RU182466U1 - Device for mixing liquid media - Google Patents

Abstract

Предполагаемая полезная модель относится к области различных технологических процессов, в частности - к области смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования.The proposed utility model relates to the field of various technological processes, in particular to the field of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, and suspension.

Полезная модель может быть использована для смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования в резервуарах жидких смесей различных веществ с различной степенью вязкости.The utility model can be used for mixing, dissolving, emulsifying, dispersing, suspending various mixtures of various substances with different degrees of viscosity in tanks.

Устройство для смешивания жидких сред различной вязкости состоит из одного и более смесительных элементов, каждый из которых состоит из конфузора, прямого участка и диффузора с вырезами, характеризуется тем, что смесительные элементы имеют завихрители, выполненные в виде правозакрученной или левозакрученной вдоль продольной оси пластины с возможностью создания дополнительных турбулентных потоков. 5 Фиг.

A device for mixing liquid media of various viscosities consists of one or more mixing elements, each of which consists of a confuser, a straight section and a diffuser with cut-outs, characterized in that the mixing elements have swirls made in the form of a plate, right-handed or left-handed along the longitudinal axis, with the possibility of creating additional turbulent flows. 5 FIG.

Description

Полезная модель относится к области различных технологических процессов, а именно - к области смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования, может быть использовано для смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования в резервуарах смеси веществ, находящейся в жидком состоянии с различными реологическими характеристиками.The utility model relates to the field of various technological processes, namely, to the field of mixing, dissolving, emulsifying, dispersing, suspending, can be used to mix, dissolving, emulsifying, dispersing, suspending in a reservoir a mixture of a liquid substance with various rheological characteristics .

Известны лопастные мешалки, к которым относится якорная мешалка (далее ЯМ - якорная мешалка) [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. - 784 с. - Перепеч. с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. - 753 с.] [1].Known paddle mixers, which include an anchor mixer (hereinafter NM - anchor mixer) [Kasatkin AG Basic processes and apparatuses of chemical technology. M .: Chemistry, 1973.- 784 p. - Perepech. from the ed. 1973 - M .: LLC TID "Alliance", 2004. - 753 p.] [1].

Сущностью известного технического решения является якорная мешалка, представляющая собой жестко закрепленную на определенном расстоянии к вращающемуся вертикальному валу плоскую пластину, имеющую U-образную форму напоминающую якорь.The essence of the known technical solution is the anchor mixer, which is a flat plate rigidly fixed at a certain distance to the rotating vertical shaft, having a U-shape resembling an anchor.

Основные достоинства якорных мешалок - простота устройства и невысокая стоимость изготовления. The main advantages of anchor mixers are the simplicity of the device and the low cost of manufacture.

К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Вследствие незначительности осевого потока якорные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки. Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика. Поэтому якорные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 10³ мн×сек/м². Эти мешалки непригодны для перемешивания в протоке, например в аппаратах непрерывного действия [1, с. 254].The disadvantages of this type of stirrers include the low pumping effect of the stirrer (weak axial flow), which does not provide sufficient complete mixing throughout the apparatus. Due to the insignificant axial flow, the anchor mixers mix only those fluid layers that are in close proximity to the mixer blades. The development of turbulence in the volume of the mixed fluid is slow, the fluid circulation is small. Therefore, anchor mixers are used to mix liquids whose viscosity does not exceed 10 ³ mn × sec / m ² . These mixers are unsuitable for mixing in the duct, for example, in continuous apparatus [1, p. 254].

Известно устройство для смешивания жидкостей, в частности, пастообразных сред и способ его работы по патенту US 5037209 [2].A device for mixing liquids, in particular, pasty environments and the method of its operation according to the patent US 5037209 [2].

Сущностью известного устройства, позволяющего перемешивать жидкости, включая жидкости с высокой вязкостью, содержащиеся в сосуде, является использование вращательного движения, конструктивно реализуемое с помощью:The essence of the known device that allows you to mix liquids, including liquids with high viscosity contained in the vessel, is the use of rotational motion, structurally implemented using:

а) вращения вертикального вала;a) rotation of the vertical shaft;

б) по меньшей мере, двух мешалок, каждая из которых представляет собой полый усеченный конус, у которого отношение отверстия большего поперечного сечения конуса к отверстию меньшего поперечного сечения конуса находится в интервале от 1,4 до 3,0;b) at least two mixers, each of which is a hollow truncated cone, in which the ratio of the hole of the larger cross section of the cone to the hole of the smaller cross section of the cone is in the range from 1.4 to 3.0;

в) отверстия большего поперечного сечения усеченного конуса, имеющего цилиндрическое впускное кольцо;c) openings of a larger cross section of a truncated cone having a cylindrical inlet ring;

г) механизма вращения мешалки вокруг вала по круговой траектории со скоростью движения в пределах от 0,64 до 3,0 м/сек;d) the mechanism of rotation of the mixer around the shaft in a circular path with a speed of movement in the range from 0.64 to 3.0 m / s;

д) осей крепления мешалок, которые одним концом прикреплены радиально к валу вращения, а другим концом к мешалке таким образом, что продольная ось каждой мешалки является касательной к круговой траектории вращения мешалки и находится под углом от 10 градусов до 20 градусов по отношению к горизонтальной плоскости, в которой находится круговая траектория вращения мешалки, причем отверстие большего поперечного сечения усеченного конуса направлено вниз относительно горизонтальной плоскости, а отверстие меньшего поперечного сечения конуса направлено вверх относительно горизонтальной плоскости.e) the axis of attachment of the mixers, which are attached radially to the shaft of rotation at one end and the other end to the mixer so that the longitudinal axis of each mixer is tangent to the circular path of rotation of the mixer and is at an angle of 10 degrees to 20 degrees with respect to the horizontal plane in which there is a circular path of rotation of the mixer, the hole of the larger cross section of the truncated cone pointing downward relative to the horizontal plane, and the hole of the smaller cross section of the cone n directed upward relative to the horizontal plane.

