Прямоточный смеситель жидкостей и газов. Смеситель жидкостей

смеситель жидкостей - патент РФ 2250799

Изобретение относится к конструкциям смесителей и может быть использовано в химической, пищевой, нефтехимической и других отраслях промышленности для смешивания основного потока жидкости с малыми количествами жидких добавок. Смеситель жидкости выполнен из вертикального корпуса с проточной камерой и помещенного в него смесительного элемента, который выполнен из поперечного канала и изогнутых продольных каналов. Продольные каналы между собой соединены ребром, выполненным в виде сегмента. Основной поток жидкости и реактивная сила, возникающая при истечении добавочной жидкости, приводят во вращение смесительный элемент. Смеситель оснащен механизмом доя дозирования смешиваемых компонентов. Данный смеситель позволяет повысить качество готовой смеси и улучшить перемешивание путем применения смесительного элемента, который приводит ввод добавочной жидкости по всей ширине основного потока жидкости непосредственно в область смешивания, а также обеспечить необходимые дозы смешивания компонентов при помощи механизма дозирования. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2250799

Наиболее близким аналогом к изобретению является “Смеситель” (SU 1194476 А, 30.11.1985), содержащий корпус с проточной камерой для основного потока жидкости и соединенный с ней каналом ввода добавочной жидкости, емкость для добавочной жидкости, соединенную патрубком с каналом ввода добавочной жидкости, вертикальный вал, установленный в проточной камере эксцентрично оси корпуса, горизонтальные параллельные друг другу диски, закрепленные на валу, соосно расположенные в корпусе постоянные магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами, эластичную мембрану, помещенную в дозировочную камеру снаружи второго магнита. Смеситель снабжен бесконтактным магнитным датчиком, установленным соосно первому магниту и эксцентрично оси дозировочной камеры на внутренней стенке корпуса, и регистратором импульсов, подключенным к датчику, а также циклоном, соединенным с выходом корпуса.

Однако данный смеситель позволяет осуществить ввод добавочной жидкости только в одном месте смесительной камеры.

Задача изобретения - повышение качества готовой смеси, обеспечение необходимых доз смешивания компонентов и улучшение перемешивания.

На фиг.1 изображен смеситель, продольный разрез; на фиг.2 - смеситель, общий вид; на фиг.3 - механизм привода заслонки основного потока жидкости; на фиг.4 - поперечный разрез смесительного элемента.

Смеситель выполнен из вертикального корпуса 1, который образует проточную камеру, помещенного в него смесительного элемента 2. Смесительный элемент 2 выполнен из поперечного канала 3 и изогнутых продольных каналов 4, при этом площадь поперечного сечения канала 3 равна сумме поперечных сечений всех каналов 4. Продольные каналы 4 соединены ребром 5, которое выполнено в виде сегмента. Один конец продольного канала закрыт пробкой 6. Смесительный элемент 2 установлен на радиальных подшипниках закрытого типа 7, которые установлены в подшипниковых опорах 8. Для предотвращения перемещения подшипника 7 в подшипниковой опоре 8 выполнена выточка, в которую вставлено стопорное кольцо 9. Для подачи добавочной жидкости предусмотрен трубопровод 10, соединенный со смесительным элементом 2, для обеспечения герметичности этого соединения в трубопроводе 10 в выточке установлено уплотнительное кольцо 11. Подшипниковые опоры 8 приварены сваркой к корпусу 1. Смеситель снабжен механизмом для дозирования смешиваемых жидкостей, который выполнен в виде системы рычагов и заслонок. В корпусе смесителя 1 и трубопроводе для подачи добавочной жидкости 10 установлены заслонки 12 и 13, соединенные механической связью. Механическая связь представляет собой тягу 14, концы которой снабжены пластмассовыми наконечниками 15 и 16. Наконечники 15 и 16 накручены на тягу 14. Заслонки 12 и 13 закреплены на осях 17 и 18 при помощи болтов 19 и 20. На осях 17 и 18 жестко закреплены рычаги 21 и 22. Для того чтобы заслонки в нерабочем состоянии были всегда закрыты, в смесителе предусмотрены возвратные пружины 23 и 24, которые одним концом зацеплены за выступы на рычагах 21 и 22, а вторым концом за выступы на пластинах 25 и 26. Пластины 25 и 26 закреплены на корпусе 1 и трубопроводе 10 при помощи болтов 27 и 28. Для обеспечения лучшего вращения смесительного элемента 2 и увеличения скорости истечения основной жидкости в проточной камере корпуса 1 смесителя установлена направляющая заслонка 29.

Процесс смешивания в данном смесителе происходит следующим образом. Основной поток жидкости подают в проточную камеру корпуса смесителя 1, одновременно с этим по трубопроводу 10 в смесительный элемент 2 подают добавочную жидкость. Поток основной жидкости, направляемый заслонкой 29, и реактивная сила, возникающая при истечении добавочной жидкости, приводит во вращение смесительный элемент 2, таким образом, ввод добавочной жидкости происходит по всей ширине основного потока, что позволяет улучшить качество готовой смеси. Направляющая заслонка 29 выполняет роль диффузора. При этом дозирование смешиваемых компонентов осуществляют автоматически, в зависимости от потока основной жидкости.

