięcia umożliwiają, przedostawanie się płynu pomiędzy wkładką a ścianą kanału. Płyn w wyniku kontaktu ze skręconą powierzchnią zostaje wprawiony w ruch wirowy.

Znane z patentu US 5944419 urządzenie mieszające składa się z kanału rurowego, wewnątrz którego zastosowano statyczne elementy mieszające ułożone jeden za drugim w osi podłużnej aparatu. Pojedyncza wkładka utworzona jest poprzez połączenie dwóch listew pod kątem prostym oraz dwóch ćwiartek koła. Każda listwa przecina kanał po jego średnicy w taki sposób, aby powierzchnia boczna listew pokrywała się z osią podłużną kanału. Listwy usytuowane są jedna za drugą i łączą się w osi kanału. Pomiędzy skrzyżowanymi listwami, do ich krawędzi, zamocowano po przekątnej dwie ćwiartki koła. Powierzchnie ćwiartek umieszczone są poprzecznie względem osi podłużnej aparatu. Przepływający płyn napotyka na przegrodę w postaci ćwiartki koła oraz listwy, a następnie przepływa do wolnej przestrzeni obracając się o ćwierć obrotu.

Niedogodnością dla znanych, opisanych powyżej rozwiązań konstrukcyjnych mieszalników wyposażonych w statyczne elementy mieszające jest mała efektywność procesu mieszania, wynikająca z podziału głównego strumienia na zbyt małą liczbę strug. Uzyskanie pożądanego efektu wymaga zastosowanie dość dużej liczby elementów mieszających. Wpływa to negatywnie na wytwarzane opory przepływu oraz pośrednio na energochłonność prowadzonego procesu.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji przepływowego mieszadła statycznego, która wyeliminuje podane powyżej niedogodności.

Przepływowe mieszadło statyczne według wynalazku, zawierające skręcony element, charakteryzuje się tym, że składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy oraz wewnętrznego elementu, którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy. Rama i wewnętrzny element są skręcone względem osi podłużnej mieszadła o kąt 120°, w tym samym kierunku i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszadła. Wewnętrzny element jest obrócony w osi podłużnej mieszadła o kąt 90° względem ramy. Mieszadło może być wykonane w ten sposób, że z płaskiej płyty wycina się wewnętrzny element, a pozostała część stanowi ramę. Rama wewnątrz i wewnętrzny element mają kształt prostokąta lub owalu.

Dłuższa krawędź boczna ramy i wewnętrznego elementu są skręcone w taki sposób, że w przestrzeni zakreślają linie śrubowe przesunięte względem siebie o 90°.

PL 234 244 B1

Rama rozdziela płyn na podstrumienie oraz pozwala na uzyskanie odpowiedniego stopnia burzliwości przepływającego płynu przy ściance rurociągu lub aparatu. Dodatko wo nadaje rotacje dla przepływającego płynu, co wiąże się z przeniesieniem elementów mieszanego medium w kierunku osi rurociągu. Wewnętrzny element intensyfikuje mieszanie w osi rurociągu oraz nadaje rotacje przepływającemu płynowi. W wyniku zderzenia ratujących podstrumieni płynu uzyskuje się zwiększenie efektu mieszania w kierunku poprzecznym przy niwelowaniu dominującego przepływu w kierunku osiowym.

Mieszadło według wynalazku pozwala uzyskać odpowiedni poziom zmieszania na stosunkowo krótkim odcinku rurociągu. Przepływowe mieszadło statyczne, według wynalazku, można stosować pojedynczo, parami, w zestawach par lub większych modułach, w których poszczególne egzemplarze mogą być odsunięte lub stykać się osiowo w różnych kombinacjach oraz być obrócone względem siebie o dowolny kąt. W celu unieruchomienia przepływowego mieszadła statycznego i uniknięcia możliwości zmiany jego pozycji korzystne jest łączenie mieszadeł w pary. Utworzony w ten sposób moduł dwóch statycznych mieszadeł, po wprowadzeniu do rurociągu, zachowuje współosiowe położenie względem siebie i wymaga jedynie zabezpieczenia przed przemieszczaniem się względem osi rurociągu. Możliwe jest również łączenie większej liczby przepływowych mieszadeł statycznych.

Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne elementu mieszającego oprócz zastosowania do intensyfikacji procesu mieszania w mediach przepływających współprądowo w rurociągach może być również użyte do wykonania wypełnienia przeciwprądowych aparatów kolumnowych np. w skruberach.

Mieszadło według wynalazku przedstawione jest w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przepływowe mieszadło statyczne w widoku ogólnym, fig. 2 - przepływowe mieszadło statyczne w widoku od boku, fig. 3 - widok z góry mieszadła przedstawionego na fig. 2, fig. 4 to samo mieszadło statyczne, co na fig. 2, obrócone o kąt 30°, fig. 5 - to samo mieszadło statyczne obrócone o kąt 60°, fig. 6 - to samo mieszadło statyczne obrócone o kąt 90°, fig. 7 - mieszadło, w którym rama wewnątrz i wewnętrzny element maja kształt owalu, fig. 8 - przepływ płynu w przekroju poprzecznym na wylocie z przepływowego mieszadła statycznego uzyskany na podstawie symulacji numerycznych.

P r z y k ł a d 1

Przepływowe mieszadło statyczne składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy 1 oraz wewnętrznego elementu 2. którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy 1. Mieszadło wykonano w ten sposób, że ze stalowego płaskownika wycięto wewnętrzny element 2, uzyskując z pozostałej powierzchni ramę

Rama 1 i element 2 są skręcone o kąt 120° w tym samym kierunku i są ze sobą trwale zespawane, w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszadła. Element 2 jest obrócony w osi podłużnej mieszadła o kąt 90° względem ramy 1.

Mieszadło umieszczone w rurowym mieszalniku zwiększa burzliwość płynu zarówno przy ścianie mieszalnika, jak i w rdzeniu oraz powoduje podział płynu na strugi. W wyniku wzajemnego oddziaływania dwóch elementów, ramy 1 i wewnętrznego elementu 2, strugi przepływającego płynu zostają wprawione w ruch rotacyjny z różnymi prędkościami. Na fig. 8 przedstawiono graficznie wektory prędkości płynu w przekroju poprzecznym na wyjściu z mieszalnika. Konstrukcja przepływowego mieszadła statycznego zapewnia cyrkulację obwodową płynu, zdeformowaną w części centralnej elementu mieszającego. Wywołanie tego typu cyrkulacji umożliwia powstały prześwit pomiędzy ramą 1 i powierzchnią wewnętrzną 2.

P r z y k ł a d 2

Mieszadło jak w przykładzie 1, z tym, że rama 1 wewnątrz i wewnętrzny element 2 mają kształt owalu.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przepływowe mieszadło statyczne zawierające skręcony element, znamienne tym, że składa się z zewnętrznej prostokątnej ramy (1) oraz wewnętrznego elementu (2), którego zewnętrzne wymiary odpowiadają wewnętrznym wymiarom ramy (1), przy czym rama (1) i wewnętrzny element (2) są skręcone o kąt 120° w tym samym kierunku i połączone są ze sobą trwale w miejscach kontaktu, w osi podłużnej mieszadła, zaś element (2) jest obrócony w osi podłużnej mieszadła o kąt 90° względem ramy (1).

   PL 234 244 Β1
2. 2. Przepływowe mieszadło statyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że rama (1) wewnątrz i wewnętrzny element (2) mają kształt prostokąta.
3. 3. Przepływowe mieszadło statyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że rama (1) wewnątrz i wewnętrzny element (2) mają kształt owalu.
4. 4. Przepływowe mieszadło statyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że dłuższa krawędź ramy (1) oraz wewnętrznego elementu (2) tworzy linię śrubową

   Rysunki

   PL 234 244 Β1

   30° 1

   Fig.4

   Fig.5

   Fig. 6

   PL 234 244 Β1

   Fig.8