RU2130334C1 - Method of components mixing in liquid medium - Google Patents

Abstract

FIELD: mixing of liquids and solid components in liquid medium. SUBSTANCE: method consists in that mixing is carried out with the help of mixer whose hydraulic resistance in its clockwise rotation differs from hydraulic resistance of mixer in counterclockwise rotation. Mixing is effected under continuously alternating acceleration and braking conditions. Acceleration conditions are characterized by the fact that mixed medium is imparted preset kinetic energy by mixer rotation to side of its low resistance, while braking conditions, by abrupt braking of rotation. EFFECT: intensified mixing process without increasing power consumption. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области смешения мешалками жидких веществ или твердых компонентов в жидкой среде и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где необходимо проводить соответствующую операцию.. The invention relates to the field of mixing with stirrers of liquid substances or solid components in a liquid medium and can be used in various industries where it is necessary to carry out the corresponding operation ..

Известны способы смешения вибрационной мешалкой (З.Штербачек, П.Тауск. Перемешивание в химической промышленности, ГХИ, Ленинград, 1963 г. Вибрационная машина с частичным вращательным движением, стр. 319), вал которой поворачивается на некоторый угол по- и против часовой стрелке. Недостатком способа является повышенное потребление энергии и недостаточная эффективность. Known methods of mixing with a vibrational mixer (Z.Shterbachek, P.Tausk. Stirring in the chemical industry, GHI, Leningrad, 1963. Vibration machine with partial rotational movement, p. 319), the shaft of which rotates at a certain angle clockwise and counterclockwise . The disadvantage of this method is increased energy consumption and lack of efficiency.

Известен способ смешения мешалкой (Патент Франции N 2685220 от 25.06.93 г., B 01 F 7/20), где смешение реализуется посредством организации чередования трех режимов: вращения мешалки по часовой стрелке, останов мешалки и вращение мешалки против часовой стрелки; при этом лопасти мешалки выполняются с поворотными сегментами. Недостатком способа является неадекватное увеличение эффективности смешения по сравнению со сложностью смесительной системы, что, в первую очередь, относится к самой мешалке, которая выполняется многозвенной и потому громоздкой и, в частности, не допускает высоких скоростей вращения и гидроударных воздействий, и, во-вторых, в рассматриваемом способе реализуется по сути один режим работы (режим макросмешения), при котором перемешивание проводят за счет перемещения с большей или меньшей интенсивностью макрослоев смешиваемой среды относительно друг друга. A known method of mixing a mixer (French Patent N 2685220 from 06.25.93, B 01 F 7/20), where the mixing is carried out by organizing the alternation of three modes: rotation of the mixer clockwise, stop the mixer and rotate the mixer counterclockwise; while the mixer blades are made with rotary segments. The disadvantage of this method is the inadequate increase in mixing efficiency compared to the complexity of the mixing system, which, first of all, relates to the mixer itself, which is multilinked and therefore bulky and, in particular, does not allow high speeds of rotation and hydraulic shock, and, secondly , in the considered method, essentially one operating mode is implemented (macro mixing mode), in which mixing is carried out by moving with a greater or lesser intensity of the macrolayers of the mixed medium tion to each other.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является традиционный способ смешения компонентов мешалкой в жидкой среде, заключающийся в интенсивном перемещении макрослоев смешиваемой среды относительно друг друга в неподвижном аппарате лопастями высокооборотной конструкции жесткой и прочной мешалкой (З.Штербачек, П.Тауск. Перемешивание в химической промышленности, ГХИ, Ленинград, 19633 г. стр. 290-318) - (прототип). При традиционном способе смешивания высокооборотной мешалкой высокая эффективность смешения достигается за счет значительного увеличения мощности привода мешалки с одновременной турбулизацией смешиваемой среды, например, за счет введения статорных перегородок. Недостатком способа является неадекватное увеличение эффективности смешения в сравнении в увеличением расхода мощности и степенью усложнения смесителя. Closest to the technical nature of the proposed method is the traditional way of mixing the components of the mixer in a liquid medium, which consists in the intensive movement of the macrolayers of the mixed medium relative to each other in a fixed apparatus by the blades of a high-speed construction with a rigid and strong mixer (Z. Shturbachek, P. Tausk. Mixing in chemical industry, GHI, Leningrad, 19633, pp. 290-318) - (prototype). In the traditional method of mixing with a high-speed mixer, high mixing efficiency is achieved by significantly increasing the drive power of the mixer with simultaneous turbulization of the medium being mixed, for example, by introducing stator partitions. The disadvantage of this method is the inadequate increase in the efficiency of mixing in comparison with an increase in power consumption and the degree of complication of the mixer.

