PL237696B1 - Mieszadło do mieszania cieczy lub układów heterofazowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mieszalnik do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, który zawiera zbiornik, przegrody, płaszcz, dystrybutor gazu, wał oraz mieszadło zawierające piastę, łopatki mieszadła, charakteryzuje się tym, że ma osadzone na wale (10) mieszadło składające się z piasty (1), do której przymocowane są trwale jednym końcem co najmniej dwa proste ograniczniki (2) i co najmniej dwa zakrzywione ograniczniki (3), które drugim końcem przymocowane są trwale do usztywniającej obręczy (4), zaś w co drugiej przestrzeni pomiędzy ogranicznikami (2 i 3) mieszadło ma, przymocowane ruchomo do piasty (1), za pomocą zawiasu (6), co najmniej dwie łopatki zbudowane z jednego elementu końcowego (7), wyposażonego w zawias (6) z jednej strony oraz co najmniej jednego elementu (5) wyposażonego w zawias (6) z dwóch stron. Zawias (6) znajduje się pomiędzy zewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2) albo pomiędzy wewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2). Element (5) i element końcowy (7) łopatki mają kształt prostopadłościanu. Dystrybutor gazu (14) umieszczony jest w przestrzeni zbiornika (11) pomiędzy piastą (1) a dnem zbiornika (11).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszadło do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, które zmieniają swoje właściwości fizyko-chemiczne podczas prowadzenia procesu.

Mieszanie należy do najczęściej stosowanych operacji jednostkowych w przemyśle chemicznym, spożywczym oraz życiu codziennym. Proces mieszania prowadzony jest głównie w celu uzyskania zakładanego stopnia zmieszania lub służy do intensyfikacji procesów wymiany masy i ciepła.

W przypadku mieszania cieczy lub układów zmieniających swoje właściwości reologiczne w trakcie prowadzenia procesu (np. zmiana lepkości układu w wyniku prowadzonej reakcji chemicznej) może nastąpić konieczność zmiany zastosowanego typu mieszadła. Z tego powodu opracowywane są nowe rozwiązania konstrukcyjne mieszadeł o zmieniającej się konfiguracji geometrycznej podczas pracy.

W literaturze przedmiotu opisanych jest wiele przykładów mieszalników mechanicznych do cieczy, posiadających niezmieniającą się konfigurację geometryczną mieszadła. W aparatach tego typu brak jest możliwości jakiejkolwiek regulacji konfiguracji geometrycznej podczas prowadzenia procesu, np. zmiany kąta pochylenia łopatek.

Z opisu patentowego PL 215201 znane jest mieszadło do płynów, zawierające wał, piastę i element mieszający, które charakteryzuje się tym, że ma co najmniej jeden elementarny moduł, składający się z ruchomych elementów, łącznika i ramienia, wyposażonego w łopatkę, połączonych ze sobą ruchomo poprzez zawias, przy czym elementarny moduł przymocowany jest ruchomo poprzez zawiasy do dwóch piast, górnej i dolnej, zaś każda z piast zamocowana jest na odrębnym wale.

Znane są też konstrukcje składające się z różnego typu mieszadeł w obrębie jednego zbiornika, np. zastosowanie układu składającego się z mieszadła turbinowego i mieszadła kotwicowego (Pakzad L. i in. (2013) A novel and energy-efficient coaxial mixer for agitation of non-Newtonian fluids possessing yield stress. Chemical Engineering Science, 101,642-654).

Znane z opisu patentowego DE 69009863 mieszadło turbinowe tarczowe (zastosowane w aparacie do otrzymywania emulsji), charakteryzuje się tym, że połączenie łopatki mieszadła z tarczą wzmocniono poprzecznym żebrem w celu zwiększenia wytrzymałości łopatki mieszadła.

Znane z opisu patentowego SU 1308372 mieszadło turbinowe tarczowe z łopatkami prostymi, charakteryzuje się tym, że górne i dolne krawędzie łopatek zostały zagięte prostopadle względem promienia mieszadła. Zagięcie wykonano w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotu mieszadła. Zmodyfikowana geometria łopatki mieszadła powoduje wzrost udziału przepływu promieniowego podczas jego pracy w porównaniu do ruchu płynu wywołanego przez mieszadło turbinowe z płaskimi łopatkami.

W literaturze przedmiotu znane są mieszadła o zakrzywionych łopatkach po promieniu. Mieszadła z zakrzywionymi łopatkami charakteryzują się mniejszym zapotrzebowaniem na moc.

Znane z opisu patentowego JP 2015502846 mieszadło charakteryzuje się tym, że do obrotowej tarczy zamontowano łopatki wykonane w postaci zakrzywionych rynien, umożliwiających promieniowe kierowanie strumienia przetłaczanej cieczy. Końce kolejnych, montowanych na dysku, zakrzywionych łopatek mieszadła znajdują się nad, pod oraz w płaszczyźnie tarczy, do której są zamontowane.