Таким образом, краткая сущность известного технического решения заключается в том, что устройство для смешивания по известному техническому решению представляет собой вал, установленный в резервуаре с жидкой средой с возможностью вращения вокруг продольной (вертикальной) оси, при этом к нижней части вала жестко под прямым углом прикреплено по меньшей мере две штанги, на концах штанг жестко установлены смесительные элементы, имеющие форму усеченного конуса с большим отверстием у основания и с малым отверстием в месте сечения конуса, смесительные элементы установлены под углом 10-20 градусов к круговой траектории вращения конусов, причем отверстие большего поперечного сечения усеченного конуса направлено вниз относительно горизонтальной плоскости, а отверстие меньшего поперечного сечения конуса направлено вверх относительно горизонтальной плоскости.Thus, the brief essence of the known technical solution lies in the fact that the mixing device according to the known technical solution is a shaft mounted in a reservoir with a liquid medium with the possibility of rotation around a longitudinal (vertical) axis, while rigidly at right angles to the bottom of the shaft at least two rods are attached, mixing elements having the shape of a truncated cone with a large hole at the base and with a small hole at the cross-section of the cone are rigidly installed at the ends of the rods, itelnye elements are mounted at an angle of 10-20 degrees to the circular path of rotation of the cones, and the opening of larger cross-section of a truncated cone is directed downward relative to the horizontal plane, and a hole of smaller cross section of the cone is directed upwards relative to the horizontal plane.

Недостатком известного технического решения [2] является то, что при скорости движения жидкости через смесительный элемент менее 1,3 м/сек в жидкости преобладают ламинарные потоки, что значительно снижает эффективность использования устройства по назначению, т.к. при низких скоростях вращения вала в известном устройстве не возникает турбулентных потоков.A disadvantage of the known technical solution [2] is that when the fluid velocity through the mixing element is less than 1.3 m / s, laminar flows prevail in the fluid, which significantly reduces the efficiency of the intended use of the device, because at low speeds of rotation of the shaft in the known device does not occur turbulent flows.

Известно устройство - фланец мешалка по патенту US 2011249529 [3].A device is known - a mixer flange according to patent US 2011249529 [3].

Сущность известного устройства для смешивания заключается в том, что по меньшей мере один перемешивающий элемент представляет собой жестко закрепленную на определенном расстоянии к вращающемуся вертикальному валу плоскую пластину круглой, овальной или квадратной формы с отверстием по центру. Отношение площади плоского элемента к площади поперечного сечения отверстия составляет от 0,5:1 до 1:х>1.The essence of the known device for mixing is that at least one mixing element is a flat plate of a circular, oval or square shape with a hole in the center, rigidly fixed at a certain distance to a rotating vertical shaft. The ratio of the area of the flat element to the cross-sectional area of the hole is from 0.5: 1 to 1: x> 1.

Недостатком известного технического решения [3] являются низкая эффективность применения по назначению вследствие более низкой эффективности смешивания жидкостей по сравнению с заявленным техническим решением, при сопоставимых энергетических затратах на перемешивание, особенно в случае перемешивания высоковязких жидкостей.A disadvantage of the known technical solution [3] is the low efficiency of the intended use due to the lower efficiency of mixing liquids compared to the claimed technical solution, with comparable energy costs for mixing, especially in the case of mixing highly viscous liquids.

Наиболее близким по наибольшему количеству совпадающих признаков и достигаемому техническому результату к заявленному техническому решению, выбранному заявителем в качестве прототипа, является устройство для смешивания жидкостей и/или твердых веществ с жидкостями по патенту US 8876369 [4], (далее СЭП - смесительный элемент по прототипу).The closest in the greatest number of matching features and the achieved technical result to the claimed technical solution, selected by the applicant as a prototype, is a device for mixing liquids and / or solids with liquids according to the patent US 8876369 [4], (hereinafter BEP - a mixing element of the prototype )

Сущность прототипа заключается в том, что смесительное устройство содержит вал, на котором закреплена одним концом, по меньшей мере, одна ось, а на другом конце оси закреплен смешивающий элемент, имеющий в форму усеченного конуса, с большим отверстием на одном его конце и малым отверстием на противоположном конце, соединенным через выходную секцию с секцией диффузора, имеющего внутренний диаметр больший, чем выходная секция и множество вырезов, разнесенных относительно друг друга. Продольная ось смесительных элементов относительно горизонтальной плоскости вращения имеет угол от 0° до 35°.The essence of the prototype lies in the fact that the mixing device comprises a shaft on which at least one axis is fixed at one end, and a mixing element having the shape of a truncated cone is fixed at the other end of the axis, with a large hole at one end and a small hole at the opposite end, connected through the output section to a diffuser section having an inner diameter larger than the output section and a plurality of cutouts spaced relative to each other. The longitudinal axis of the mixing elements relative to the horizontal plane of rotation has an angle from 0 ° to 35 °.

