PL232145B1 - Element mieszający - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest element mieszający, mający zastosowanie przede wszystkim w mieszalnikach statycznych. Uniwersalność proponowanej konstrukcji umożliwia jej stosowanie również w mieszalnikach wyposażonych w mieszadło mechaniczne. Głównym zastosowaniem elementu mieszającego jest prowadzenie procesu ciągłego mieszania mediów płynnych, wytworzenie układów wielofazowych oraz homogenizacja stężeniowa i temperaturowa.

Mieszalniki statyczne są powszechnie stosowane w przemyśle, szczególnie w miejscach niebezpiecznych bądź zagrożonych wybuchem, ponieważ nie zawierają one elementów ruchomych oraz dodatkowego źródła zasilania. Aparaty tego typu wymagają przepływu płynu, który może być wytwarzany przez pompy. Najpopularniejsze rozwiązanie konstrukcyjne mieszalników statycznych polega na zastosowaniu kanału o przekroju kołowym, do którego wprowadza się, w zależności od potrzeb, odpowiednią ilość nieruchomych elementów mieszających.

Jeden z wariantów rozwiązania konstrukcyjnego mieszalników statycznych zakłada zastosowanie statycznych elementów mieszających (wkładek mieszających), zapewniających podział głównego strumienia przepływającego płynu na oddzielne podstrumienie; ich ciągły podział, przenoszenie oraz łączenie powodując w ten sposób wymieszanie strug płynu lub wytworzenie układu wielofazowego. Alternatywne podejście do konstrukcji mieszalników statycznych polega na wprowadzeniu do kanału rurowego żeber (przegród mieszających) w postaci prostych lub skręconych spiralnie listew o szerokości równej lub mniejszej niż promień kanału rurowego oraz przymocowaniu ich jedną krawędzią do ściany przewodu. Zadaniem tego typu listew jest wprowadzenie przepływającego przez przewód rurowy płynu w ruch wirowy oraz ukierunkowanie jego w kierunku promieniowym (tzn. do osi kanału) powodując w ten sposób zwiększenie burzliwości i efektywności procesu mieszania. Element mieszający pełni bardzo istotną rolę w mieszalnikach statycznych, ponieważ od niego może zależeć m.in. osiągany efekt końcowy prowadzonego procesu.

Znany z patentu US5425581 mieszalnik statyczny posiada prostokątne skręcone elementy mieszające umieszczone w osi podłużnej aparatu. Elementy mieszające widziane w przekroju poprzecznym przed skręceniem mają kształt profilu lotniczego skrzydła. Profil jest najszerszy w przedniej części i zwęża się zgodnie z kierunkiem przepływu cieczy.

Znany z patentu EP0678329 element mieszający składa się z cylindrycznego kanału w którym przepływa płyn. Kanał wyposażony został w naprzeciwlegle umieszczone listwy, skręcone spiralnie tak, że jedna krawędź ma kontakt z wewnętrzną ścianą kanału.

Znany z patentu DE 10322922 mieszalnik statyczny zawiera elementy mieszające umieszczone jeden za drugim wewnątrz rury. Każdy element mieszający składa się z podłużnej perforowanej przegrody, do której przytwierdzone są po obu jej stronach, dwa łuskowe elementy w postaci odcinka rury przeciętego osiowo. Przegroda posiada dwa otwory rozmieszczone symetrycznie w przekroju poprzecznym. Do każdego otworu przymocowana jest jedna łuska. Przepływający płyn po natrafieniu na łuskowy element kierowany jest nim w otwór przegrody i przepływa na jej drugą stronę.

Niedogodnością dla znanych, opisanych powyżej rozwiązań konstrukcyjnych mieszalników wyposażonych w statyczne elementy mieszające jest mała efektywność procesu mieszania, wynikająca z podziału głównego strumienia na zbyt małą liczbę strug oraz wytworzenia zbyt dużych oporów przepływu, co powoduje znaczne starty ciśnienia. Dodatkową wadą niektórych rozwiązań konstrukcyjnych jest to, że konstrukcja przegród mieszających w mieszalniku statycznym powoduje zbyt duże zabudowanie w stosunku do przekroju poprzecznego kanału rurowego. Może to powodować utrudnienia w przepływie płynu lub całkowite zatkanie kanału, co negatywnie wpływa na jakość uzyskiwanego w procesie mieszania produktu.

Element mieszający, według wynalazku, w postaci skręconej powierzchni, charakteryzuje się tym, że trójkątna powierzchnia skręcona jest o kąt 120°, a oś skręcenia przebiega prostopadle do podstawy trójkąta, w połowie jej długości.

W innej odmianie elementu mieszającego trójkątna powierzchnia połączona jest za pomocą łącznika z drugą trójkątną powierzchnią, która jest odbiciem lustrzanym pierwszej trójkątnej powierzchni prostopadle do podłużnej osi, a następnie obrócona o 180° wokół tej osi. Trójkątna powierzchnia może być karbowana lub wyposażona w perforacje. Trójkątne powierzchnie mogą być trójkątem prostokątnym lub równoramiennym.

PL 232 145 B1

Element mieszający według wynalazku wytwarza niesymetryczne obszary burzliwości w przepływającym płynie. Realizowane jest to poprzez zmianę szerokości elementu mieszającego oraz jego ułożenie w mieszanej objętości.