Znane z opisu patentowego US5198156 mieszadło ma profil łopatki przypominający literę V, która została obrócona o kąt 90°, w taki sposób aby płyn uderzał w dolną część łopatki. Obydwie krawędzie łopatki są zakrzywione do wewnątrz. Uzyskany kształt łopatki w ruchu obrotowym pozwala na skierowanie tłoczonej cieczy promieniowo oraz zapewnia powstawanie lokalnych wirów przy dwóch końcach łopatek, co sprzyja zwiększeniu intensyfikacji procesu mieszania płynu. Łopatki mieszadła mocowane są na prętach przymocowanych do wału lub tarczy umieszczonej na wale.

Wysoka wydajność dyspersji gazu w cieczy osiągana jest również poprzez zastosowanie mieszadła turbinowo tarczowego, znanego z opisu patentowego KR20000071347. Mieszadło tego typu charakteryzuje się tym, że profil poprzeczny łopatki mieszadła przypomina niesymetryczną literę C, przy czym górna krawędź łopatki jest dłuższa od krawędzi dolnej.

Mieszadło znane z opisu patentowego CN106693746, stosowane w przemyśle tekstylnym, charakteryzuje się tym, że łopatki mieszadła zostały ukształtowane w postaci kanałów tłoczących ciecz w kierunku promieniowym. Profil łopatki mieszadła posiada krawędź poziomą oraz krawędź prostopadłą do krawędzi poziomej.

Znane z opisu patentowego US 5993158 mieszadło charakteryzuje się tym, że ma zamontowane do tarczy elastyczne łopatki. Kształt łopatek zależy od prędkości obrotów mieszadła oraz oporu jaki stawia mieszana ciecz.

PL 237 696 B1

Znane z opisu patentowego CN 202933638 mieszadło turbinowe z łopatkami prostymi charakteryzujące się tym, że łopatki połączone są z piastą mieszadła poprzez tarczę perforowaną. Mieszadło zapewnia wyższą efektywność mieszania w kierunku osiowym oraz w obrębie szczelin tarczy.

Znane z opisu patentowego PL 175516 mieszadło wibracyjne, zawierające co najmniej jeden dysk zaopatrzony w kanały przepływowe w postaci przelotowych otworów w dysku, charakteryzuje się tym, że kanały przepływowe mają dwie ścianki wystające ponad otwory dysku. Wewnątrz kanałów, korzystnie w połowie wysokości otworów, umieszczone są płaskie przesłony, których jeden koniec połączony jest z dyskiem przegubem o poziomej osi obrotu, usytuowanej poprzecznie względem ścianek, przy czym z obydwóch stron dysku znajdują się ograniczniki, stykające się ze swobodnymi końcami przesłon w ich skrajnych położeniach.

Znane z opisu patentowego PL 201107 mieszadło wibracyjne, zawierające tłoczysko, na którym zamocowany jest co najmniej jeden dysk, zaopatrzony w kanały przepływowe, w postaci przelotowych otworów w dysku. Mieszadło charakteryzuje się tym, że wewnątrz kanałów przepływowych umieszczone są na osiach równoległych do płaszczyzny dysku, obrotowe elementy wirujące. Korzystnie kanały przepływowe rozmieszczone są na dysku symetrycznie, a obrotowe elementy wirujące mają formę turbinek, na przykład trójramiennych. Łopatki turbinek mają różne kształty, na przykład kształt wygiętego po łuku trójkąta ze ściętym wierzchołkiem lub są płaskie w kształcie prostokąta lub w kształcie prostokąta o płaszczyźnie załamanej wzdłuż osi równoległej do osi obrotu turbinki. Łopatki turbinek są pełne lub wyposażone w otwory.

W literaturze przedmiotu znane są mieszadła cechujące się łopatkami o zakrzywionym profilu oraz mieszadła zmieniające swoją konstrukcję geometryczną podczas pracy. Brak jest jednak rozwiązania łączącego obydwie cechy konstrukcyjne, dlatego przedmiotem wynalazku jest mieszadło do mieszania płynów z regulowaną konfiguracją geometryczną, zależną od kierunku obrotu mieszadła.

Mieszadło do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, według wynalazku, zawierające piastę, ograniczniki, łopatki oraz zawiasy, charakteryzuje się tym, że ma przymocowane trwale jednym końcem do piasty co najmniej dwa proste ograniczniki i co najmniej dwa zakrzywione ograniczniki, które drugim końcem przymocowane są trwale do usztywniającej obręczy. Mieszadło, w co drugiej przestrzeni pomiędzy ogranicznikami ma, przymocowane ruchomo do piasty, za pomocą zawiasu, co najmniej dwie łopatki zbudowane z jednego elementu końcowego, wyposażonego w zawias z jednej strony oraz co najmniej jednego elementu wyposażonego w zawias z dwóch stron. W zależności od wariantu wykonania zawias na piaście, za pomocą którego przymocowany jest do piasty element łopatki, znajduje się pomiędzy zewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika i ogranicznikiem prostym albo pomiędzy wewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika i ogranicznikiem prostym. Elementy, z których zbudowane są łopatki mają kształt prostopadłościanu, które połączone są zawiasami dzięki czemu łopatka zmienia kształt w zależności od kierunku obrotu wału, na którym zamontowana jest piasta. Łopatka mieszadła przyjmuje kształt ogranicznika o jaki się opiera, w zależności od kierunku obrotu.