Недостатками прототипа является:The disadvantages of the prototype is:

- недостаточно эффективное смешивание веществ, находящихся в жидком состоянии, связанное с низкой эффективностью создаваемых турбулентных завихрений, т.к. смесительные элементы прототипа, в силу конструктивных особенностей, не обеспечивают эффективное создание турбулентных потоков, особенно при малых скоростях вращения вала и при высоких показателях вязкости перемешиваемых жидких сред, что приводит к увеличению времени перемешивания до достижения необходимой степени смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования;- insufficiently effective mixing of substances in a liquid state, associated with the low efficiency of the generated turbulent vortices, because due to their design features, the mixing elements of the prototype do not ensure the efficient creation of turbulent flows, especially at low shaft speeds and high viscosity of mixed fluid, which leads to an increase in mixing time until the required degree of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, suspension ;

- высокие энергетические затраты из-за длительного времени перемешивания.- high energy costs due to the long mixing time.

Целью заявленного технического решения является устранение недостатков прототипа, а именно: разработка устройства для эффективного смешивания жидких сред различной вязкости путем повышения объема и эффективности создания турбулентных завихрений в резервуаре за счет изменения конструкции смесительных элементов, что, по мнению заявителя, приведет к снижению времени и энергетических затрат перемешивания до достижения необходимой степени смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования и удалению застойных зон в объеме резервуара смешения.The purpose of the claimed technical solution is to eliminate the disadvantages of the prototype, namely: the development of a device for efficiently mixing liquid media of various viscosities by increasing the volume and efficiency of creating turbulent eddies in the tank by changing the design of the mixing elements, which, according to the applicant, will reduce time and energy mixing costs until the desired degree of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, suspension and removal of stagnant it is in the volume of the mixing tank.

Техническим результатом является повышение эффективности процесса смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования в резервуаре различных жидких сред за счет увеличение объема турбулентных завихрений в объеме перемешивания. Вышеуказанное достигают с помощью изменения конструкции смесительных элементов путем оснащения их завихрителями, выполненными в виде право- или левозакрученной в спираль пластины, что дает возможность придания жидкой среде вращательного движения, вовлекающего в процесс движения дополнительные объемы жидкой среды и создающего дополнительные турбулентные потоки.The technical result is to increase the efficiency of the process of mixing, dissolving, emulsifying, dispersing, suspending various liquid media in the tank by increasing the volume of turbulent eddies in the mixing volume. The above is achieved by changing the design of the mixing elements by equipping them with swirls made in the form of a plate, either left- or left-wound in a spiral, which makes it possible to impart a rotational motion to the liquid medium, which involves additional volumes of the liquid medium and creates additional turbulent flows.

Поставленную цель и заявленный технический результат достигают созданием устройства для смешивания жидких сред различной вязкости, состоящее из одного и более смесительных элементов, каждый из которых состоит из конфузора, прямого участка и диффузора с вырезами, характеризующееся тем, что смесительные элементы имеют завихрители, выполненные в виде правозакрученной или левозакрученной вдоль продольной оси пластины с возможностью создания дополнительных турбулентных потоков.The goal and the claimed technical result are achieved by creating a device for mixing liquid media of various viscosities, consisting of one or more mixing elements, each of which consists of a confuser, a straight section and a diffuser with cutouts, characterized in that the mixing elements have swirls made in the form right-handed or left-handed along the longitudinal axis of the plate with the possibility of creating additional turbulent flows.

Все вышеизложенное повышает эффективность перемешивания, связанное с уменьшением времени и снижением энергозатрат перемешивания и приводящее к удалению застойных зон в объеме резервуара смешения.All of the above increases the efficiency of mixing associated with a decrease in time and a reduction in energy consumption of mixing and leading to the removal of stagnant zones in the volume of the mixing tank.

В результате вышеописанного:As a result of the above:

- снижается время перемешивания до достижения необходимой степени смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования;- reduced mixing time to achieve the required degree of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, suspension;

- снижаются энергетические затраты;- reduced energy costs;

- удаляются застойные зоны в объеме резервуара смешения.- stagnant zones in the volume of the mixing tank are removed.

Заявленное устройство иллюстрируется Фиг. 1 - Фиг. 5.The claimed device is illustrated in FIG. 1 - FIG. 5.

На Фиг. 1 изображен общий вид заявленного устройства в резервуаре, где:In FIG. 1 shows a General view of the claimed device in the tank, where:

1 - смесительный элемент с завихрителем в виде правозакрученной в спираль пластины;1 - a mixing element with a swirl in the form of a plate right-twisted into a spiral;

3 - вал;3 - shaft;

4 - штанга крепления смесительного элемента;4 - mounting rod of the mixing element;

5 - электродвигатель;5 - electric motor;

6 - емкость для смешивания;6 - mixing tank;

11 - крестовина;11 - a cross;

а) угол продольной оси смесительного элемента относительно горизонтальной плоскости его вращения составляет от 0° до 35°.a) the angle of the longitudinal axis of the mixing element relative to the horizontal plane of its rotation is from 0 ° to 35 °.

