Пристрій для перемішування

Реферат: Пристрій для перемішування складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, по осі апарата на краю вала розміщений пристрій для перемішування. Пристрій для перемішування виконаний у вигляді циліндричної маточини з привареними центральними плоскими лопатями, на периферії яких закріплене дискове кільце з периферійними радіальними лопатями, яке поділяє центральні плоскі лопаті по висоті навпіл, розташованими під кутом до центральних плоских лопатей з зазором між ними і які перекривають останні в площині обертання пристрою. UA 80141 U (12) UA 80141 U UA 80141 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв хімічного машинобудування і дозволяє інтенсифікувати хімічні та масообмінні процеси під час перемішування рідин і може бути використана в хімічній, мікробіологічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості. Відомі перемішуючі пристрої, які складаються з маточини, до циліндричної поверхні якої під кутом 90° до площини її обертання приварені плоскі лопаті, що призначені для перемішування, описані в технічній літературі [1, 2]. Недоліком цих пристроїв є низькі насосна продуктивність і, як наслідок, ефективність процесу перемішування. Відомі перемішуючі пристрої, які складаються з закріпленого на маточині диска, на периферії якого радіально розміщені лопаті [1, 2, 3]. Під час обертання пристрою рідина, що знаходиться біля фронтальної поверхні лопаті, отримує енергію від дії відцентрових сил, яка формує радіальний потік. Інша частина рідини обтікає верхній та нижній краї лопаті, утворюючи на тильній стороні вихровий гідродинамічний слід, який складається з двох вихрів, в центрі яких виникає зона зі зниженим тиском. В цю зону затягується рідина з навколишнього перемішуючого середовища, що приводить до виникнення циркуляційного турбулентного потоку, який постійно рухається за лопаттю. Таким чином за лопаттю постійно рухається частина перемішуючої рідини і це приводить до збільшення витрат енергії на процес перемішування. Відомий пристрій для перемішування, що містить порожнистий ротор з осьовими вхідними каналами, у яких кромки, що прилягають до фронтальної сторони лопаті, переходять в округлу або похилу форму, радіальні порожнисті лопаті на верхній частині яких розміщені з зазором, рівним 0,5-0,7 діаметра лопаті, плоске дискове кільце, шириною 0,25-0,35 діаметра порожнистої лопаті, з радіальними пластинчатими лопатями, розташованими в секторі між порожнистими лопатями [4]. Пристрій для перемішування призначений для проведення газорідинних реакцій, а для проведення процесів в системах рідина-рідина його використання недоцільне внаслідок необхідності проведення значної реконструкції, яка практично змінює сам пристрій та його принцип дії. Відомий реактор, який включає в себе вертикальний циліндричний корпус з центральним валом та відкритою турбінною мішалкою, яка складається з диска, на якому закріплені криволінійні лопаті, висота яких збільшується від центра до периферії, останні мають отвори на периферії і радіальні направляючі пластини, що розміщені за лопатями навпроти зазначених отворів [5]. Отвори в криволінійних лопатях призначені для перетікання рідини, що переміщається уздовж криволінійної поверхні, в зону, яка знаходиться між лопаттю і направляючою пластиною. Процес перетікання рідини в позначений простір має струминний характер. Недоліком даного пристрою є високий коефіцієнт місцевого опору отворів призначених для перетікання рідини, який значно зменшує кількість рідини, що потрапляє в простір між лопаттю і направляючою пластиною, це, в свою чергу, приводить до появи зони кавітації, яка значно зменшує насосну продуктивність пристрою і ефективність перемішування. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності перемішування та насосної продуктивності мішалки при проведенні масообмінних процесів в системі рідина-рідина. Поставлена задача вирішується в апараті об'ємного типу, який складається з корпусу з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, по осі апарата на краю вала розміщений запропонований пристрій для перемішування, виконаний у вигляді циліндричної маточини з привареними центральними плоскими лопатями, на периферії яких закріплене дискове кільце з периферійними радіальними пластинчатими лопатями, яке поділяє центральні плоскі лопаті по висоті навпіл, периферійні лопаті розташовані під кутом до центральних плоских лопатей з зазором між ними і перекривають останні в площині обертання пристрою, для зменшення коефіцієнта місцевого опору край периферійної пластинчатої лопаті, який розташований в межах площини дискового кільця, має скіс або скруглення, дискове кільце в перерізі має форму прямокутника, прямокутника з закругленням внутрішньої кромки, трикутника та ромбу. На фігурі 1 зображений реактор з пристроєм для перемішування - загальний вид, на фігурі 2-7 - варіанти конструкцій пристрою для перемішування та переріз дискового кільця. Пристрій для перемішування рідинних середовищ установлений в корпусі 1 на валу 2, розташованому по осі апарата, з закріпленим на ньому робочим органом, який включає в себе маточину 3 з вертикально установленими центральними лопатями 4, на краю яких симетрично по висоті розміщене дискове кільце 5 з радіальними периферійними лопатями 6, які орієнтовані так, що мають зазор з центральними