Element mieszający, według wynalazku przedstawiono na przykładach wykonania oraz rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok elementu mieszającego, fig. 2 - widok elementu mieszającego obróconego o 60°, fig. 3 - widok elementu mieszającego obróconego o 120°, fig. 4 - widok elementu mieszającego obróconego o 180°, fig. 5 - widok elementu mieszającego obróconego o 240°, fig. 6 widok elementu mieszającego obróconego o 300°, fig. 7 - widok modułu mieszającego, fig. 8 - widok modułu mieszającego obróconego o 60°, fig. 9 - widok modułu mieszającego obróconego o 120°, fig. 10 - widok modułu mieszającego obróconego o 180°, fig. 11 - widok modułu mieszającego obróconego o 240°, fig. 12 - widok modułu mieszającego obróconego o 300°, fig.13 przedstawia element mieszający w zbiorniku o przekroju kołowym, fig. 14 przedstawia element mieszający z dwóch trójkątnych powierzchni w zbiorniku o przekroju kołowym.

P r z y k ł a d 1

Element mieszający stanowi trójkątna powierzchnia 1, która jest trójkątem prostokątnym i skręcona jest o kąt 120°, a oś skręcenia przebiega prostopadle do podstawy 3 trójkąta (przyprostokątnej) w połowie jej długości. Druga przyprostokątna 4 w wyniku skręcenia tworzy linię śrubową, zaś przeciwprostokątna 5 tworzy krzywą łączącą wierzchołki trójkąta. Element mieszający montuje się w zbiorniku o przekroju kołowym. Wytwarza on niesymetryczne obszary burzliwości w przepływającym płynie poprzez zmianę szerokości trójkątnej powierzchni 1 oraz jego ułożenie w mieszanej objętości. Przepływający osiowo płyn przez zbiornik o przekroju kołowym natrafia na trójkątną powierzchnię 1, której podstawa 3 ma szerokość równą średnicy zbiornika, następnie wzdłuż osi zbiornika powierzchnia zwęża się ku jego ścianie. Zwężająca powierzchnia ma kształt spiralny wytwarzający dodatkowe zawirowania w płynie oraz powodujący dodatkowe mieszanie się strug płynu.

P r z y k ł a d 2

Element mieszający stanowi trójkątna powierzchnia 1 połączona za pomocą łącznika 2 z drugą trójkątną powierzchnią 1', która jest odbiciem lustrzanym trójkątnej powierzchni 1 prostopadle do podłużnej osi, a następnie obrócona o 180° wokół tej osi.

Element mieszający umieszczono w zbiorniku o przekroju kołowym jak w przykładzie 1.

Dwa tak ustawione elementy mieszające wytwarzają niesymetryczne obszary burzliwości. Wraz z przesuwaniem się wzdłuż osi podłużnej modułu następuje płynna zmiana obciążenia powierzchni z trójkątnej powierzchni 1 na 1'.

P r z y k ł a d 3

Element mieszający, jak w przykładzie 1, z tym, że na całej trójkątnej powierzchni 1 wykonano karbowanie w formie fali (sinusoidy) zorientowanej prostopadle do osi skręcenia. Karbowanie zwiększa burzliwość w przepływającym płynie, bezpośrednio w otoczeniu skręconej powierzchni przegrody mieszającej.

P r z y k ł a d 4

Element mieszający, jak w przykładzie 1, z tym, że na całej trójkątnej powierzchni 1 wykonano szereg perforacji w formie prostokątnych otworów zorientowanych prostopadle do osi skręcenia. Perforacje powodują rozdzielenie przepływającego płynu na szereg dodatkowych strug, powodując w ten sposób zintensyfikowania procesu mieszania.

P r z y k ł a d 5

Element mieszający, jak w przykładzie 2, z tym, że na obydwóch trójkątnych powierzchniach 1,1' wykonano karbowanie w formie fali (sinusoidy) zorientowanej prostopadle do osi skręcenia.

P r z y k ł a d 6

Element mieszający, jak w przykładzie 2, z tym, że na obydwóch trójkątnych powierzchniach 1,1' wykonano szereg perforacji w formie prostokątnych otworów zorientowanych prostopadle do osi skręcenia.

P r z y k ł a d 7

Element mieszający jak w przykładzie 1, z tym, że trójkątna powierzchnia 1 jest trójkątem równoramiennym i skręcona jest o kąt 120°, a oś skręcenia przebiega prostopadle do podstawy trójką w połowie jej długości.

PL 232 145 B1

P r z y k ł a d 8

Element mieszający jak w przykładzie 2, z tym, że trójkątna powierzchnia 1 i trójkątna powierzchnia 1' jest trójkątem równoramiennym i skręcona jest o kąt 120°, a oś skręcenia przebiega prostopadle do podstawy trójką w połowie jej długości.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (6)

1. Element mieszający w postaci skręconej powierzchni, znamienny tym, że trójkątna powierzchnia (1) skręcona jest o kąt 120°, a oś skręcenia przebiega prostopadle do podstawy trójkąta, w połowie jej długości.

2. Element mieszający według zastrz. 1, znamienny tym, że trójkątna powierzchnia (1) połączona jest za pomocą łącznika (2) z drugą trójkątną powierzchnią (1'), która jest odbiciem lustrzanym trójkątnej powierzchni (1) prostopadle do podłużnej osi, następnie obrócona o 180° wokół tej osi.

3. Element mieszający według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że trójkątna powierzchnia (1,1') jest karbowana.

4. Element mieszający według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że trójkątna powierzchnia (1,1') posiada perforacje.

5. Element mieszający według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że trójkątna powierzchnia (1,1') jest trójkątem prostokątnym.

6. Element mieszający według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że trójkątna powierzchnia (1,1') jest trójkątem równoramiennym.