Указанные недостатки устраняются тем, что смешивание проводят динамоасимметричной мешалкой, гидравлическое сопротивление которой при вращении по часовой стрелке резко отличается от гидравлического сопротивления мешалки при вращении ее против часовой стрелки, кроме того, организуют непрерывно чередующиеся разгонный и активный тормозной режимы смешивания, первый из которых характеризуется тем, что смешиваемой среде сообщают заданную кинетическую энергию путем вращения в ней мешалки в сторону ее малого сопротивления, а второй режим характеризуется резким торможением мешалки (предельный случай - мгновенный останов), причем разгонный режим переключают на тормозной как только кинетическая энергия смешиваемой среды становится больше верхнего заданного значения, а тормозной режим переключают на разгонный, как только кинетическая энергия смешиваемой среды становится меньше нижнего заданного значения. Превышение кинетической энергии смешиваемой среды над верхним заданным значением при работе системы в разгонном режиме оценивают, например, по понижению на заданную величину текущего момента на валу двигателя мешалки в сравнении с его пусковым моментом, а понижение кинетической энергии смешиваемой среды ниже нижнего заданного значения при работе системы в тормозном режиме, например, гарантируют за счет заданного времени работы системы в этом режиме. These disadvantages are eliminated by the fact that the mixing is carried out by a dynamo-asymmetric mixer, the hydraulic resistance of which during clockwise rotation differs sharply from the hydraulic resistance of the mixer when it is rotated counterclockwise, in addition, continuously alternating accelerating and active braking mixing modes are organized, the first of which is characterized by that the given kinetic energy is reported to the mixed medium by rotation of the stirrer in it towards its low resistance, and the second mode x it is characterized by sharp braking of the mixer (the limiting case is instantaneous stop), and the acceleration mode is switched to braking as soon as the kinetic energy of the mixed medium becomes greater than the upper set value, and the braking mode is switched to accelerating as soon as the kinetic energy of the mixed medium becomes less than the lower set value. The excess of the kinetic energy of the mixed medium over the upper specified value during operation of the system in acceleration mode is estimated, for example, by lowering the set moment of the current moment on the mixer motor shaft in comparison with its starting moment, and the decrease in the kinetic energy of the mixed medium below the lower specified value during system operation in the braking mode, for example, they are guaranteed due to the set operating time of the system in this mode.

В предлагаемом способе чередуются противоположные по своей сути разгонный и тормозной режимы: в первом режиме (режим макросмешения) маломоментным высокооборотным вращательным приводом через мешалку с малым гидравлическим сопротивлением смешиваемой жидкой среды, особенно пограничному с мешалкой слою, постепенно передается значительная кинетическая энергия, которая затем в активном тормозном режиме (при помощи тормозного привода с большим тормозным моментом и с практически нулевым ходом) трансформируется в гидравлический удар, мгновенно распространяющийся по всему объему смешиваемой жидкой среды, сильно турбулизируя ее (режим микросмешения). In the proposed method, the alternating accelerating and braking modes alternate: in the first mode (macro mixing mode), a small high-speed rotary drive through a mixer with low hydraulic resistance of the mixed liquid medium, especially the boundary layer with a mixer, considerable kinetic energy is gradually transferred, which is then actively braking mode (using a brake drive with a large braking torque and with almost zero stroke) is transformed into a water hammer, instantly propagating throughout the entire volume of the mixed liquid medium, strongly turbulizing it (micro mixing mode).

Предложенный способ позволяет значительно интенсифицировать смешивание мешалкой за счет аккумулирования кинетической энергии в самой смешиваемой среде и последующего импульсного использования этой энергии для турбулизации самой же смешиваемой среды. The proposed method allows to significantly intensify mixing with a mixer due to the accumulation of kinetic energy in the mixed medium itself and the subsequent pulsed use of this energy for turbulence of the mixed medium itself.

Сущность изобретения раскрывается из описания алгоритма работы смесителя, состоящего из вертикального сосуда (на фиг. не показан), в котором производится смешивание динамоасимметричной мешалкой жидких или твердых веществ в жидкой среде. The essence of the invention is disclosed from the description of the operating algorithm of a mixer consisting of a vertical vessel (not shown in FIG.), In which a dynamo-asymmetric mixer is used to mix liquid or solid substances in a liquid medium.

Пример одной из конструкции динамоасимметричной мешалки представлен на фиг. 1 и фиг. 2 (продольное сечение). An example of one design of a dynamo-asymmetric mixer is shown in FIG. 1 and FIG. 2 (longitudinal section).

