Пристрій для перемішування

Реферат: Пристрій для перемішування містить порожнистий ротор з осьовими вхідними каналами, які з фронтальної сторони мають округлу або похилу площину, радіальні порожнисті лопаті з вихідними отворами, порожнина яких з'єднана з порожниною ротора. На верхній частині лопаті розміщене з зазором, рівним 0,5-0,7 діаметра лопаті, пласке дискове кільце, шириною 0,25-0,35 діаметра порожнистої лопаті, з радіальними пластинчатими лопатями, розташованими в секторі між порожнистими лопатями. UA 71183 U (12) UA 71183 U UA 71183 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв хімічного машинобудування і дозволяє інтенсифікувати процеси абсорбції чи хемосорбції шляхом забезпечення високого газовмісту в об’ємі, що перемішується, завдяки високій самовсмоктуючій здатності мішалки та підвищення ефективності використання газоподібного реагенту за рахунок створення інтенсивної циркуляції усього газорідинного середовища при проведенні указаних процесів в хімічній, нафтопереробній та інших галузях промисловості. Відомі апарати з турбінними мішалками для проведення газорідинних реакцій описані в технічній літературі [1, 2]. Для введення газового реагенту в них, як правило, використовуються барботери різних конструкцій. При цьому газоподібний реагент може «проскакувати» і не повністю вступати в реакцію. Це приводить до зменшення коефіцієнта масопередачі та неефективного використання об'ємних апаратів. Вони мають також недостатній газовміст перемішуючої рідини. Відомий масообмінний апарат, який складається з корпусу з сорочкою, мішалкою та зануреним теплообмінним елементом, пристроями для введення рідини, газу у вигляді кільцевого трубчатого елемента, виготовленого з пористого матеріалу, для інтенсифікації процесу трубчатий елемент має відбивач у вигляді напівтора, який установлений над кільцевим елементом [3]. Виконання барботера у вигляді пористого керамічного матеріалу дає можливість досягти розмірів газових бульбашок, рівних розміру пор кільцевого трубчатого елемента. Такий спосіб введення газу в апаратах для проведення швидких газорідинних реакцій (сульфування або сульфатування) цілком непридатний, тому що пори керамічного матеріалу забиваються продуктами реакції, при цьому збільшується опір барботера. При цьому також необхідно постійно підтримувати підвищений тиск в трубах подачі газового реагенту, тому що при зупинці процесу масообміну у випадку припинення подачі газового реагенту або зниження його тиску рідина з апарата миттєво проникає в кільцевий елемент та патрубок введення газу, де продовжується реакція між рідиною з залишком газового реагенту, а продукти цієї реакції накопичуються на внутрішній поверхні, зменшуючи поперечний переріз труб та закупорюють отвори в керамічному матеріалі. Відома турбінна мішалка складається з вала з диском, що обертається, периферійна частина якого виконана з загнутими вниз від торцевої поверхні секторними елементами вигнутими на різні кути та поєднані з лопатками [4]. Таке виконання мішалки дозволяє зменшити швидкість підйому бульбашок газу, що подається у нижню частину апарату. Для того, щоб ввести газ у нижню частину апарату, необхідно мати додатковий пристрій у вигляді барботера та постійно підтримувати тиск, що перевищує стовп рідини в апараті. Для хімічних реакцій введення газу в перемішуючу рідину призводить до значних технологічних ускладнень по підтримці постійного тиску в трубопроводі подачі газового реагенту, а в разі використання апарата для проведення періодичних реакцій це приводить до збільшення витрат газового реагенту та зниження продуктивності апарату. Найбільш близьким до корисної моделі є пристрій для перемішування рідин, що містить порожнистий ротор з осьовими вхідними каналами, радіальні порожнисті лопаті з вихідними отворами, порожнина яких з'єднана з порожниною ротора, а вхідний канал з фронтальної сторони лопаті має округлу форму або форму похилої площини [5]. Недоліком даної мішалки є неоднорідність газовмісту по усьому вертикальному перерізу апарата, тому що в нижній частині апарата перемішуюча рідина має низький газовміст, це знижує коефіцієнт масопередачі за рахунок зменшення терміну взаємодії між рідиною і газовим реагентом і, як наслідок, приводить до проскоку газового реагенту. Задачею корисної моделі є підвищення газовмісту