Дозирование смешиваемых компонентов осуществляют с помощью системы заслонок 12 и 13, соединенных механической тягой 14. Поток основной жидкости направляют в проточную камеру корпуса 1 сверху вниз. Когда сила воздействия потока основной жидкости превысит жесткость возвратной пружины 23, заслонка 12 откроет доступ основной жидкости и повернет рычаг 21, переместит тягу 14 вниз, та в свою очередь повернет рычаг 22, который откроет заслонку 13, тем самым обеспечит ввод добавочной жидкости. Таким образом, открытие заслонки 12 основного потока жидкости приводит к открытию заслонки 13 добавочной жидкости. Когда подачу основной жидкости прекращают, заслонка 12 под действием возвратной пружины 23 закрывает канал подачи основной жидкости и тем самым через систему рычагов 21 и 22 и тягу 14 закрывает заслонку 13 добавочной жидкости.

Данный смеситель позволяет повысить качество готовой смеси и улучшить перемешивание путем применения смесительного элемента, который производит ввод добавочной жидкости по всей ширине основного потока жидкости непосредственно в область смешивания, а также обеспечить необходимые дозы смешивания компонентов при помощи механизма дозирования.

Данный смеситель позволяет осуществить поточность производства, так как может быть установлен в уже существующий трубопровод, без значительных изменений технологического оборудования.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Смеситель жидкостей, содержащий корпус с проточной камерой для основного потока жидкости и соединенный с ним канал ввода добавочной жидкости, отличающийся тем, что он снабжен смесительным элементом, установленным с возможностью вращения основным потоком жидкости и реактивной силой, возникающей при истечении добавочной жидкости, при этом смесительный элемент выполнен из поперечного канала и изогнутых продольных каналов, соединенных ребром, которое выполнено в виде сегмента.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен механизмом дозирования смешиваемых компонентов, выполненным в виде системы заслонок и рычагов, которая обеспечивает изменение дозы добавочной жидкости в зависимости от потока основной жидкости.

3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что в проточной камере установлен диффузор, выполненный в виде направляющей заслонки, предназначенной для увеличения скорости истечения основной жидкости и обеспечения вращения смесительного элемента.

www.freepatent.ru

Смесители для вязких и жидких компонентов

_________________________________

________________________________

Моечная машина для зерна

_____________________

Моечная барабанная машина для корнеплодов

______________________

Непрерывная жарочная печь MasterRoast

___________________________

Линия для производства густых гелей

____________________________

Машина для нарезки, шинковки овощей, фруктов UltraCut

__________________________________

Установка сушилки и кристаллизации раствора, эмульзии

______________________________

Линия для производства картофеля фри

__________________________

Моечная машина для зерна

________________________________

Моечная машина барабанная для корнеплодов

_________________________

Барботажная моечная машина Normit Wash W Auger

___________________________

Автоклав вертикальный (консервирование, стерилизация)

____________________________________

Бланширователь емкостной (с подъемной корзиной)

________________________

Бланширователь ленточный

_______________________

Бланширователь шнековый паровой

_______________________

Бланширователь (дефростер, дефростатор) паровой горизонтальный BLANCHER

_________________________

Бланширователь емкостной лабораторный (корзинчатый)

_____________________________

Блокорезка, дробилка, измельчитель мяса Normit FCB

____________________________

Вакуум-выпарные аппараты Normit

____________________________

Вакуум-выпарная установка для карамели

_________________________________

Варочный эллектрический аппарат

______________________________

Донный шаровой вентиль (клапан)

______________________________

Многоходовой шаровой вентиль (кран)

________________________________

Вибропитатель

________________________________

Вибропросеиватель интегрированный в подающий транспортер

_________________________________

Водоподогреватель термостат

_________________________________

Гомогенизатор молока

________________________________

Гомогенизатор диспергатор

_____________________________

Гомогенизатор диспергатор эмульгатор донный

_____________________________

Гомогенизатор высокоскоростной

_________________________

Гомогенизатор Yumix Basic

_________________________

Гомогенизатор диспергатор Yumix

________________________

Гомогенизатор текстуратор масла

_________________________

Гомогенизатор текстуратор замороженного масла

__________________________

Экструдер SOPEX

___________________________

Лабораторная вакуумная установка CMH

__________________________

Гомогенизирующая кремовальная установка (кремовалка)

__________________________

Установка по гомогенизации меда

_____________________________

Установка гомогенизирующая вакуумная MGU-GM

_______________________________

Установка гомогенизирующая вакуумная VMG

______________________________

Установка гомогенизирующая атмосферная UHU Yumix

_____________________________

Установка гомогенизирующая атмосферная UHU

_____________________________

Установка гомогенизирующая атмосферная (соевая корова)

______________________________

Установка гомогенизирующая атмосферная (ферментер, ферментатор)

______________________________

Универсальная гомогенизирующая установка (смеситель)