На Фиг. 2 изображен общий вид смесительного элемента, где:In FIG. 2 shows a General view of the mixing element, where:

1 - смесительный элемент с завихрителем в виде правозакрученной в спираль пластины;1 - a mixing element with a swirl in the form of a plate right-twisted into a spiral;

1А - завихритель в виде правозакрученной в спираль пластины;1A is a swirler in the form of a plate right-twisted into a spiral;

2 - смесительный элемент с завихрителем в виде левозакрученной в спираль пластины;2 - a mixing element with a swirl in the form of a plate left-twisted into a spiral;

2А - завихритель в виде левозакрученной в спираль пластины;2A — a swirler in the form of a plate left-twisted into a spiral;

3 - вал;3 - shaft;

4 - штанга крепления смесительного элемента;4 - mounting rod of the mixing element;

7 - диффузор;7 - diffuser;

8 - прямой участок смесительного элемента;8 - straight section of the mixing element;

9 - конфузор;9 - confuser;

10 - вырез диффузора;10 - cutout of the diffuser;

11 - крестовина11 - cross

На Фиг. 3 представлена Таблица 1, в которой приведены данные по определению времени полного растворения в воде хлорида калия KCl по удельной электрической проводимости раствора с использованием якорной мешалки (ЯМ), смесительных элементов по прототипу (СЭП), заявленных смесительных элементов (СЭЗ).In FIG. Figure 3 presents Table 1, which shows the data on the time of complete dissolution of potassium chloride KCl in water by the specific electrical conductivity of the solution using an anchor mixer (NM), prototype mixing elements (SES), and declared mixing elements (SEZ).

На Фиг. 4 представлена Таблица 2, в которой приведены данные по определению времени получения суспензии кварцевого песка в воде с использованием ЯМ, СЭП, СЭЗ.In FIG. Figure 4 presents Table 2, which shows the data on determining the time of obtaining a suspension of silica sand in water using NM, SEP, SEZ.

На Фиг. 5 представлена Таблица 3, в которой приведены данные по определению среднего диаметра жировых частиц в эмульсионной системе «масло в воде» с использованием ЯМ, СЭП, СЭЗ.In FIG. Figure 5 presents Table 3, which shows the data on determining the average diameter of fatty particles in an oil-in-water emulsion system using NM, SEP, and SEZ.

Заявленное устройство представляет собой вал, установленный в резервуаре с жидкой средой, с возможностью вращения вокруг продольной (вертикальной) оси посредством, например, электродвигателя, установленного в верхней части вала, при этом к нижней части вала жестко под прямым углом к продольной оси вала радиально закрепляют с помощью крестовины, одну и более штанги. На штангах жестко, эквидистантно или на разных расстояниях, устанавливают смесительные элементы, состоящие из конфузора, прямого участка и диффузора с вырезами. Смесительные элементы устанавливают на штангах разнонаправленно под углом от 0° до 35° к круговой траектории вращения смесительных элементов в горизонтальной плоскости. Внутри смесительных элементов устанавливают завихрители в виде право- или левозакрученной в спираль пластины (Фиг. 1, 2) с целью повышения эффективности турбулизации потоков в перемешиваемой жидкости.The claimed device is a shaft mounted in a tank with a liquid medium, with the possibility of rotation around the longitudinal (vertical) axis by, for example, an electric motor mounted in the upper part of the shaft, while to the bottom of the shaft is rigidly radially fixed to the longitudinal axis of the shaft using a cross, one or more rods. On the rods rigidly, equidistant or at different distances, set the mixing elements, consisting of a confuser, a straight section and a diffuser with cutouts. Mixing elements are mounted on the rods in different directions at an angle from 0 ° to 35 ° to the circular path of rotation of the mixing elements in the horizontal plane. Inside the mixing elements, swirlers are installed in the form of a right- or left-wound spiral plate (Fig. 1, 2) in order to increase the efficiency of turbulization of flows in the mixed liquid.

Конфузор является входом для перемешиваемой жидкости, а диффузор - выходом для перемешанной жидкости. Отношение диаметра входного отверстия конфузора к диаметру выходного отверстия диффузора находится, например, в интервале от 1,5 до 5,0.The confuser is the input for the mixed fluid, and the diffuser is the output for the mixed fluid. The ratio of the diameter of the inlet of the confuser to the diameter of the outlet of the diffuser is, for example, in the range from 1.5 to 5.0.

Устройство вращения вертикального вала (электродвигатель) позволяет вращать смесительные элементы по круговой траектории с линейной скоростью вращения, например, от 0,1 до 4,5 м/сек.The device for rotating a vertical shaft (electric motor) allows you to rotate the mixing elements in a circular path with a linear speed of rotation, for example, from 0.1 to 4.5 m / s.

Вал со смесительными элементами может быть расположен в любой части резервуара.A shaft with mixing elements can be located in any part of the tank.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Жидкая среда проходит через конфузор смесительного элемента, затем переходит на прямой участок смесительного элемента. Во время перехода жидкая среда приходит в состояние увеличивающейся турбулентности, как описано в прототипе. Далее жидкость проходит через прямой участок, а затем через диффузор с вырезами, диффузор также имеет определенный угол перехода с прямого участка, в результате чего в жидкости возникают обширные вихревые зоны, как описано в прототипе.The liquid medium passes through the confuser of the mixing element, then passes to a straight section of the mixing element. During the transition, the liquid medium comes into a state of increasing turbulence, as described in the prototype. Next, the liquid passes through a straight section, and then through a diffuser with cutouts, the diffuser also has a certain transition angle from the straight section, as a result of which extensive vortex zones appear in the liquid, as described in the prototype.