Mieszadło według wynalazku wykonuje ruch obrotowy i w wyniku oporu cieczy, na jaki napotykają elementy łopatki, zostają one przemieszczone wywołując zmianę kąta, pod jakim połączone są elementy na zawiasie.

Zaletą mieszadła według wynalazku jest to, że ruchome połączenie kolejnych elementów łopatek mieszadła umożliwia zmianę kształtu łopatek w zależności od kierunku obrotu piasty. Zmiana kształtu łopatek mieszadła, zbudowanych z elementów połączonych zawiasami, wynika z kierunku obrotu wału oraz kształtu ograniczników. Mieszadło według wynalazku pozwala na łatwą zmianę geometrii w trakcie procesu mieszania, poprzez zmianę kierunku obrotu mieszadła.

Mieszadło do płynów według wynalazku przedstawione jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku mieszadło wykonujące obroty w prawo (łopatki zakrzywione), fig. 2 - w widoku mieszadło wykonującego obroty w lewo (łopatki proste), fig. 3 - w widoku mieszadło bez łopatek, fig. 4 w widoku mieszadło z dwoma ogranicznikami prostymi i dwoma zakrzywionymi i dwiema łopatkami, wykonujące obroty w prawo, fig. 5 - w widoku mieszadło z dwoma ogranicznikami prostymi i dwoma zakrzywionymi i dwiema łopatkami, wykonujące obroty w lewo, fig. 6 - łopatkę mieszadła zbudowaną z trzech elementów wyposażonych w zawias z dwóch stron i końcowego elementu wyposażonego w zawias z jednej strony, fig. 7 - pojedynczy element wyposażony w zawias z dwóch stron, fig. 8 - końcowy element łopatki.

P r z y k ł a d 1

Mieszadło do mieszania cieczy lub układów heterofazowych ma piastę 1, do której trwale przymocowano jednymi końcami cztery ograniczniki proste 2 oraz cztery ograniczniki zakrzywione 3. Drugie

PL 237 696 B1 końce ograniczników 2 i 3 trwale połączono z usztywniającą obręczą 4. Do piasty 1 w co drugiej przestrzeni 8, pomiędzy ogranicznikami 2 i 3 zamocowano zawias 6 połączony z łopatką, która składa się z trzech elementów 5 wyposażonych w zawiasy z obydwu stron i końcowego elementu 7, wyposażonego w zawias z jednej strony. Elementy 5 i element 7 mają kształt prostopadłościanu.

W wyniku obrotu piasty 1 osadzonej na wale oraz oporowi jaki wywiera ciecz na poruszającą się łopatkę, łopatka mieszadła dostosowuje swój kształt do kształtu ogranicznika prostego 2 lub zakrzywionego 3. Łopatki mieszadła umieszczone są w przestrzeni 8 pomiędzy ogranicznikiem prostym 2 i zewnętrzną stroną łuku ogranicznika zakrzywionego 3. Obrót piasty 1 w prawo powoduje ułożenie się łopatek na ogranicznikach zakrzywionych 3 po zewnętrznej stronie łuku. Obrót piasty 1 w przeciwnym kierunku (w lewo) powoduje ułożenie się łopatek na ogranicznikach prostych 2.

P r z y k ł a d 2

Mieszadło jak w przykładzie 1, z tym że ma dwa ograniczniki proste 2 i dwa ograniczniki zakrzywione 3, a dwie łopatki mieszadła umieszczone są w przestrzeni 9 pomiędzy ogranicznikiem prostym 2 i wewnętrzną stroną łuku ogranicznika zakrzywionego 3. Zmiana przestrzeni, w której zamontowany jest zawias łączący łopatkę z piastą powoduje, że w wyniku obrotu wału mieszadła w lewo łopatki układają się po wewnętrznej stronie łuku ogranicznika zakrzywionego 3, zaś w wyniku obrotu mieszadła w prawo łopatki układają się na ogranicznikach prostych 2.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Mieszadło do mieszania cieczy lub układów heterofazowych, zawierające piastę, ograniczniki, łopatki oraz zawiasy znamienne tym, że ma przymocowane trwale jednym końcem do piasty (1) co najmniej dwa proste ograniczniki (2) i co najmniej dwa zakrzywione ograniczniki (3), które drugim końcem przymocowane są trwale do usztywniającej obręczy (4), zaś w co drugiej przestrzeni pomiędzy ogranicznikami (2) i (3) ma, przymocowane ruchomo do piasty (1), za pomocą zawiasu (6), co najmniej dwie łopatki zbudowane z jednego elementu końcowego (7), wyposażonego w zawias (6) z jednej strony oraz co najmniej jednego elementu (5) wyposażonego w zawias (6) z dwóch stron.

2. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że zawias (6) znajduje się pomiędzy zewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2).

3. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że zawias (6) znajduje się pomiędzy wewnętrzną stroną łuku zakrzywionego ogranicznika (3) i ogranicznikiem prostym (2).

4. Mieszadło według zastrz. 1, znamienne tym, że element (5) i element końcowy (7) łopatki mają kształt prostopadłościanu.