_______________________________

Гомогенизирующий атмосферный модуль

_______________________________

Лабораторная вакуумная установка CMH

____________________________

Дозирующая установка (дозатор)

______________________________

Объемный дозатор (расходная емкость)

___________________________

Дозатор поршневой

_____________________________

Дозатор емкостной под давлением

____________________________

Дозирующая установка в крупную тару

_____________________________

Массажер-дефростер вакуумный

____________________________

Емкость с мешалкой VWST

__________________________

Емкости для хранения ST

________________________

Закрыватель крышек

_______________________

Сдвига клапан (шиберная заслонка)

________________________

Каплеуловитель (каплеотбойник)

__________________________

Подъемники, опрокидыватели емкостей

__________________________

Подающий транспортер (конвейер)

_________________________

Конвейер Гусиная шея

________________________

Инспекционный конвейер

_________________________

Пастеризатор емкостной

__________________________

Котел атмосферный эллектрический с наклоном

_________________________________

Котел сироповарочный (универсальный)

_______________________________

Котел пищеварочный NR

______________________________

Котел для сыра (сыроварочный, сыродельный)

_______________________________

Варочный эллектрический аппарат

________________________

Котел варочный атмосферный

_________________________

Варочная система Cook and Chill

_________________________

Линия для майонеза

__________________________

Линия гомогенизации и розлива меда

____________________________

Мини линия вакуумная варная Double VK

_________________________

Линия для сушки глицерина

____________________________

Линия йогурта

_________________________

Линия шоколада

___________________________

Линия сгущенки из цельного молока

_________________________

Мельница шаровая вертикальная

___________________________

Мельница коллоидная

normit.ru

Смеситель жидкостей

Оп ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик >982766 (61) Дополнительное к авт. свид-вувЂ” (22) Заявлено 11.11.79 (21) 2839217/23-26 (51) М. Кл з с присоединением заявки №вЂ”

В 01 F 5/04

Гесударстаелнмй кемнтет (23) ПриоритетвЂ”

СССР лв делам лзабрвтеннй н еткрмтий

Опубликовано 23.12.82. Бюллетень №47 (53) УДК 66.063 (088.8) Дата опубликования описания 28.12.82 (72) Авторы изобретения

Н. Н. Новиков, Н. П. Воленко и Б. П.,Искра

Центральный научно-исследовательский и проектнотехнологический институт механизации и электрификации животноводства южной зоны СССР (71) Заявитель (54) СМЕСИТЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а более конкретнок смесителям жидкостей, применяемых при составлении композиционных составов жидких кормовых добавок (ЖКД) и жидких лечебных препаратов (ЖЛП), вводимых в корм животным и птице.

Известен водоструйный элеватор, содержащий конусообразное сопло, смесительный конус, диффузор и камеру всасывания (1).

Недостатком аппарата является то, что при увеличении сопротивления движению смеси на участке смесительный конус вЂ” потребитель или в случае резкого прекращения процесса возникает противоток жидкости в боковых подводящих каналах, что снижает качество смешения и надежность процесса.

Наиболее близким по технической сущ.ности к изобретению является смеситель жидкостей, содержащий сопло, устройство для подвода компонентов со средством регулирования проходного сечения, камеру смешения и диффузор.

Устройство для регулирования количественного соотношения жидкостей при смешивании их в инжекторе предназначено для автоматического поддержайия количества подаваемого компонента в соответствии с колебаниями разряжения в камере за счет мембранного клапана, в котором надмембранное пространство соединено с вакуум-камерой инжектора отводной трубкой. При колебании вакуума в вакуум-камере инжекционного устройства, мембранный клапан за счет штока перекрывает или открывает канал, по которому подаются вводимые компоненты (2).

Недостатком этого устройства является низкое качество работы из-за черезмерной инерционности связи между вакуум-камерой и дозирующим клапаном, особенно в части тонкой регулировки компонентов, в процессе непрерывного приготовления композиций.

Устройство может работать только в режиме инжекции, а поэтому она имеет низкий КПД. При попытке дополнительно увеличить подачу компонента в силу конструкции системы резко падает вакуум в вакуумкамере, и процесс нарушается.

Целью изобретения является повышение точности регулирования и надежности устройства.

Для достижения этой цели в смесителе жидкостей, содержащем сопло, устройство

982766 для ввода компонентов со средством регулирования проходного сечения, камеру смешения и диффузор, устройство для подвода компонентов выполнено в виде размещенных по двум концентричным соплу окружностям осевых каналов, соединенных между собой радиальными патрубками, при этом внешние каналы снабжены входными патрубками, а внутренние вЂ” установленными в них винтами со сквозным каналом, сообщающимся с радиальным каналом, и перпендикулярным ему глухим осевым каналом с обратным клапыном.

На чертеже изображен смеситель жидкостей, общий вид в продольном разрезе.

