PL242743B1 - Mieszalnik z mechanicznym mieszadłem obrotowym - Google Patents

Abstract

Mieszalnik zawierający zbiornik, przegrody oraz mieszadło obrotowe mechaniczne składające się z wału z osadzoną na nim piastą z łopatkami, charakteryzuje się tym, że mieszadło ma co najmniej dwa elementarne moduły mieszające, z których każdy składa się z łopatki górnej (3), równoległej do niej łopatki dolnej (4), pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające (5) w kształcie czworokąta, trwale przymocowane do łopatki górnej (3) i łopatki dolnej (4) w co najmniej dwóch punktach, przy czym łopatka górna (3) i łopatka dolna (4) mają kształt pięciokąta rozszerzającego się w kierunku piasty (2) i są trwale przymocowane do piasty (2). Elementarne moduły mieszające są obrócone w prostopadłej osi do wału (1) o kąt wynoszący od 0 - 45°. Oś skrętu elementów mieszających (5) jest równoległa do płaszczyzny łopatek górnej (3) i dolnej (4). Elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 180°, 120° lub co 90°.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszalnik wyposażony w mechaniczne mieszadło obrotowe stosowane zwłaszcza w reaktorach chemicznych.

Mieszanie jest podstawowym procesem technologicznym, którego celem jest intensyfikacja procesów transportu masy, pędu i energii. W praktyce najczęściej stosowanym rozwiązaniem do realizacji procesu mieszania są mechaniczne mieszadła obrotowe. Odpowiedni dobór mieszadła względem mieszanego płynu lub układu wielofazowego związany jest z lepkością mieszanego medium. Poprawna konstrukcja mieszalnika i odpowiedni dobór mieszadła pozwala na uzyskanie: wysokiej jakości produktu, odpowiedniego stopnia burzliwości, odpowiedniego poziomu homogenizacji stężeniowej i temperaturowej oraz skróceniu czasu mieszania.

W przypadku mieszania płynów w mieszalnikach zbiornikowych, realizowanego z zastosowaniem mieszadeł obrotowych, zadawalająca burzliwość w mieszanym płynie występuje zwykle w ograniczonej objętości aparatu. W przypadku stosowania mieszadeł obrotowych zwiększenie objętości intensywnego mieszania płynu realizowane jest zwykle poprzez zwiększenie częstości obrotów mieszadła lub montaż kilku mieszadeł na jednym wale. Wzrost obrotów mieszadła lub stosowanie kilku mieszadeł w jednym mieszalniku zazwyczaj generuje wzrost energochłonności procesu, co przekłada się na opłacalność prowadzonego procesu.

Znany z opisu patentowego DE19503132 układ mieszający składa się z mieszadła pompującego osiowo płyn od powierzchni swobodnej zbiornika przez przewód rurowy w kierunku jego dna. Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego SU1607918A1 mieszalnik wyposażony w mieszadło obrotowe składające się z wału, łopatek i stożka zastępującego płaską tarczę, jaka występuje w mieszadle turbinowym. Oryginalność rozwiązania polega na tym, że stożek zastępujący tarczę pozwala wytworzyć pętle cyrkulacyjne w mieszalniku od powierzchni swobodnej do dna i odwrotnie.

Znany z opisu wzoru użytkowego DE20214291U1 mieszalnik ma mieszadło, które składa się z wału, łącznika, oraz elementów mieszających w formie ściętych stożków. Ścięte wydrążone stożki połączone są z wałem łącznikiem w formie pręta. Zasada działania polega na tym, że obracający się wokół wału wydrążony ścięty stożek (od wewnątrz zbiera swoją podstawą ciecz, która następnie w miarę przepływu ku wierzchołkowi jest przyspieszana. Z kolei na zewnątrz walca opływająca ciecz spowalnia. Znany z opisu wzoru użytkowego DE20216809U1 mieszalnik wyposażony jest w mieszadło które jest zbliżone budową do mieszadła DE20214291U1 przy czym, zamiast stożków zamontowano na łącznikach proste lub wygięte odcinki rur.