В заявленном устройстве, в отличие от прототипа, в смесительные элементы дополнительно устанавливают завихрители в виде право- или левозакрученной в спираль пластины, придающие дополнительное вращательное движение слоям жидкой среды и, таким образом, увеличивающие набор пульсаций векторов скоростей и давлений в различных слоях жидкой среды. В результате увеличивается турбулентность потоков слоев жидкой среды, что приводит к повышению эффективности процессов смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования.In the claimed device, in contrast to the prototype, swirlers are additionally installed in the mixing elements in the form of right- or left-wound spiral plates, giving additional rotational motion to the layers of the liquid medium and, thus, increasing the set of pulsations of the velocity and pressure vectors in different layers of the liquid medium. As a result, the turbulence of the flows of the layers of the liquid medium increases, which leads to an increase in the efficiency of the processes of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, and suspension.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения заявленного технического решения.The following are examples of specific implementation of the claimed technical solution.

Смешивание компонентов проводят в одной и той же прозрачной емкости кубической формы объемом 27 литров, размером 0,3 метра ×0,3 метра ×0,3 метра.The mixing of the components is carried out in the same transparent cubic tank with a volume of 27 liters, a size of 0.3 meters × 0.3 meters × 0.3 meters.

В качестве смесительных элементов используют соответственно:As mixing elements, respectively, are used:

- якорную мешалку (ЯМ);- anchor mixer (NM);

- 2 смесительных элемента по прототипу - патент US 8876369 (СЭП);- 2 mixing elements of the prototype - patent US 8876369 (BOT);

- 2 заявленных смесительных элемента с завихрителями (СЭЗ), из них один смесительный элемент с завихрителем в виде правозакрученной в спираль пластины, второй смесительный элемент с завихрителем в виде левозакрученной в спираль пластины.- 2 declared mixing elements with swirls (SEZ), of which one mixing element with a swirl in the form of a plate screwed to the spiral in a spiral, the second mixing element with a swirler in the form of a plate screwed to the left.

Число оборотов в минуту смесительных элементов - 44 об./мин.The number of revolutions per minute of the mixing elements is 44 rpm.

Линейная скорость вращения - 0,7 м/сек.Linear rotation speed - 0.7 m / s.

Мощность двигателя вращающего вал со смесительными элементами - 250 Вт.Engine power of a rotating shaft with mixing elements - 250 watts.

Температура раствора - плюс 25±1,5°С.The temperature of the solution is plus 25 ± 1.5 ° C.

Полученный технический результат представлен в следующих примерах конкретного выполнения с использованием соответственно ЯМ, СЭП, СЭЗ.The technical result obtained is presented in the following examples of specific performance using, respectively, NM, SEP, SEZ.

Пример 1. Определение времени полного растворения в воде хлорида калия KCl по удельной электрической проводимости раствора с использованием ЯМ, СЭП, СЭЗ.Example 1. Determination of the time of complete dissolution in water of potassium chloride KCl by the electrical conductivity of the solution using NM, SEP, SEZ.

Электрическую проводимость раствора определяют с помощью кондуктометра-трансмиттера с контактным датчиком АЖК-3110. В дистиллированную воду с температурой 25°С вводят определенное количество хлорида калия KCl, включают двигатель, вращающий смесительные элементы в емкости с линейной скоростью вращения 0,7 м/сек, и затем измеряют удельную электрическую проводимость в двух максимально удаленных друг от друга точках объема емкости. В качестве времени полного растворения хлорида калия KCl принимают время, после которого исчезают колебания значений удельной электрической проводимости в двух точках измерения с точностью ±2%. Результаты эксперимента представлены в Таблице 1 на Фиг. 3.The electrical conductivity of the solution is determined using a conductivity transmitter with a contact sensor AHK-3110. A certain amount of potassium chloride KCl is introduced into distilled water at a temperature of 25 ° C, a motor is turned on, which rotates the mixing elements in a tank with a linear speed of 0.7 m / s, and then the electrical conductivity is measured at two points of the tank volume as far apart as possible. . As the time of complete dissolution of potassium chloride KCl, take the time after which the fluctuations in the values of electrical conductivity at two measurement points disappear with an accuracy of ± 2%. The experimental results are presented in Table 1 in FIG. 3.

Как видно из представленных в Таблице 1 результатов, при использовании якорной мешалки (ЯМ) время полного растворения в воде хлорида калия KCl при максимальной концентрации KCl 0,2 моль/л составляет 100 (±1) сек.As can be seen from the results presented in Table 1, when using an anchor mixer (NM), the time of complete dissolution of potassium chloride KCl in water at a maximum KCl concentration of 0.2 mol / L is 100 (± 1) sec.

У смесительного элемента по прототипу (СЭП) время полного растворения составляет 55±1 сек. То есть в 1,8 раз меньше, чем у ЯМ.The mixing element of the prototype (BOT), the time of complete dissolution is 55 ± 1 sec. That is, 1.8 times less than that of NM.