Смеситель содержит корпус 1 с центральным соплом 2 для ввода баластной жидкости, например воды, внешние осевые каналы 3 и радиальные каналы 4 для ввода жидких компонентов (растворов, эмульсий, суспензий), внутренние осевые каналы 5, в которых установлены регулировочные дозирующие винты 6 со сквозным каналом 7, сообщающимся с радиальным каналом 4, и с перпендикулярным ему глухим каналом 8.

В каналах 5 под винтами 6 установлены обратный клапаны 9. Смеситель включает также камеру всасывания компонентов 10, смесительную трубку 11, выполненную в виде диффузора-конфузора, и крепежные винты

12, соединяющие корпус 1 со смесительной трубой 11.

Смеситель работает следующим образом.

При подаче под избыточным давлением балластной жидкости (например воды) в центральное сопло 2 в камере всасывания 10 создается разрежение, за счет которого через каналы 3, 4 и 7, 8 в винтах 6 жидкие компоненты в виде растворов, устойчивых эмульсий и суспензий (каждый по своему каналу) поступают через камеру всасывания в смесительную трубу 1!. Под действием высокой турбулентности струи, поступающей из центрального сопла 2, в трубе 11 происходит интенсивное смешение всех компонейтов, далее готовая смесь под давлением меньшим, чем в сопле 2, поступает потребителю.

В зависимости от соотношейия компонентов в смеси и от их физико-механических свойств смеситель предварительно настраивается с помощью регулировочных дозирующих винтов 6, которые, перемещаясь по резьбе, изменяют расстояние до обратных клапанов 9.

В случае возникновения избыточного давления на участке смесительная труба 11вЂ” о потребитель клапаны 9 перекрывают каналы в винтах 6, и процесс смешения прекращается.

Изобретение позволяет обеспечить надежность работы устройства и повысить точность регулирования при смешении потоков, имеющих различные физические свойства.

Формула изобретения

Смеситель жидкостей, содержащий сопло, устройство для подвода компонентов со. средством регулирования проходного сечения, камеру смешения и диффузор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и надежности устройства, устройство для подвода компонентов выполнено в виде размещенных по двум концентричным соплу окружностям осевых каналов, соединенных между собой радиальными каналами, при этом внешние каналы снабжены входными г!атрубками, а внутрен30 ние вЂ” установленными в них винтами са сквозным каналом, сообщающимся с радиальным каналом, и перпендикулярным к нему глухим осевым каналом с обратным клапаном.

Источники информации, 35 принятые во внимание при экспертизе

1. Рожков Н. Т. Пуск и наладка санитарно-технических устройств. М., 1974, с. 142.

2. Авторское свидетельство СССР № 184230, кл. В 01 F 5/04, 1965.

982766

Редактор В. Данко

Заказ 9774/11

/Р

Составитель E. Искра

Техред И. Верес Корректор В. Прохненко

Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

www.findpatent.ru

Прямоточный смеситель жидкостей и газов

Изобретение относится к смесителям жидкостей и газов и может использоваться в химической промышленности. Смеситель жидкостей и газов содержит левую и правую гильзы, соединенные резьбовым соединением с уплотняющей контргайкой, и две турбины в форме лопастных колес с осями, перпендикулярными оси смесителя на входе и выходе. Технический результат состоит в упрощении устройства при возможности регулирования качества смешения. 4 ил.

Изобретение относится к области гидравлики, может использоваться при получении встречных потоков жидкости в прямоточных смесителях направляющих аппаратов после входа и до выхода в трубных сечениях химических аппаратов и технических устройств.

Эти технические устройства способны производить высокодисперсные смеси.

Известен «Смеситель жидкостей и газов», патент №2333789, бюл. №26 от 20.02.08.

Он содержит полую торовую камеру с подводящим и отводящим патрубком.

Недостаток: сложность при изготовлении торовой камеры, качество смешения регулируется только величиной напора на входе.

Известны также малообъемные смесители, см. книгу «Эффективные малообъемные смесители», Богданов В.В. и др., Л-д, Химия, 1989. Это статические, роторно-пульсационные, электрогидравлические смесители, табл.2.1, рис.2.1, 2.2, 2.4, 2.7, 2.8, 2.10, 2.16, 2.18, 2.20, 2.21, 2.29, 2.30-2.34.

Они содержат цилиндрические и конические гильзы, стержни, гнезда фиксации торцевых кромок, роторы, статоры, зубья, лопасти, втулки, стержни, изоляторы, электродные иглы.

Недостаток: множество внутренних заполнителей внутри гильз не характеризуются технологичностью при изготовлении.

Прототипом изобретения принят смеситель с винтовыми элементами, рис.2.1 и 2.4, см. книгу «Эффективные малообъемные смесители», Богданов В.В. и др., Л-д, Химия, 1989. Это статические смесители, табл.2.1.

Он содержит цилиндрическую гильзу, гнезда фиксации торцевых кромок, винтовые элементы.

Недостаток. Высокая эффективность таких смесителей сомнительна.

Техническая задача изобретения - приготовление высококачественных эмульсий с регулируемым качеством смешения.

