Статический смеситель
Использование: в химической и пищевой отраслях промышленности Сущность полезной модели:
Статический смеситель для смешения двух жидкостных или газовых потоков, содержащий трубчатый корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода и отвода смешиваемых потоков.
Новое в смесителе заключается в том, что в суженной части корпуса установлнена турбулизирующая пластина. Кроме того, плоскость турбулизирующей пластины может поворачиваться на 90-180° по ходу движения вдоль нее смешиваемых потоков. Кроме того, турбулизирующая пластина может быть выполнена с соотношением L/h=2-5, где L - длина пластины, h - ширина ее, равная диаметру d прохода в суженном сечении. Кроме того, сужение цилиндрического корпуса смесителя может быть выполнено при соотношении радиуса загиба R у сужения и диаметра корпуса D, равном R/D=0,2-0,5. Кроме того, ввод второго из смешиваемых потоков может осуществляться через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока или имеющую скос с тыльной стороны ее.
Полезная модель относится к технике перемешивания технологических потоков и может быть использована в химической и пищевой отраслях промышленности, а также в других производствах, где осуществляются процессы перемешивания.
Статические смесители для непрерывного смешивания жидкостей и газов в последнее время широко применяют в различных отраслях промышленности. Эго обусловлено рядом преимуществ статических смесителей перед традиционными смесителями, выполненными в виде емкостных аппаратов с пропеллерными или якорными перемешивающими устройствами: они значительно меньше по габаритам и по металлоемкости, не содержат движущихся элементов, более экономичны и надежны в работе.
В статических смесителях для осуществления процесса смешения в проточной части размещаются смесительные элементы различной конструкции, проходя через которые поток смешиваемых сред неоднократно рассекается на отдельные струи и вихри, а затем по ходу дальнейшего движения эти струи перемешиваются друг с другом, образуя более или менее однородную смесь.
Так, например, известен статический смеситель по патенту РФ 
2237512 «Статический смеситель», МПК B01F 5/00, в котором в цилиндрическом корпусе смонтирован смесительный элемент в форме конуса с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей и с отверстиями в стенке конуса. При работе смесителя поток перемешиваемых жидкостей проходя отверстия дробится на отдельные струи, которые затем сливаются друг с другом. В результате достигается более равномерное распределение капель перемешиваемых жидкостей в объеме образующейся смеси. Недостаток этой конструкции заключается в том, что смесительный элемент занимает значительное поперечное сечение. Вследствие этого создается чрезмерное гидравлическое сопротивление аппарата.
Значительно меньше сопротивление другого известного аппарата - статического смесителя по патенту США (Patent Application Publication US 2008/0038425 A1 Pub.Date: Feb. 14, 2008), в котором цилиндрический на входе и на выходе смешиваемого потока корпус в средней части один или несколько раз (с интервалом) сужается, что обуславливает поперечное движение перемешиваемых потоков, сопровождающееся образованием множества вихрей, способствующих процессу смешения и образованию однородней смеси без значительных затрат энергии на продольное движение ее. Эта конструкция по технической сущности и достигаемому положительному эффекту наиболее близка к заявляемому техническому решению и поэтому она принята нами в качестве прототипа.
Недостатки известного статического смесителя по патенту США, принятого нами за прототип, заключаются в том, что создаваемое в нем поперечное движение перемешиваемой смеси недостаточно для достижения необходимого механического взаимодействия обрабатываемых сред, не обеспечивает достаточно мелкое диспергирование смешиваемых компонентов и при этом не достигается равномерное распределение их по объему получаемой смеси.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка.
Поставленная цель достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем трубчатый корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, в суженной части установлена турбулизирующая пластина.
Кроме того, плоскость турбулизирующей пластины может быть повернут на 90-180° по ходу движения вдоль нее смешиваемых потоков.
Кроме того, турбулизирующая пластина может быть выполнена с соотношением L/h=2-5, где L - длина пластины, h - ширина ее, равная диаметру d прохода в суженном сечении.
Кроме того, сужение цилиндрического корпуса смесителя может быть выполнено при соотношении радиуса R загиба стенки у сужения и диаметра корпуса D, равном R/D=0,2-0,5.
Кроме того, ввод второго из смешиваемых потоков может быть осуществлен через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока или имеющую скос с тыльной стороны.