У заявленного смесительного элемента оснащенного завихрителем в виде право- или левозакрученной в спираль пластины (СЭЗ) время полного растворения составило 26±1 сек., что в среднем в 3,8 раза меньше, чем у ЯМ и в 2,1 раза меньше, чем у СЭП.The claimed mixing element equipped with a swirl in the form of a right- or left-wound spiral plate (SEZ) the time of complete dissolution was 26 ± 1 sec., Which is on average 3.8 times less than for NM and 2.1 times less than BOT.

Основываясь на изложенном, принимая во внимание равные крутящие моменты на валу двигателя, энергетические затраты при использовании заявленного технического решения в среднем снижены на 3,8 раза по сравнению с ЯМ и в 2,1 раза по сравнению с прототипом (СЭП).Based on the foregoing, taking into account equal torques on the motor shaft, energy costs when using the claimed technical solution are reduced by an average of 3.8 times compared to NM and 2.1 times compared to the prototype (EP).

Таким образом, эффективность заявленного смесительного элемента с завихрителями в виде право- или левозакрученной в спираль пластины как отношение полученного эффекта (полное растворение в воде хлорида калия) к затратам с точки зрения затраченной энергии будет в 2,1 раза выше, чем у смесительного элемента по прототипу.Thus, the effectiveness of the claimed mixing element with swirls in the form of a right- or left-wound spiral plate as the ratio of the obtained effect (complete dissolution of potassium chloride in water) to costs in terms of energy expended will be 2.1 times higher than that of the mixing element in prototype.

Пример 2. Определение времени получения суспензии кварцевого песка в воде с использованием ЯМ, СЭП, СЭЗ.Example 2. Determination of the time to obtain a suspension of silica sand in water using NM, SEP, SEZ.

Смешивание компонентов проводят в одной и той же прозрачной емкости кубической формы объемом 27 литров, число оборотов в минуту смесительных элементов - 44 об./мин., мощность двигателя вращающего вал со смесительными элементами - 250 Вт.The components are mixed in the same transparent cubic tank with a volume of 27 liters, the number of revolutions per minute of the mixing elements is 44 rpm, the engine power of the rotating shaft with the mixing elements is 250 watts.

В дистиллированную воду вводят промытый кварцевые песок (фракция 0,8-4,0 мм) в объеме, составляющем 1/5-1/3 от объема 27 литровой прозрачной емкости кубической формы, затем включают двигатель, вращающий смесительные элементы в емкости, и затем измеряют время, за которое полностью исчезает осадок кварцевого песка на дне емкости. Эксперимент проводят с использованием ЯМ, СЭП, СЭЗ соответственно.Washed silica sand (fraction 0.8–4.0 mm) is introduced into distilled water in a volume of 1 / 5-1 / 3 of the volume of a 27 liter cubic transparent container, then an engine rotates the mixing elements in the container, and then measure the time during which the precipitate of quartz sand at the bottom of the tank completely disappears. The experiment is carried out using NM, SEP, SEZ, respectively.

Результаты эксперимента представлены в Таблице 2 на Фиг. 4.The experimental results are presented in Table 2 in FIG. four.

Как видно из представленных в Таблице 2 результатов, использование якорной мешалки (ЯМ) не позволяет полностью смешать кварцевый песок с водой при заданных условиях.As can be seen from the results presented in Table 2, the use of an anchor mixer (NM) does not allow to completely mix quartz sand with water under given conditions.

Смесительный элемент по прототипу (СЭП) при объеме кварцевого песка выше определенного значения также не в состоянии полностью смешать кварцевый песок с водой, т.к. наблюдался осадок песка в углах емкости кубической формы.The mixing element of the prototype (BOT) with a volume of quartz sand above a certain value is also not able to completely mix quartz sand with water, because sand sediment was observed in the corners of the cubic tank.

Заявленный смесительный элемент с завихрителем в виде право- или левозакрученной в спираль пластины обеспечивает полное перемешивание кварцевого песка (в указанных объемах от 1/3 до 1/5 объема емкости) с водой. При этом при объемах 1/3 емкости полное перемешивание наблюдают за 180 сек.The claimed mixing element with a swirl in the form of a right- or left-wound spiral plate provides complete mixing of quartz sand (in the indicated volumes from 1/3 to 1/5 of the tank volume) with water. Moreover, with volumes of 1/3 of the capacity, complete mixing is observed for 180 seconds.

Таким образом, заявленный смесительный элемент с завихрителем в виде право- или левозакрученной в спираль пластины обеспечивает более эффективное смешивание при создании суспензий по сравнению со смесительным элементом по прототипу, поскольку достигнуто более эффективное удаление застойных зон в объеме резервуара смешения, независимо от его формы и размеров, указанный результат получен благодаря введению в конструкцию смесительного элемента лево или право закрученной пластины.Thus, the claimed mixing element with a swirl in the form of a right- or left-wound spiral plate provides more efficient mixing when creating suspensions compared to the mixing element of the prototype, since more efficient removal of stagnant zones in the volume of the mixing tank is achieved, regardless of its shape and size , the specified result was obtained due to the introduction of a left or right twisted plate into the design of the mixing element.

Пример 3. Исследование дисперсности водо-жировой эмульсионной системы с использованием ЯМ, СЭП, СЭЗ.Example 3. The study of the dispersion of a water-fat emulsion system using NM, SEP, SEZ.