лопатями 4. Лопаті 4 і 6 створюють центральний кут, який відповідає їх взаємному розташуванні в радіальному напрямку таким чином, що периферійна 1 UA 80141 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лопать 6, яка закріплена на дисковому кільці 5 знаходиться попереду центральної лопаті 4 і перекриває останню на 1/5-1/3 її довжини та утворює зазор, розмір якого складає 2-5 товщини периферійної лопаті 6. Для зменшення місцевого опору в зоні, окресленій центральною 4 і периферійною 6 лопатями, при перетіканні радіального потоку рідини край периферійної лопаті 6, що знаходиться біля фронтальної поверхні центральної лопаті 4 має скіс, який не перевищує подвоєне значення центрального кута або скруглення. Дискове кільце 5 у перерізі може мати форму плоского прямокутника, трикутника з гострим кутом в площині обертання або ромба з вершиною гострого кута в площині обертання. Реактор працює таким чином. Під час обертання пристрою для перемішування периферійні лопаті 6 взаємодіють з частиною рідини в реакторі, яка під дією відцентрової сили переміщається з значною кінетичною енергією в радіальному напрямку, біля внутрішньої поверхні корпусу апарату рідина пригальмовується і міняє напрям руху на осьовий в напрямку до вільної поверхні рідини і в напрямку до днища апарату. Далі рідина знову змінює напрям руху і повертається до перемішуючого пристрою, утворюючи стабільні циркуляційні контури. Частина рідини обтікає верхній та нижній краї пластинчатої лопаті 6, утворюючи з тильної сторони лопаті дві вихрові зони з пониженим тиском в їх центрах. Внаслідок зниженого тиску в центрах обертання рідина рухається в зворотному напрямку до тильної сторони лопаті мішалки, утворюючи турбулентний слід. В той же час рідина, що знаходиться в центральній частині апарату потрапляє в зону обертання центральних лопатей 4, під дією відцентрової сили рухається в радіальному напрямку безпосередньо в зону окреслену зазором між центральною 4 та периферійною лопатями 6, утворюючи активний радіальний потік. Різниця тиску між рідиною, що знаходиться попереду центральної лопаті 4 і рідиною в турбулентній вихровій зоні за периферійною лопаттю 6 дає змогу значно підсилити енергію радіального потоку, який рухається уздовж фронтальної поверхні центральної лопаті 4. Стікаючий радіальний потік із центральної лопаті 4 за рахунок різниці тиску додатково прискорюється і відтісняє турбулентний слід від тильної сторони периферійної лопаті 6 і, таким чином зменшує витрати енергії на перемішування за рахунок значного зменшення об'єму турбулентного сліду, що рухається за лопаттю. Одночасно ця рідина додатково збільшує насосну продуктивність пристрою. Турбулентний слід, який утворюється за периферійною лопаттю 6, відводиться від зони обертання пристрою, що приводить до зменшення енергоємності пристрою в порівнянні з аналогічними пристроями без зміни швидкості обертання або діаметра перемішуючого пристрою. Скіс або скруглення внутрішнього краю периферійної лопаті 6 дозволяє значно зменшити коефіцієнт місцевого опору і збільшити коефіцієнт витрат при перетіканні радіального потоку рідини через зазор між центральною 4 та периферійною 6 лопатями і, як наслідок, це приводить до збільшення насосної продуктивності пристрою для перемішування. 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. Аппараты для перемешивания жидких сред. - Л.: Машиностроение, 1979. - стр. 22. 3. А.С. № 1233926 (СРСР). Реактор./ В.А. Линев, А.Г. Липкин, Ю.В. Мартынов и др. 1986, бюл. № 20. 4. Патент України № 60097. Пристрій для перемішування рідин./ Шабрацький В.І., Бєлкін Д.І. і інші. 2011, бюл. № 11. 5. А.С. № 1303178 (СРСР). Турбинная мешалка/ Васильцов Э.А., Клипиницер В.А. и др. 1987, бюл. № 14. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Пристрій для перемішування, який складається з корпусу апарата з патрубками для введення реагентів та виводу продуктів реакції, по осі апарата на краю вала розміщений пристрій для перемішування, який відрізняється тим, що з метою підвищення ефективності перемішування та насосної продуктивності пристрій для перемішування виконаний у вигляді циліндричної маточини з привареними центральними плоскими лопатями, на периферії яких закріплене дискове кільце з периферійними радіальними лопатями, яке поділяє центральні плоскі лопаті по висоті навпіл, розташованими під кутом до центральних плоских лопатей з зазором між ними і які перекривають останні в площині обертання пристрою. 2 UA 80141 U 5 10 2. Пристрій для перемішування за п. 1, який відрізняється тим, що зазор складає 2-5 товщини периферійної лопаті. 3. Пристрій для перемішування за п. 1, який відрізняється тим, що периферійна лопать перекриває центральну лопать на 1/5-1/3 її довжини. 4. Пристрій для перемішування за п. 1, який відрізняється тим, що для зменшення коефіцієнта місцевого опору край периферійної лопаті, розташований в межах площини дискового кільця, має скіс або скруглення. 5. Пристрій для перемішування за п. 4, який відрізняється тим, що край периферійної лопаті має кут скосу, який не перевищує подвоєне значення центрального кута. 6. Пристрій для перемішування за п. 1, 2 який відрізняється тим, що дискове кільце в перерізі має форму прямокутника, прямокутника з закругленням внутрішньої кромки, трикутника та ромбу. 3 UA 80141 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