Основной отличительной особенностью динамоасимметричной мешалки является ее способность воспринимать значительные гидравлические удары, а также она должна иметь значительную разность гидравлического сопротивления при вращении ее по- и против часовой стрелки и, чем больше эта разность, тем выше качество динамоасимметричной мешалки. Термин "динамоасимметричная" мешалка и ее определение в литературе не известны и введены здесь авторами заявки. Следует заметить, что в литературе описаны отдаленно похожие конструкции мешалок (см. З. Штербачек, П.Тауск. Перемешивание в химической промышленности. ГХИ, Ленинград, 1963 г., стр. 309, рис. 144. Турбинная мешалка с изогнутыми лопатками), однако они не достаточно жесткие и прочные и везде применяются только традиционно известным способом. The main distinguishing feature of a dynamo-asymmetric mixer is its ability to absorb significant hydraulic shocks, and it must also have a significant difference in hydraulic resistance when it is rotated clockwise and counterclockwise, and the larger this difference, the higher the quality of the dynamo-asymmetric mixer. The term "dynamo-asymmetric" mixer and its definition are not known in the literature and are introduced here by the authors of the application. It should be noted that remotely similar designs of mixers are described in the literature (see Z. Shterbachek, P. Tausk. Mixing in the chemical industry. GHI, Leningrad, 1963, p. 309, Fig. 144. Turbine mixer with curved blades), however, they are not sufficiently rigid and durable and are used everywhere only in a traditionally known manner.

Динамоасимметричная мешалка, показанная на фиг. 1 и фиг. 2, содержит втулку 1, к которой приварены две лопатки 2, каждая из которых представляет собой половину цилиндрической обечайки. Жесткость (и прочность) лопаток (и всей мешалки) достигается за счет приваренных ребер 3, располагающихся относительно втулки 1 наклонно (или по спирали), объединяющие втулку и лопатки в одну систему и которые образуют на мешалке двухзаходную винтовую поверхность. Как видим из рисунка мешалки, представленной на фиг. 1, гидравлическое сопротивление ее при вращении по часовой стрелке значительно превосходит сопротивление при вращении ее против часовой стрелки, причем при вращении мешалки ее лопатки будут создавать горизонтальные, а ребра - вертикальные замкнутые потоки жидкости. Приводом динамоасимметричной мешалки может быть пневматический двигатель или серийный асинхронный электродвигатель с повышенным скольжением (типа АОС2), оснащенные тормозом (например, фрикционным), автоматически фиксирующим мешалку от поворота при отключении двигателя. Возможно в качестве привода мешалки применять и обыкновенный асинхронный двигатель, однако тогда желательно ввести управляемую фрикционную муфту, соединяющую по соответствующей команде вал мешалки либо с валом электродвигателя, либо с валом тормоза. The dynamo-symmetric stirrer shown in FIG. 1 and FIG. 2, comprises a sleeve 1 to which two blades 2 are welded, each of which is half a cylindrical shell. The stiffness (and strength) of the blades (and the entire mixer) is achieved by welded ribs 3 located obliquely (or in a spiral) relative to the sleeve 1, combining the sleeve and the blades in one system and which form a twofold helical surface on the mixer. As can be seen from the drawing of the mixer shown in FIG. 1, its hydraulic resistance when rotating clockwise significantly exceeds the resistance when rotating it counterclockwise, and when the mixer rotates, its blades will create horizontal, and the ribs will be vertical closed fluid flows. The drive of a dynamo-asymmetric mixer can be a pneumatic motor or a serial high-slip asynchronous electric motor (type AOC2) equipped with a brake (e.g. friction) that automatically locks the mixer from turning when the engine is turned off. It is possible to use an ordinary asynchronous motor as the drive of the mixer, however, then it is desirable to introduce a controlled friction clutch that connects, according to the appropriate command, the shaft of the mixer either to the shaft of the electric motor or to the brake shaft.