Технический результат достигается расположением в торцевых частях цилиндрической гильзы, паразитных турбин с лопастями, имеющими форму полукругов (секторов с углом 180°) в нечетном количестве (например, пяти или семи) с осью, находящейся в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрической гильзы. Цилиндрическая гильза разделена на две части, соединенные между собой сгоном с одинаково направленной резьбой и уплотняющими контргайками.

Прямоточный смеситель жидкостей и газов имеет левую 1 и правую гильзу 2, соединенные резьбой, уплотняющую контргайку 3. В левой и правой части гильз смесителя установлены вышеописанные турбины - левая 4 и правая 5. Подвод смешиваемого продукта осуществляется слева, выход готовой смеси осуществляется справа.

Пример конкретного выполнения. Смешиваемый продукт подается через левую 1 гильзу, проходя левую 4 турбину, а она находится в положении неустойчивого гидравлического равновесия и может приобрести любое направление вращения, начинает вращение в удобном для нее направлении. При этом рабочий поток с избыточным давлением проникает в правую гильзу 2, проходя правую турбину 5, а она находится в положении неустойчивого гидравлического равновесия и может приобрести любое направление вращения, начинает вращение в удобном для нее направлении. При этом рабочий поток с избыточным давлением устремляется только по одну сторону от оси турбины. Далее поток выходит из смесителя. Так как описанный поток занимает одну половину сечения смесителя, то другая половина сечения не может быть незаполненной, и она заполняется встречным потоком, подталкиваемым лопатками турбин 4 и 5. Уплотняющая контргайка 3 служит также, при ее ослаблении, для поворота правой 2 гильзы для поворота оси вращения турбины 5, соответственно, увеличения или уменьшения потерь напора при изменении угла между плоскостями с расположенными в них оси смесителя - оси вращения левой турбины 4 и оси смесителя - оси вращения правой турбины 5, см. фиг.4. Резьбовое соединение не является единственным устройством, для поворота оси правой турбины, изменяющим потери напора, влияющим на качество смешения при фиксированном напоре на входе. Это может быть скользящий сальник.

На фиг.1 показан разрез смесителя по его оси в плоскости, перпендикулярной оси вращения турбин, при минимальных потерях напора.

На фиг.2 показан разрез смесителя по его оси в плоскости, перпендикулярной оси вращения турбин, при максимальных потерях напора.

На фиг.3 показан разрез турбины 4 и 5 в плоскости ее оси.

На фиг.4 показан угол между плоскостью, в которой находится ось смесителя и ось вращения турбины 4, и плоскостью, в которой находится ось смесителя и ось вращения турбины 5: при α=0° возможен режим двух параллельных встречных потоков с минимальной потерей напора в смесителе; при α=90° возможен режим двух непараллельных встречных винтовых потоков с максимальной потерей напора в смесителе. Промежуточное положение гильз 2 и 3 помогает подобрать нужное качество смешения.

Прямоточный смеситель жидкостей и газов, содержащий левую и правую гильзы, резьбовое соединение с уплотняющей контргайкой, турбины с лопастями, отличающийся тем, что турбины имеют форму лопастных колес со своими осями, перпендикулярными оси смесителя на входе потока в смеситель и выходе потока из смесителя.

www.findpatent.ru

Смеситель жидкостей | Банк патентов

Формула изобретения

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 28.02.2006

Извещение опубликовано: 27.07.2007 БИ: 21/2007

bankpatentov.ru

СМЕСИТЕЛИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Схемы смесителей. Схема смесителя определяется способом перемешивания. Используют следующие способы перемешивания: механический, поточный, пневматический. Им соответствуют аппараты для перемешивания — мешалки, смесители жидкостных потоков и пневматические смесители.

Мешалки могут быть лопастными, планетарными, пропеллерными, турбинными и др.

Лопастные мешалки перемешивают жидкие продукты лопастями, прикрепленными к валу привода, вращающемуся в любой плоскости. Лопасти могут быть развернуты к направлению вращения, их число и схема закрепления на валу различны (рис. 16.3).

Чтобы предотвратить движение жидких смесей, особенно вязких, на неподвижных стенках корпуса устанавливают отражатели. Для перемешивания систем, выделяющих осадок, применяют якорные мешалки. Обычная частота вращения якоря мешалок 20...80 об/мин, но могут применяться и более скоростные устройства (до 400 об/мин).

Планетарные мешалки применяют для перемешивания вязких смесей (рис. 16.4).

Пропеллерные мешалки (рис. 16.5, а) в качестве рабочего органа используют пропеллер (винт). Диаметр его составляет 1/3...1/4 диаметра сосуда. Различают двух- и трехлопастные винты. Пропел

Пропеллерные мешалки обеспечивают образование сложного поля скоростей, что улучшает перемешивание.

Такие мешалки могут иметь и несколько винтов на одной оси с разным наклоном лопастей. Частота вращения 150... 1000 об/мин. При направлении потока на дно сосуда он хорошо «взмучивает» осадок с относительно крупными частицами (размерами до 150 мкм). Такие мешалки могут иметь и несколько винтов на одной оси с разным наклоном лопастей. Их применяют при умеренной вязкости жидкости (до 6 Па ■ с). Недостаток — большое потребление энергии.