Смешивание компонентов проводят в одной и той же прозрачной емкости кубической формы объемом 27 литров, число оборотов в минуту смесительных элементов - 44 об./мин., мощность двигателя вращающего вал со смесительными элементами - 250 Вт.The components are mixed in the same transparent cubic tank with a volume of 27 liters, the number of revolutions per minute of the mixing elements is 44 rpm, the engine power of the rotating shaft with the mixing elements is 250 watts.

Время работы смесительных элементов - 5 минут.The operating time of the mixing elements is 5 minutes.

Эмульсионная система состоит из дистиллированной воды - 95% и рафинированного растительного масла - 5%.The emulsion system consists of distilled water - 95% and refined vegetable oil - 5%.

На аппаратно-программном комплексе «ДиаМорф» анализируют изменение среднего диаметра жировых частиц в эмульсионной системе «масло в воде» при использовании смесительных элементов ЯМ, СЭП и СЭЗ соответственно.On the hardware-software complex "DiaMorf" analyze the change in the average diameter of the fat particles in the oil-in-water emulsion system when using the mixing elements NM, SEP and SEZ, respectively.

Результаты эксперимента представлены в Таблице 3 на Фиг. 5.The experimental results are presented in Table 3 in FIG. 5.

Как видно из данных, приведенных в Таблице 3, в результате перемешивания якорной мешалкой (ЯМ) средний диаметр жировых частиц в эмульсионной системе «масло в воде» равен 6,3 мкм.As can be seen from the data shown in Table 3, as a result of stirring with an anchor stirrer (NM), the average diameter of the fat particles in the oil-in-water emulsion system is 6.3 μm.

В результате перемешивания смесительным элементом по прототипу (СЭП) средний диаметр жировых частиц в эмульсионной системе «масло в воде» равен 4,2 мкм.As a result of mixing with the mixing element of the prototype (BOT), the average diameter of the fatty particles in the oil-in-water emulsion system is 4.2 microns.

В результате перемешивания заявленным смесительным элементом (СЭЗ) с завихрителем в виде право- или левозакрученной в спираль пластины средний диаметр жировых частиц в эмульсионной системе «масло в воде» равен 1,8 мкм.As a result of mixing with the claimed mixing element (SEZ) with a swirl in the form of a plate, right- or left-wound into a spiral, the average diameter of the fat particles in the oil-in-water emulsion system is 1.8 μm.

Таким образом, средний диаметр жировых частиц в эмульсионной системе «масло в воде» в результате перемешивания заявленным смесительным элементом (СЭЗ) в 3,5 раза меньше, чем у якорной мешалки (ЯМ) и, соответственно, в 2,3 раза меньше, чем у смесительного элемента по прототипу (СЭП), что свидетельствует о более высокой эффективности процесса диспергирования с использованием заявленного технического решения. Соответственно, энергетические затраты будут иметь аналогичные пропорции.Thus, the average diameter of the fatty particles in the oil-in-water emulsion system as a result of mixing with the declared mixing element (SEZ) is 3.5 times smaller than that of the anchor mixer (NM) and, accordingly, 2.3 times smaller than the mixing element of the prototype (BOT), which indicates a higher efficiency of the dispersion process using the claimed technical solution. Accordingly, energy costs will have similar proportions.

Таким образом, эффективность заявленного смесительного элемента с завихрителем в виде право- или левозакрученной в спираль пластины, как отношение полученного эффекта к затратам, с точки зрения затраченной энергии, будет в 2,3 раза выше, чем у смесительного элемента по прототипу.Thus, the effectiveness of the claimed mixing element with a swirl in the form of a right- or left-wound spiral plate, as a ratio of the obtained effect to costs, in terms of energy expended, will be 2.3 times higher than that of the mixing element of the prototype.

Из приведенных примеров конкретного выполнения видно, что:From the above examples of specific performance shows that:

- снижено время перемешивания до достижения необходимой степени гомогенизации в 2,1 раза по сравнению с прототипом;- reduced mixing time to achieve the required degree of homogenization in 2.1 times in comparison with the prototype;

- увеличена эффективность процесса суспедирования, т.к. при объемах 1/3 наполнения емкости кварцевым песком наблюдалось полное перемешивание за 180 сек., а у прототипа полное перемешивание не наблюдалось;- increased efficiency of the suspension process, because with volumes 1/3 of the filling of the tank with quartz sand, complete mixing was observed for 180 seconds, and the prototype did not observe complete mixing;

- достигнуто более чем в 2-х кратное раза снижение энергетических затрат при осуществлении процессов смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования;- achieved more than 2-fold decrease in energy costs during the processes of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, suspension;

- достигнуто более эффективное удаление застойных зон в объеме резервуара смешения, независимо от его формы и размеров.- achieved a more effective removal of stagnant zones in the volume of the mixing tank, regardless of its shape and size.