При включении смесителя в работу двигатель начинает вращать динамоасимметричную мешалку в сторону ее малого сопротивления (против часовой стрелки), и последняя постепенно начинает сообщать всей смешиваемой массе, находящейся в вертикальной емкости, кинетическую энергию движения (по замкнутым вертикальной и горизонтальной траекториям). Как только кинетическая энергия смешиваемой среды становится больше верхнего заданного значения, что можно зафиксировать, например, по понижению на заданную величину текущего момента на валу двигателя мешалки в сравнении с его пусковым моментом, двигатель отключают, при этом динамоасимметричную мешалку резко останавливают, что равноценно резкому изменению направления вращения мешалки относительно смешиваемой среды, но уже с двигателем, обладающим значительно большим крутящим моментом. В результате резкого останова динамоасимметричной мешалки происходит гидравлический удар, который распространяется по всему объему жидкости и сильно турбулизирует ее, при этом кинетическая энергия смешиваемой среды резко уменьшается (тормозной режим работы смесителя). Как правило, выстой смесителя в этом состоянии достаточно кратковременный (доли секунды), поэтому кинетическая энергия смешиваемой среды не успевает обнулиться и последующий запуск двигателя мешалки требует меньшего пускового тока в сравнении с его первоначальным пусковым значением. Последний факт, а также использование бесконтактного тиристорного или транзисторного пускателя снимают проблему (которая в недалеком прошлом существовала при использовании контактного пускателя) организации работы электродвигателя с относительно большой частотой включения. Таким образом, предложенный способ позволяет значительно интенсифицировать процесс смешения без усложнения механической части смесителя и без увеличения потребления им энергии. When the mixer is turned on, the engine starts to rotate the dynamo-asymmetric mixer in the direction of its small resistance (counterclockwise), and the latter gradually begins to inform the entire mixed mass in the vertical tank of the kinetic energy of movement (along closed vertical and horizontal trajectories). As soon as the kinetic energy of the medium being mixed becomes larger than the upper preset value, which can be fixed, for example, by decreasing the current moment on the shaft of the mixer motor by a predetermined value in comparison with its starting torque, the engine is turned off, while the dynamo-symmetric mixer is stopped abruptly, which is equivalent to a sharp change the direction of rotation of the mixer relative to the medium to be mixed, but already with an engine with a significantly larger torque. As a result of a sharp stop of the dynamo-symmetric mixer, a hydraulic shock occurs, which propagates throughout the entire volume of the liquid and strongly turbulizes it, while the kinetic energy of the mixed medium decreases sharply (braking mode of the mixer). As a rule, the standstill of the mixer in this state is quite short-lived (fractions of a second), therefore, the kinetic energy of the medium being mixed does not have time to zero and the subsequent start of the mixer motor requires a lower starting current compared to its initial starting value. The latter fact, as well as the use of a non-contact thyristor or transistor starter, removes the problem (which existed in the recent past when using a contact starter) of organizing the operation of an electric motor with a relatively high switching frequency. Thus, the proposed method can significantly intensify the mixing process without complicating the mechanical part of the mixer and without increasing its energy consumption.

Claims (2)

1. Способ смешения компонентов в жидкой среде, заключающийся в относительном перемещении слоев смешиваемой среды в неподвижном аппарате лопастями или другими рабочими элементами мешалки, отличающийся тем, что смешивание проводят динамоасимметричной мешалкой, гидравлическое сопротивление которой при вращении по часовой стрелке резко отличается от гидравлического сопротивления мешалки при вращении ее против часовой стрелки, кроме того, организуют непрерывно чередующиеся разгонный и тормозной режимы смешивания, первый из которых характеризуется тем, что смешиваемой среде сообщают заданную кинетическую энергию путем вращения в ней мешалки в сторону ее малого сопротивления, а второй режим характеризуется торможением мешалки, причем разгонный режим переключают на тормозной, как только кинетическая энергия смешиваемой среды становится больше верхнего заданного значения, а тормозной режим переключают на разгонный, как только кинетическая энергия смешиваемой среды становится меньше нижнего заданного значения. 1. The method of mixing the components in a liquid medium, which consists in the relative movement of the layers of the mixed medium in a stationary apparatus with blades or other working elements of the mixer, characterized in that the mixing is carried out by a dynamo-asymmetric mixer, the hydraulic resistance of which during clockwise rotation differs sharply from the hydraulic resistance of the mixer when by rotating it counterclockwise, in addition, continuously alternating accelerating and braking mixing modes are organized, the first of which is It is characterized by the fact that the prescribed kinetic energy is reported to the mixed medium by rotating the stirrer in it towards its low resistance, and the second mode is characterized by braking of the stirrer, and the accelerating mode is switched to braking, as soon as the kinetic energy of the mixed medium becomes greater than the upper preset value, and the braking mode switch to booster as soon as the kinetic energy of the medium being mixed becomes less than the lower setpoint. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что превышение кинетической энергии смешиваемой среды над верхним заданным при работе системы в разгонном режиме оценивают по понижению на заданную величину текущего момента на валу двигателя мешалки в сравнении с его пусковым моментом, а понижение кинетической энергии смешиваемой среды ниже нижнего заданного значения при работе системы в тормозном режиме гарантируют за счет заданного времени работы системы в этом режиме. 2. The method according to claim 1, characterized in that the excess of the kinetic energy of the mixed medium over the upper specified when the system is in acceleration mode is estimated by lowering the current moment on the mixer motor shaft by a predetermined value in comparison with its starting moment, and lowering the kinetic energy of the mixed environments below the lower setpoint when the system is operating in the brake mode is guaranteed due to the set time of the system in this mode.

Images