Конструкция заявляемого статистического смесителя представлена на фиг.1. Смеситель включает: 1 - цилиндрическая часть корпуса - патрубок для подвода первого из смешиваемых потоков, 2 - цилиндрическая часть корпуса - патрубок для вывода образующейся смеси, 3 - сужение корпуса, 4 - труба для подвода второго из смешиваемых потоков, 5 - турбулизирующая пластина.
Заявляемый статический смеситель работает следующим образом.
Один из смешиваемых жидкостных потоков направляется в патрубок для подвода первого смешиваемого потока 1, другой смешиваемый поток подается по трубопроводу 4 в патрубок 1, предпочтительно по оси этого патрубка. Двигаясь совместно потоки с увеличенной скоростью проходят сужение 3, интенсивно перемешиваются сначала за счет разделения сплошных потоков на струи, а затем - при нарушении сплошности образовавшихся струй вследствии их механического взаимодействия и в виде однородной смеси вытекают в патрубок 2. После прохождения сужения 3 перемешиваемые компоненты, расширяясь по всему сечению патрубка 2, приобретают вихревой характер течения, направленный от центральной части патрубка к стенкам. Одновременно, поток смеси при прохождении сужения посредством турбулизирующей пластины 5 закручивается вокруг центральной части смесителя. В итоге в патрубке 2 на движение смеси от центральной части его к стенкам накладываются движущие силы, обеспечивающие движение ее вокруг центральной части. Такое сложное движение обеспечивает хорошее перемешивание смеси и мелкое диспергирование перемешиваемых сред без значительных энергетических затрат. Оптимальное сочетание радиального движения одной части смеси с круговым движением другой части общего потока обеспечивается заявляемым соотношением длины и ширины турбулизирующей пластины, а также поворотом плоскости пластины по ходу движения смеси на 90-180°. Эти соотношения определяют скорости поперечного движения жидкостей и обеспечивают достаточную степень закрутки смешиваемого потока на выходе из сужения 5 и при минимальных затратах энергии обеспечивают высокую дисперсность и полноту перемешивания смеси на выходе из аппарата. Конкретные значения этих величин будут определяться физическими свойствами перемешиваемых потоков.
При формировании сужения деформацию цилиндрических стенок выполняют таким образом, чтобы радиус R загиба у сужения определялся из соотношения R/D=0,5-1,2, где D - диаметр цилиндрического корпуса смесителя. При работе смесителя такая конфигурация проточной части аппарата к месту сужения потока позволяет снизить гидродинамическое сопротивление движению смешиваемого потока по аппарату.
Ввод второго из смешиваемых потоков может быть осуществлен через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока. Такая конструкция ввода, создавая подсасывающий эффект способствует движению второго потока, уменьшает гидравлическое сопротивление смесителя и увеличивает эффективность процесса смешения. По эффективности вторая конструкция ввода второго из смешиваемых потоков, представленная на фиг.2, аналогична по механизму воздействия на процесс смешения в заявляемом смесителе.
Заявляемый статический смеситель отвечает всем критериям патентоспособности. Техническое решение является новым, так как из уровня техники не известны смесители с такими же совокупностями существенных отличительных признаков. Предпринятые сопоставительные исследования на модели аппарата показали, что заявляемый аппарат обеспечивает более эффективное перемешивание при меньших затратах энергии по сравнению с известными аппаратами. Это свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критериям «новизна» и «существенные отличия».
1. Статический смеситель для смешения двух жидкостных или газовых потоков, содержащий трубчатый корпус с сужением в средней части, разделяющим его на патрубки для подвода первого из смешиваемых потоков и отвода смеси, отличающийся тем, что в суженной части установлена турбулизирующая пластина.
2. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что плоскость турбулизирующей пластины поворачивается на 90-180° по ходу движения вдоль нее смешиваемых потоков.
3. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что турбулизирующая пластина выполнена с соотношением L/h=2-5, где L - длина пластины, h - ширина ее, равная диаметру d прохода в суженном сечении.
4. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что заужение цилиндрического корпуса смесителя выполнено при соотношении радиуса загиба R у сужения и диаметра корпуса D, равном R/D=0,2-0,5.
5. Статический смеситель по п.1, отличающийся тем, что ввод второго из смешиваемых потоков осуществляется через трубу, врезанную в стенку патрубка, подводящего первый поток, и загнутую по ходу этого потока или имеющую скос с тыльной стороны.