Znane z opisu patentowego SI9400040A mieszadło do płynów przypomina budową mieszadło DE20216809U1 z tym, że rurowe elementy mieszające zamocowane są bezpośrednio do wału mieszadła.

Znane w technice konstrukcje mieszadeł, które stosowane są w mieszalnikach mechanicznych zostały przedstawione w powyższych przykładach charakteryzują się tym, że ciecz przepływa w zamkniętym profilu mieszadła, na przykład w formie rury, co uniemożliwia uzyskiwanie odpowiedniej burzliwości i stopnia homogenizacji w obrębie całego wsadu mieszalnika.

Mieszalnik z mechanicznym mieszadłem obrotowym zawierający zbiornik, przegrody oraz mieszadło obrotowe mechaniczne składające się z wału z osadzoną na nim piastą z łopatkami, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że mieszadło ma co najmniej dwa moduły mieszające, z których każdy składa się z łopatki górnej, równoległej do niej łopatki dolnej, pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające w kształcie czworokąta. Elementy mieszające są trwale przymocowane do łopatki górnej i łopatki dolnej co najmniej w dwóch punktach (wierzchołkach). Łopatka górna i łopatka dolna mają kształt pięciokąta, rozszerzającego się w kierunku piasty, aby zwiększyć powierzchnię łopatek przy obrotowym wale, a następnie przy samej piaście łopatki zwężają się, tak by można je było trwale przymocować do piasty. Zwiększenie powierzchni łopatek przy piaście i wale mieszadła korzystnie wpływa na pompowanie cieczy w kierunku osiowym.

Kąt pochylenia modułu w osi prostopadłej do osi piasty wynosi od 0-45°.

Oś skrętu elementów mieszających jest równoległa do płaszczyzny łopatek górnej i dolnej. Moduły mieszające są rozmieszczone co 180°, 120° lub co 90°.

Zaletą mieszalnika jest to, że konstrukcja mieszadła pozwala uniknąć powstawania w przestrzeni mieszalnika niekorzystnych stref zastoju oraz na jednoczesne wytworzenie wielu zderzających się strug w mieszanym wsadzie przy zachowaniu cyrkulacji cieczy w całej objętości wsadu. Dzięki zastosowaniu skręconych elementów mieszających, uzyskuje się podział głównego strumienia przepływającego płynu w obrębie mieszadła na oddzielne podstrumienie, których połączenie powoduje zmianę kierunku przepływu oraz wymieszanie płynu. Pozwala to na uniknięcie powstawania w mieszanym medium tzw. „stref zastoju”. Poprzez pochylenie modułów zwiększona jest cyrkulacja osiowa mieszanego medium. Zwiększenie powierzchni łopatek przy piaście i wale mieszadła korzystnie wpływa na pompowanie cieczy w kierunku osiowym. Skręcone elementy mieszające łączą i usztywniają łopatkę górną i dolna.

Mieszalnik według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia mieszalnik z mieszadłem z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi, fig. 2 przedstawia mieszadło z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi w widoku od przodu, fig. 3 przedstawia mieszadło z fig. 2 w widoku z boku, fig. 4 przedstawia w widoku mieszalnik z mieszadłem z czterema elementarnymi modułami mieszającymi w widoku od przodu, fig. 5 przedstawia mieszadło z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi i zaznaczonym przepływem cieczy wywołanym przez obracające się mieszadło w przekroju osiowym, fig. 6 przedstawia mieszadło zbudowane z dwóch elementarnych modułów mieszających w widoku od góry, fig. 7 przedstawia mieszadło z dwoma elementarnymi modułami mieszającymi i zaznaczonym przepływem cieczy wywołanym przez obracające się mieszadło w przekroju poprzecznym.