та рівномірності його розподілу по апарату, підвищення продуктивності мішалки, за рахунок збільшення терміну перебування газового реагенту в перемішуючому об'ємі при відносно невеликих швидкостях обертання мішалки. Поставлена задача вирішується в апараті об'ємного типу, який складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, по осі апарата на краю порожнистого вала розміщений запропонований пристрій для перемішування, виконаний у вигляді порожнистого ротора з прорізами та порожнистими лопатями, що мають при вході в порожнисту лопать з фронтальної сторони округлу форму або форму похилої площини, на верхній частині лопаті з зазором, рівним 0,5-0,7 діаметра окружності описаної торцем порожнистої лопаті, розміщене пласке дискове кільце, шириною 0,25-0,35 указаного діаметра, з радіальними пластинчатими лопатями, розташованими в секторах поміж порожнистими лопатями. Ротор у своїй основі має кут нахилу, рівний 30-60°, а у середині порожнистого ротора розміщений розподільчий пристрій. 1 UA 71183 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На Фіг. 1, 2, 3 пристрій для перемішування та його варіанти. Пристрій для перемішування складається з порожнистого ротора 1, який своєю основою 2 поєднується з ступицею 3 для закріплення з валом апарату, з прорізями 4 та порожнистими лопатями 5, на верхній частині лопатей з зазором, рівним 0,5-0,7 діаметра окружності описаної торцем порожнистої лопаті 5, розташоване пласке дискове кільце 6, шириною 0,25-0,35 діаметра лопаті 5, в секторах між лопатями 5 на дисковому кільці закріплені лопаті 7 у вигляді пласких пластин. Порожниста лопать 5 розміщається в секторі між пластинчатими лопатями 7 по медіані (рисунок 1), або в межах сектору за тильною (рисунок 2) або перед фронтальною стороною (рисунок 3) пластинчатої лопаті 7. Основа ротора 2 має кут нахилу, що коливається від 30° до 60°, а у порожнині ротора 1 закріплений розподільчий пристрій 8, який дозволяє розділити газовий і рідинний потоки в необхідному співвідношенні. Пристрій працює таким чином. При обертанні пристрою для перемішування порожнисті 5 і пластинчаті лопаті 7 взаємодіють з рідиною, що знаходиться в апараті, в наслідок відцентрової сили рідина переміщається в радіальному напрямку, здобувши значний запас кінетичної енергії, за допомогою якої створюються два циркуляційних потоки та здійснюється процес перемішування. Одночасно обтікаюча рідина за тілом обтікання (порожнистими 5 і пластинчатими лопатями 7) утворює вихровий гідродинамічний слід з низьким тиском на тильній стороні лопаті. Дія розрідження та відцентрової сили радіального потоку приводять до явища, за допомогою якого газоподібний реагент або повітря надходить по порожнистому валу в верхню об'ємну частину порожнистого ротора 1, а рідина з апарату - в нижню частину порожнистого ротора 1, далі під дією відцентрових сил потоки перетікають через прорізі 4 в порожнисті лопаті 5, де інтенсивно перемішуються і диспергуються у вигляді маленьких кульок в перемішуючий об'єм рідини. Щоб досягти взаємодії реагентів в режимі витіснення порожнистий ротор 1 має розподільчий пристрій 8, що поділяє ротор на дві частини: верхню - для газоподібного реагенту та нижню - для рідкого реагенту. Створений первинний газорідинний потік дозволяє проводити реакцію в порожнині лопаті 5 в режимі витіснення, а за її краєм газорідинна маса підхоплюється вихровим гідродинамічним слідом, де проходить інтенсивна турбулізація потоку, що формується в радіальному напрямку за допомогою плаского дискового кільця 6, далі підхоплюється лопатями 7, їх нижньою частиною. Таким чином газорідинний потік спочатку попадає в нижній циркуляційний контур, це дозволяє значно збільшити газовміст в нижній частині апарату, а також збільшити термін перебування кульок газоподібного реагенту або повітря в апараті. В разі технологічної доцільності, коли необхідно провести безпосередній первинний контакт реагентів, до пристрою для перемішування з нижньої частини апарату підводиться патрубок для подачі рідкого реагенту. Останній під дією пониженого тиску в порожнистому роторі 1 заповнює об'єм нижньої його частини і далі під дією відцентрової сили переміщається в порожнину лопаті 5, де в режимі витіснення контактує з первинним газоподібним реагентом, що надходить з верхньої частини ротора 1. В