Смеситель структурированных жидкостей
Полезная модель относится к области строительной техники, а именно, к устройствам для приготовления битумных композиций, буровых растворов и в химической промышленности. Задачей полезной модели является быстрое и глубокое разрушение коагуляционной структуры жидкости во всем объеме среды, равномерное смешивание и поддержание жидкости в разрушенном состоянии достаточно долгое время путем последовательного многократного пропуска всей жидкости через диспергаторы. Смеситель состоит из двух одинаковых сосудов 1 и 2, всасывающих магистралей 3 и 4, кранов-распределителей 5 и 6, синхронизатора работы кранов 7, всасывающего патрубка 8, насоса высокого давления 9, нагнетательных патрубков 10, сливного крана 11, нагнетательных магистралей 12 и 13, первичного диспергатора 14, вторичного диспергатора 15, сливной магистрали 16 и резервуара 17. Устройство позволяет разрушать коагуляционную структуру абсолютно всей жидкости вплоть до молекулярного уровня, равномерно смешивать ее и многократно ускорять протекание химических реакций путем многократного последовательного пропуска всей жидкости через диспергаторы.
Полезная модель относится к области строительной техники для приготовления битумных композиций и может быть использована: в буровой технике для приготовления буровых растворов, в химической промышленности для тонкого диспергирования и активации реагирующих веществ и во многих других случаях, когда требуется высокая дисперсность и высокая однородность распределения компонентов во всем объеме замеса.
Известны турбулентные смесители (Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Пер. с чешск. Л.: Госхимиздат, 1963, 371 с.) состоящие из цилиндрического резервуара, в котором консольно на приводном валу расположен диск с лопастями -турбинное колесо.
Однако, турбулентные смесители обладают следующими недостатками: диспергирование осуществляется на выходе из турбинного колеса в достаточно большом объеме резервуара при очень низком удельном энергетическом воздействии и далее жидкость распределяется по всему объему замеса, смешиваясь с исходной, не диспергированной средой. При циркуляции смеси какие-то частицы среды будут многократно проходить через активную зону, другие же частицы могут ни раза не пройти через активную зону; кроме того, смешивание среды и обмен массами между верхней и нижней камерами замедлены. При наличии периферийных застойных зон с малой скоростью циркуляции среды полного и глубокого разрушения коагуляционной структуры всей жидкости можно достичь только за очень большое время смешивания.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту, является устройство по патенту А.С. СССР №1152636 B 01 F 5/16 1983 г.
Данное устройство содержит резервуар, в котором расположено приводная турбина, на выходе турбинного колеса расположены отражатели-диспергаторы, жидкость из нижней части резервуара забирается насосом и подается на вход турбинного колеса.
Однако, данное устройство обладает следующими недостатками: диспергирование осуществляется по периферии турбинного колеса в относительно большом объеме с низкими энергетическими показателями, установка дополнительного циркуляционного насоса не исключает застойных зон, что ведет к увеличению времени полного диспергирования и равномерного смешивания.
Задачей полезной модели является быстрое и глубокое разрушение коагуляционной структуры жидкости во всем объеме среды, равномерное смешивание и поддержание жидкости в разрушенном состоянии достаточно долгое время путем последовательного многократного пропуска всей жидкости через диспергаторы.
Указанный технический результат достигается тем, что смеситель для смешивания структурированных жидкостей, состоящий из двух одинаковых сосудов, при этом в нижней части каждого сосуда расположены полнопроточные диспергаторы, соединенные посредством трубопроводов и кранов-распределителей с насосом высокого давления, а краны-распределители связаны между собой синхронизаторами.
При работе насоса жидкость из одного сосуда перекачивается в другой сосуд через диспергатор (центробежную форсунку); при движении жидкости через диспергатор происходит: интенсивное разрушение ее коагуляционной структуры, снижение структурной вязкости жидкости, ее тонкое
диспергирование и смешивание - первая стадия цикла. При переключении кранов-распределителей во второе положение насос перекачивает жидкость из второго сосуда в первый, вся жидкость повторно проходит через аналогичный диспергатор в первом сосуде и происходит вторичное, дополнительное разрушение коагуляционной структуры жидкости, снижение структурной вязкости, более тонкое диспергирование и равномерное смешивание - вторая стадия цикла.
За каждый цикл вся жидкость проходит двухстадийную активацию. Принципиальным отличием данного устройства является использование двух сосудов с диспергаторами, кранов-распределителей и насоса высокого давления, позволяющим вести диспергирование и смешивание в режиме непрерывного действия путем последовательного вытеснения жидкости из одного сосуда в другой через диспергаторы, что обуславливает соответствие этого решения условию «новизна».
Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что известен смеситель, содержащий сосуд с приводной турбиной, на выходе из турбинного колеса, расположен неподвижный отражатель-диспергатор, жидкость из нижней части сосуда забирается циркуляционным насосом и подается на вход в турбину (А.С. СССР №1152636 В 01 F 5/16 1983 г.).;
Однако, такой смеситель не обеспечивает высокого уровня передачи энергии смешиваемой среде и не исключает образования застойных зон по периферийной части днища сосуда. Все это снижает интенсивность разрушения коагуляционной структуры смешиваемых жидкостей и снижает однородность смеси, тогда как заявляемый смеситель обеспечивает новое свойство - последовательный многократный пропуск всей жидкости через диспергаторы с высокими энергетическими показателями, разрушение структуры жидкости вплоть до молекулярного уровня, высокую
однородность смешивания. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
Полезная модель поясняется прилагаемым чертежом, где на фигуре 1 приведена функциональная схема смесителя.
Смеситель состоит из двух одинаковых сосудов 1 и 2, всасывающих магистралей 3 и 4, кранов-распределителей 5 и 6, синхронизатора работы кранов 7, всасывающего патрубка 8, насоса высокого давления 9, нагнетательных патрубков 10, сливного крана 11, нагнетательных магистралей 12 и 13, первичного диспергатора 14, вторичного диспергатора 15, сливной магистрали 16 и резервуара 17.
Краны-распределители 5 и 6 посредством управляющего воздействия и синхронизатора 7 устанавливаются в положение I, когда жидкость может перекачиваться из сосуда 1 в сосуд 2, или в положение II, когда жидкость может перекачиваться из сосуда 2 в сосуд 1.
Перед началом работы краны распределители 5 и 6 устанавливаются в положение I. Сосуд 1 заполняется отдозированными и грубо смешенными жидкостями и включается насос 9.
При работе установки грубая смесь жидкостей забирается из нижней точки резервуара 1, проходит всасывающую магистраль 3, кран-распределитель 5, всасывающий патрубок 8 и насосом 9 через патрубки 10 и сливной кран 11 подается к крану-распределителю 6 и далее по нагнетательной магистрали 12 поступает в сосуд 2 через первичный диспергатор 14 (центробежную форсунку). В центробежной форсунке при движении к центру камеры завихрения жидкость приобретает сильное закручивание, возрастают: окружная скорость движения жидкости и градиент скорости. В результате этого в камере завихрения возникают ультразвуковые колебания, под воздействием которых происходит разрушение коагуляционной структуры, тонкое диспергирование жидкостей
и снижение структурной вязкости, что ведет к достаточно однородному смешиванию жидкостей.
После опорожнения сосуда 1 и перекачивания всей жидкости в сосуд 2 она вся подвергается однократному разрушению коагуляционной структуры. При необходимости, краны-распределители 5 и 6 переставляются в положение II. Теперь жидкость из нижней точки сосуда 2 по всасывающей магистрали 4, кран-распределитель 5 и патрубок 8 поступает к насосу 9. Насосом 9 жидкость нагнетается в патрубки 10, сливной кран 11, кран-распределитель 6 и далее по нагнетательной магистрали 13 поступает в сосуд 1 через вторичный диспергатор 15. По уровню энергетического воздействия вторичный диспергатор может бать равен первичному диспергатору - для смешивания относительно простых жидкостей со слабыми коагуляционными связями. При смешивании сложных структурированных жидкостей с сильными коагуляционными связями для их разрушения вторичный диспергатор должен иметь более высокий уровень энергетического воздействия.
За время повторного перекачивания вся жидкость последовательно подвергается повторному разрушению ее коагуляционной структуры. При необходимости, качество приготовления смеси можно регулировать количеством циклов обработки.
За время каждого цикла абсолютно вся жидкость дважды подвергается интенсивному разрушению ее коагуляционной структуры и глубокому диспергированию, вплоть до молекулярного уровня, за счет чего: резко снижается структурная вязкость, облегчается равномерное распределение компонентов по объему замеса, облегчается протекание технологических процессов и может быть многократно ускорено протекание химических реакций.
По окончании активации жидкость из любого сосуда через сливной кран 11 и сливную магистраль 16 направляется в резервуар 17 для хранения или дальнейшего использования.
1. Смеситель структурированных жидкостей, содержащий сосуд, насос и трубопроводы, отличающийся тем, что снабжен вторым сосудом, при этом в нижней части каждого сосуда расположен полнопоточный диспергатор, соединенные посредством трубопроводов и кранов-распределителей с насосом высокого давления, а краны-распределители связаны между собой синхронизатором.
2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что диспергаторы имеют разную мощность - разный уровень энергетического воздействия на жидкость.