Przykład I

Mieszalnik zawiera zbiornik 6, przegrody 7 oraz mieszadło obrotowe mechaniczne. Mieszadło obrotowe ma wał 1, na który nałożona jest piasta 2 z trwale do niej przymocowanymi dwoma elementarnymi modułami mieszającymi rozmieszczonymi, co 180°. Każdy elementarny moduł mieszadła składa się z łopatki górnej 3, łopatki dolnej 4, pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające 5 w kształcie czworokąta, trwale przymocowane do łopatki górnej 3 i łopatki dolnej 4 w co najmniej dwóch punktach - dwóch wierzchołkach. Łopatki górna 3 i dolna 4 są trwale jednostronnie przymocowane do piasty 2 i mają kształt pięciokąta rozszerzającego się w kierunku piasty 2, aby zwiększyć powierzchnię łopatek przy obrotowym wale 1, co korzystnie wpływa na pompowanie cieczy w kierunku osiowym. Łopatki 3 i 4 przy samej piaście zwężają się tak, aby bok pięciokąta, który jest trwale przymocowany do piasty 2 miał wymiar umożliwiający przymocowanie ich do piasty 2. Elementarne moduły mieszające są obrócone w prostopadłej osi do wału 1 o kąt 30°, przy czym elementarne moduły mieszające są symetryczne względem osi wału. Oś skrętu elementów mieszających 5 jest równoległa do płaszczyzny łopatek 3 i 4. Wał 1 wprawia w ruch obrotowy piastę 2 z przymocowanymi do niej elementarnymi modułami mieszającymi. Obrotowy układ łopatek górnej 3 i dolnej 4 i skręconych elementów mieszających 5 współpracuje ze sobą tworząc korzystny rozkład zawirowań i cyrkulacji płynu. Głównym zadaniem łopatek górnej 3 i dolnej 4 jest wywołanie cyrkulacji osiowej wmieszanym wsadzie mieszalnika. Natomiast zadaniem skręconych elementów mieszających 5 jest wytworzenie strug promieniowych, które są następnie rozbijane przez łopatki 3 i 4. Obrót wału 1 z elementarnymi modułami mieszającymi powoduje jednoczesne wytworzenie osiowej cyrkulacji płynu, za co odpowiadają łopatki 3 i 4 oraz przepływu promieniowego wywołanego przez skręcone elementy mieszające 5 wywołując intensywne mieszanie, jak pokazano na fig. 5 i fig. 7.

Przykład II

Mieszalnik jak w przykładzie I, z tym, że ma cztery elementarne moduły mieszające, przy czym dwa dodatkowe moduły usytuowane są nad dwoma pierwszymi elementarnymi modułami mieszającymi w jednej płaszczyźnie.

Przykład III

Mieszalnik jak w przykładzie II, z tym, że dwa dodatkowe moduły usytuowane są nad dwoma pierwszymi elementarnymi modułami mieszającymi i są obrócone o kąt 90° w osi wału mieszadła.

Claims (6)

1. Mieszalnik z mechanicznym mieszadłem obrotowym zawierający zbiornik, przegrody oraz mieszadło obrotowe mechaniczne składające się z wału z osadzoną na nim piastą z łopatkami, znamienny tym, że mieszadło ma co najmniej dwa elementarne moduły mieszające, z których każdy składa się z łopatki górnej (3), równoległej do niej łopatki dolnej (4), pomiędzy którymi znajdują się skręcone elementy mieszające (5) w kształcie czworokąta, trwale przymocowane do łopatki górnej (3) i łopatki dolnej (4) w co najmniej dwóch punktach, przy czym łopatka górna (3) i łopatka dolna (4) mają kształt pięciokąta rozszerzającego się w kierunku piasty (2) i są trwale przymocowane do piasty (2).

2. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementarne moduły mieszające są obrócone w prostopadłej osi do wału (1) o kąt wynoszący od 0-45°.

3. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że oś skrętu elementów mieszających (5) jest równoległa do płaszczyzny łopatek górnej (3) i dolnej (4).

4. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 180°.

5. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 120°.

6. Mieszalnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementarne moduły mieszające są rozmieszczone co 90°.