Турбинные мешалки (рис. 16.5,6) представляют собой турбинные колеса, закрепленные на вертикальном валу и вращающиеся со скоростью 200...2000 об/мин. Турбины похожи на колеса центробежных насосов и могут иметь часть их статора. Такие мешалки эффективны и применяются для перемешивания и маловязких, и вязких жидкостей (до 500 Па с). Они хорошо «взмучивают» осадки твердой фазы и применяются для перемешивания в жидкостях твердых сыпучих материалов с размерами частиц до 25 мкм и их содержанием до 60 % по массе. Строго говоря, термин «турбинные колеса» неудачный, так как турбины в данном случае не применяются как устройства, преобразующие поступательное движение потока во вращательное движение ротора. Так называемые турбинные колеса мешалок остаются по своей сути пропеллерами, преобразующими вращательное движение вала в движение среды.

Пневматическое перемешивание заключается в барботировании (течении) воздуха или пара через слой смешиваемых продуктов. Этот процесс течения газа через жидкость и их перемешивания рассматривается подробнее при изучении брагоперегонного процесса. Применяют пневматическое перемешивание при вязкости продукта до 200 Па • с, при замачивании зерна в воде для приготовления солода и др. Для перемешивания высоколетучих компонентов этот способ не рекомендуется, так как при этом вместе с воздухом уноситься много летучих веществ.

Поточные (или эжекторные) смесители применяют для организации непрерывного или поточного перемешивания продуктов. Они представляют собой колонны с горизонтальными решетчатыми перегородками, разделяющими потоки на части и создающими возможность их нового соединения. Устройство таких колонн многообразноРасчет расхода энергии на перемешивание. Расход энергии на привод механических мешалок определяют на основании экспериментальных исследований однотипных конструкций. Результаты исследований для каждого типа мешалок обобщают с помощью критериальных зависимостей, которые выводят с использованием метода теории размерностей. Получим их.

Первый шаг метода — составление перечня действующих факторов. В данном случае эта задача относительно проста. Очевидно, что на потребляемую мешалкой мощность N влияют (для фиксированного типа мешалки): характерный размер, в данном случае диметр лопастей d; частота вращения n; динамическая вязкость μ и плотность р жидкости:

N=N(d,n, μ, р).

Перечень определяющих параметров: N, d, μ, n, р, т. е. всего 5 переменных.

Второй шаг метода — определение числа независимых размерностей. Для этого выпишем единицы измерения всех величин перечня параметров:

Независимые размерности в этом перечне — килограмм, метр и секунда — всего три размерности.

Согласно л-теореме данное явление определяется двумя безразмерными комплексами параметров, так как

π = 5 — 3 = 2.

На третьем шаге составим из приведенного перечня параметров два независимых безразмерных комплекса. Это можно сделать простым подбором. Однако помощь здесь может оказать и предварительный анализ искомых зависимостей. Перемешивание — гидродинамический процесс, в который входит образование поля скоростей и давлений в жидкой среде и на который влияют силы вязкости и инерции. На основании анализа известных критериев гидродинамического подобия можно предположить, что на процесс влияют только два критерия: Рейнольдса и Эйлера. Все критерии, характеризующие свободное движение, здесь неприменимы, так как исследуемое движение вынужденное, а критерий Фруда не может быть использован в анализе, так как влиянием движения под действием силы тяжести в исследуемом процессе пренебрегаем.

Комбинируя параметры (с возможным учетом данной подсказки), получим два безразмерных комплекса параметров:

Первый из этих комплексов совпадает по физическому смыслу с критерием Эйлера (Еu), т. е.

С учетом переводных коэффициентов, используемых при преобразовании параметров, можно утверждать, что первый из выписанных безразмерных комплексов пропорционален критерию Эйлера и может быть назван критерием мощности — для данной задачи KN = Eum. Второй из этих комплексов пропорционален критерию Рейнольдса, т. е.

Обобщение экспериментальных данных для ряда конструкций мешалок, схемы которых приведены на рисунке 16.7, а параметры — в таблице 16.1, дано на рисунке 16.8. Эти зависимости более точные, чем аппроксимируемые степенной зависимостью Букингема-Рейнера Eum=CReam, где С= const; а = const. Поэтому использование зависимости в графическом виде предпочтительнее.

Расчет выполняют следующим образом. По заданному типу расчетной мешалки выбирают наиболее подходящую (из приведенных на рис. 16.7) и по таблице 16.1 определяют соотношения характерных параметров мешалки. Далее, вычислив значение критерия Рейнольдса, по графикам, изображенным на рисунке 16.8, для соответствующего типа мешалки находят значение критерия Эйлера и по нему вычисляют мощность N, затрачиваемую на перемешивание. Это значение мощности увеличивают на величину пусковой мощности, затрачиваемой на преодоление инерции жидкости в пусковой момент, и на компенсацию других потерь.