В результате можно сделать общий вывод, что заявителем достигнуты все поставленные цели, а именно:As a result, we can make a general conclusion that the applicant has achieved all the goals set, namely:

- повышена эффективность процесса смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования в резервуаре различных жидких сред за счет использования в конструкции смесителей с завихрителями выполненными в виде в виде право- или левозакрученной в спираль пластины, что приводит к увеличению объема турбулентных завихрений в объеме перемешивания. Вышеуказанное достигнуто с помощью изменения конструкции смесительных элементов путем оснащения их завихрителями в виде Право- или левозакрученной в спираль пластины, что дает возможность придания жидкой среде вращательного движения, вовлекающего в процесс движения дополнительные объемы жидкой среды и создающего дополнительные турбулентные потоки, повышающие эффективность перемешивания и приводящее к удалению застойных зон в объеме резервуара смешения.- the efficiency of the process of mixing, dissolving, emulsifying, dispersing, suspending various liquid media in the tank due to the use in the design of mixers with swirls made in the form of right- or left-wound spiral plates, which leads to an increase in the volume of turbulent swirls in the mixing volume. The above is achieved by changing the design of the mixing elements by equipping them with swirls in the form of a plate, either left or right-handed, which makes it possible to impart a rotational motion to the liquid medium, involving additional volumes of the liquid medium in the movement process and creating additional turbulent flows that increase mixing efficiency and result in to remove stagnant zones in the volume of the mixing tank.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат и, таким образом, достигнута поставленная цель - разработано устройство для эффективного смешивания жидких сред различной вязкости путем повышения объема и эффективности создания турбулентных завихрений в резервуаре за счет изменения конструкции смесительных элементов, что, по мнению заявителя, приведет к снижению времени и энергетических затрат перемешивания до достижения необходимой степени смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования и удалению застойных зон в объеме резервуара смешения.From the foregoing, we can conclude that the applicant achieved the claimed technical result and, thus, achieved the goal - a device was developed for efficient mixing of liquid media of various viscosities by increasing the volume and efficiency of creating turbulent eddies in the tank by changing the design of the mixing elements, which, according to the applicant’s opinion will lead to a reduction in the time and energy costs of mixing until the required degree of mixing, dissolution, emulsification, d spergating, suspending and removing stagnant zones in the volume of the mixing tank.

Заявленное устройство состоит из одного и более смесительных элементов, каждый из которых состоит из конфузора, прямого участка и диффузора с вырезами, и характеризуется тем, что смесительные элементы дополнительно оснащены размещенными внутри завихрителями, выполненными в виде право- или левозакрученной в спираль пластины.The claimed device consists of one or more mixing elements, each of which consists of a confuser, a straight section and a diffuser with cutouts, and is characterized by the fact that the mixing elements are additionally equipped with swirlers placed inside, made in the form of a plate, either left or right-handed.

Заявленное устройство соответствует критерию «новизна», предъявляемому к полезным моделям, так как при определении уровня техники не обнаружено устройство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле полезной модели, включая характеристику назначения.The claimed device meets the criterion of "novelty", presented to utility models, since when determining the level of technology, no device is found that has characteristics that are identical (that is, matching the functions performed by them and the execution form of these signs) to all the signs listed in the utility model formula , including a description of the destination.

Заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к полезным моделям, поскольку может быть использовано В нефтегазохимической, фармацевтической, пищевой отрасли и в других отраслях, там, где требуется достичь определенной степени смешивания, растворения, эмульгирования, диспергирования, суспендирования жидких смесей различных веществ в резервуарах различной формы.The claimed device meets the criterion of "industrial applicability" for utility models, since it can be used in the petrochemical, pharmaceutical, food and other industries, where it is necessary to achieve a certain degree of mixing, dissolution, emulsification, dispersion, suspension of liquid mixtures of various substances in tanks of various shapes.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИUSED SOURCES

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. - 784 с. - Перепеч. с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. - 753 с.1. Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. M .: Chemistry, 1973.- 784 p. - Perepech. from the ed. 1973 - M .: OOO TID "Alliance", 2004. - 753 p.

2. Патент US 5037209 (А), МПК B01F 15/00; B01F 7/00. Приоритет от 08.02.1988. Опубликован 06.08.1991. Описание патента.2. Patent US 5037209 (A), IPC B01F 15/00; B01F 7/00. Priority from 02/08/1988. Published on August 6, 1991. Patent Description

3. Патент US 2011249529 (А1), МПК B01F 7/00. Приоритет от 30.12.2008. Опубликован 13.10.2011. Описание патента.3. Patent US 2011249529 (A1), IPC B01F 7/00. Priority dated 12/30/2008. Published on October 13, 2011. Patent Description

4. Патент US 8876369 (В1), МПК B01F 7/00; B01F 7/20. Приоритет от 24.03.2014. Опубликован 04.11.2014. Описание патента.4. Patent US 8876369 (B1), IPC B01F 7/00; B01F 7/20. Priority from 03.24.2014. Published on November 4, 2014. Patent Description

Claims (1)

Устройство для смешивания жидких сред различной вязкости, состоящее из одного и более смесительных элементов, каждый из которых состоит из конфузора, прямого участка и диффузора с вырезами, отличающееся тем, что смесительные элементы имеют завихрители, выполненные в виде правозакрученной или левозакрученной вдоль продольной оси пластины с возможностью создания дополнительных турбулентных потоков.A device for mixing liquid media of various viscosities, consisting of one or more mixing elements, each of which consists of a confuser, a straight section and a diffuser with cutouts, characterized in that the mixing elements have swirls made in the form of a plate with a right-handed or left-handed longitudinal axis along a the ability to create additional turbulent flows.

Images