випадку розміщення порожнистої лопаті 5 біля тильної сторони лопаті 7 створений газорідинний потік попадає в вихровий гідродинамічний слід, який створюється рідиною, що обтікає за лопаттю 7. В цю зону також надходить рідина з верхньої частини апарату через зазор між ротором і пласким дисковим кільцем з досить великою швидкістю. Таким чином в пристрої виникає турбулентний гідродинамічний режим, що дозволяє збільшити ефективність масообмінного процесу. В іншому випадку, коли порожниста лопать 5 розміщена перед пластинчатою лопаттю 7, радіальний газорідинний потік з великою швидкістю стікає з порожнистої лопаті 5 і за допомогою придбаної кінетичної енергії визиває додаткове ежекційне розрідження в порожнині лопаті 5, за рахунок якого збільшується продуктивність пристрою для перемішування в порівнянні з медіанним розташуванням з порожнистої лопаті 5. Далі газорідинна суміш підхоплюється фронтальною нижньою частиною пластинчатої лопаті 7 і направляється в нижній циркуляційний контур апарату. Газорідинна суміш з верхнього циркуляційного потоку, що знаходиться біля вала, повертається в зону обертання пристрою для перемішування. За рахунок тертя рідини, яка прилягає до поверхні основи ротора 2, газорідинна суміш з верхньої частини апарату направляється через зазор між ротором і пласким дисковим кільцем в зону дії порожнистої 5 і пластинчатої лопаті 7. Кількість цієї рідини, що попадає в нижню частину пристрою, залежить від кута нахилу основи ротора, який коливається від 30 до 60° і він узгоджується з величиною зазору між ротором і пласким дисковим кільцем. Порівнювальні випробування відомих пристроїв і запропонованої корисної моделі пристрою для перемішування проводилися на лабораторному стенді, на якому проводили вимірювання середнього газовмісту в апараті і різних його частинах та продуктивності перемішуючого пристрою по газовій фазі. Отримані дані дають можливість зробити висновок, що 2 UA 71183 U 5 10 15 20 запропонований пристрій дозволяє значно збільшити газовміст перемішуючої рідини при середніх числах обертання та збільшити ефективність перемішування фаз. Одночасно проведені випробування показали, що від розміщення порожнистої лопаті залежить продуктивність пристрою по газовому реагенту або повітрі. Найбільшу продуктивність по газовій фазі має пристрій для перемішування, в якому порожниста лопать розміщена біля тильної сторони пластинчатої лопаті. Декілька меншу продуктивність має пристрій, в якому порожниста лопать розташована перед фронтальною стороною пластинчатої лопаті і найменшу продуктивність має пристрій, в якому порожниста лопать розташована по медіані між суміжними пластинчатими лопатями. Джерела інформації: 1. Штербачек З., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. - Л.: Госхимиздат, 1963. - 416 с. 2. Брагинский Л. Н., Бегачев В. И., Барабаш В. М. Перемешивание в жидких средах. - Л.: Химия, 1984. - 336 с. 3. А.С. № 993969 (СССР). Теплообменный аппарат./ А. В. Шишкин, А. И. Карпович, В. В. Иванов и др. 1983, бюл. № 5. 4. А.С. № 1303178 (СССР). Турбинная мешалка / Васильцов Э. А., Клипиницер В. А. и др. 1987, бюл. № 14. 5. Патент України № 60097. Пристрій для перемішування рідин./ Шабрацький В. І., Бєлкін Д. І. і інші. 2011, бюл. № 11. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Пристрій для перемішування, що містить порожнистий ротор з осьовими вхідними каналами, які з фронтальної сторони мають округлу або похилу площину, радіальні порожнисті лопаті з вихідними отворами, порожнина яких з'єднана з порожниною ротора, який відрізняється тим, що з метою інтенсифікації масообміну за рахунок збільшення газовмісту перемішуючої рідини на верхній частині лопаті розміщене з зазором, рівним 0,5-0,7 діаметра лопаті, пласке дискове кільце, шириною 0,25-0,35 діаметра порожнистої лопаті, з радіальними пластинчатими лопатями, розташованими в секторі між порожнистими лопатями. 2. Пристрій для перемішування за п. 1, який відрізняється тим, що порожниста лопать розташована в секторі між пластинчатими лопатями по медіані або в межах сектору за тильною або перед фронтальною стороною пластинчатої лопаті. 3. Пристрій для перемішування за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що основа ротора має кут нахилу, рівний 30-60°. 3 UA 71183 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4