Пусковую мощность можно рассчитать следующим образом. Выделим из лопасти мешалки малую площадку площадью dF = hdx. Массовый расход (кг/с), перемещаемый этой площадкой,

dm = dFvp,

Мощность dNи, затрачиваемая на приведение этой массы в движение, определяется выражением

Для гарантии работоспособности мощность двигателя выбирают больше этого значения — на 50 % для лопастных мешалок и на 10... 15 % для пропеллерных и турбинных.

Расход энергии при пневматическом перемешивании находят следующим образом. При пневматическом перемешивании расход воздуха составляет 0,4...1,0 м3/мин на 1 м2 свободной поверхности жидкости. Давление воздуха на выходе из воздуходувки тратится на преодоление гидравлического сопротивления магистралей (Па) и давления столба жидкости.

3.4. Сущность гомогенизации.

Гомогенизация (от греч. homogenes — однородный) — создание однородной гомогенной структуры, не содержащей частей, различающихся по составу и свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела. Гомогенизацию широко применяют в консервном производстве, когда продукт доводится до тонкодисперсной массы с частицами диаметром 20...30мкм при давлении 10... 15 МПа. В кондитерских производствах благодаря гомогенизации, которая заключается в обработке шоколадной массы в коншмашинах, эмульгаторах или меланжерах, обеспечивается равномерное распределение твердых частиц в какао-масле и снижается вязкость массы.

Частицы эмульсий, суспензий, взвесей существенно меньше по размерам, чем рабочие органы любых механических перемешивающих устройств. Размеры частиц меньше размеров вихрей, образуемых перемешивающими устройствами, и меньше размеров других неоднородностей потока сплошной среды. Вследствие инициируемого механическими смесителями движения среды ассоциации частиц перемещаются в ней как единое целое без относительного смещения компонентов дисперсной фазы и дисперсионной среды. Такое движение не может обеспечить перемешивания компонентов среды в необходимых масштабах.

Масштабы, в которых целесообразно перемешивание частиц пищевых продуктов, определяются условиями усвоения пищи. В настоящее время не выявлены границы масштабов, до которых целесообразно гомогенизировать пищевые смеси. Имеется, однако, ряд исследований, свидетельствующих о целесообразности гомогенизации пищевых продуктов вплоть до молекулярного уровня.

Для гомогенизации продуктов используют следующие физические явления: дробление частиц жидкости в коллоидной мельнице; дросселирование жидкой среды в зазорах клапанов; кавитационные явления в жидкости; движение ультразвуковых волн в жидкой среде.

Дробление частиц жидкости в коллоидной мельнице. Между тщательно обработанными твердыми коническими поверхностями ротора и статора коллоидной мельницы (рис. 6.12) частицы эмульсии могут измельчаться до размеров 2…5 мкм, что часто оказывается достаточным для гомогенизации. Рис. 16.12. Схема коллоидной

Дросселирование жидкой среды в зазорах клапанов. Если жидкая среда, сжатая до 10...15 МПа, дросселируется, проходя через сопло малого диаметра или через дроссель (дроссельную шайбу), то сферические образования в ней при ускорении в сопле вытягиваются в длинные нити. Эти нити разрываются на части, что и служит причиной их дробления (рис. 16.13).

Вытягивание сферических образований в нитеобразные определяется тем, что ускорение потока распределено вдоль направления движения. Фронтальные элементы образований раньше тыльных их частей подвергаются ускорению и более длительное время пребывают под воздействием повышенных скоростей движения. В результате сферические жидкие частицы удлиняются.

Кавитационные явления в жидкости. Реализуются пропусканием потока сплошной среды через плавно сужающийся канал (сопло) — рисунок 16.14. В нем она ускоряется, а давление уменьшается в соответствии с уравнением Бернулли

где р — давление, Па; р — плотность жидкости, кг/м3; v — ее скорость, м/с; g— ускорение свободного падения, м/с2; Я—уровень жидкости, м.

Рис. 16.14. Схема работы клапанного гомогенизатора:

1 — рабочая камера; 2— уплотнение; 3 — клапан; 4 — корпус

При падении давления ниже давления насыщенных паров жидкость вскипает. При последующем повышении давления пузырьки паров «схлопываются». Генерируемые при этом высокоинтенсивные, но маломасштабные пульсации давления и скорости среды гомогенизируют ее.

Аналогичные явления возникают при движении (вращении) в жидкости плохообтекаемых тел. В аэродинамической тени за пло-хообтекаемыми телами понижается давление и возникают кавитационные каверны, движущиеся вместе с телами. Их называют присоединенными кавернами.

Движение ультразвуковых волн в жидкой среде. В ультразвуковых гомогенизаторах продукт протекает через специальную камеру, в которой облучается излучателем ультразвуковых волн (рис. 16.15).

При распространении бегущих волн в среде происходят относительные

смещения компонентов, повторяющиеся с частотой генерируемых колебаний (выше 16 тыс. раз в секунду). Вследствие этого границы компонентов среды размываются, частицы дисперсионной фазы дробятся и среда гомогенизируется.

При гомогенизации молока ультразвуковыми волнами и другими возмущениями установлены предельные размеры частиц молока, ниже которых гомогенизация невозможна.

Жировые частицы молока представляют собой округлые, почти сферические частицы размером 1...3 мкм (первичные шарики или ядра), объединенные по 2...50 штук и более в конгломераты (агрегаты, гроздья). В составе конгломератов отдельные частицы сохраняют свою индивидуальность, т. е. остаются четко различимыми. Конгломераты имеют форму цепочек из отдельных частиц. Целостность конгломерата определяется силами адгезионного сцепления округлых частиц.

Все реализуемые на практике способы гомогенизации обеспечивают дробление конгломератов в лучшем случае до размеров первичных шариков. При этом поверхности адгезионного сцепления первичных капель разрываются под действием разности динамических напоров дисперсионной среды, действующих на отдельные части конгломерата. Дробление же первичных капель ультразвуковыми волнами может иметь место только по механизму образования на них поверхностных волн и срыва их гребней потоком дисперсионной среды.

Рис. 16.15. Схема ультразвукового гомогенизатора с генерированием пульсаций непосредственно в его объеме: 1 - полость гомогенизации; 2 - вибрирующая пластина; 3 - сопло, образующее струю жидкости

Дробление наступает в тот момент, когда силы, вызывающие его, превысят силы, удерживающие первоначальную форму частиц. В этот момент отношение данных сил превысит критическое значение.

Силами, приводящими к дроблению как первичных частиц, так и их конгломератов, являются силы (Н), создаваемые динамическим напором дисперсионной среды:

Скорость частицы v(0 рассчитывают по формуле, отражающей второй закон Ньютона (равенство произведения массы частицы на ускорение силе лобового сопротивления обтекающей ее среды):

где Сх — коэффициент лобового сопротивления движению капли; т — ее масса, кг;

Теперь скорость частицы v(r) находится интегрированием уравнения

При синусоидальных колебаниях частотой /(Гц) и амплитудой ра (Па) при скорости звука в дисперсионной среде с (м/с) скорость среды u(t) (м/с) определяется выражением

Первоначальную форму частиц удерживают силы:

В представленных расчетных выражениях для дробления частиц единственный фактор, вызывающий дробление, — разность скоростей

для сферической частицы — это сила поверхностного натяжения

где а — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;

для конгломерата частиц — это сила адгезионного сцепления первичных частиц

где о — удельная сила, Н/м2; г, — эквивалентный радиус конгломерата, м.

Отношение сил R и Уп, называемое критерием дробления, или критерием Вебера (We), записывается в виде :

для сферической частицы

для конгломерата частиц

В представленных расчётных выражениях для дробления частиц и окружающей среды [u(t) — v]. Эта разность увеличивается при уменьшении отношения плотностей р/рк- Когда дробятся частицы жира в молоке, это отношение наибольшее и их дробление происходит наиболее трудно. Положение усугубляется тем, что частицы жира молока покрыты более вязкой оболочкой набухших белков, липидов и других веществ. За каждый цикл ультразвуковых колебаний с дробящихся капель срывается небольшое количество мелких капелек, и для протекания дробления в целом необходимо многократное приложение внешних нагрузок. Поэтому продолжительность дробления составляет многие сотни и даже тысячи циклов колебаний. Это и наблюдается на практике при скоростной видеосъемке капель масла, дробящихся ультразвуковыми колебаниями

Взаимодействие частиц с ударными волнами. Как уже сказано, под действием ультразвуковых колебаний обычной интенсивности возможно измельчение только конгломератов капель. Для измельчения первичных капель необходимы возмущения давления интенсивностью около 2 МПа. При использовании современной техники это недостижимо. Поэтому можно утверждать, что ни на каком действующем оборудовании гомогенизация молока до размера частиц менее 1...1,5 мкм не реализуется.

Дальнейшее дробление капель возможно под воздействием серии ударных импульсов, создаваемых в гомогенизируемой среде специальным побудителем, например поршнем, соединенным с гидравлическим или пневматическим приводом импульсного типа. Скоростная киносъемка капель, на которые воздействуют такие импульсы, показывает, что в данном случае реализуется дробление по механизму «сдувания с их поверхности мельчайших капелек». При этом возмущение скорости окружающей среды приводит к образованию волн на поверхности капель и срыву их гребешков. Многократное повторение этого явления приводит к значительному измельчению капель или частиц жира.

Основные положения

1. Перемешивание применяют для образования эмульсий, суспензий и однородных смесей сплошных сред, а также для интенсификации процессов тепло- и массообмена. Заключается в измельчении элементов сред и их равномерном перераспределении в пространстве.

2. Гомогенизация (от греч. homogenes — однородный) — создание однородной гомогенной структуры, не содержащей частей, различающихся по составу и свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела.

3. Полнота и завершенность перемешивания называется эффективностью данного процесса и характеризуется коэффициентом неоднородности перемешивания. По физическому смыслу он является относительным средним отклонением концентрации одного из ингредиентов смеси от ее математического ожидания. Важнейшее влияние на эту величину оказывает масштаб оценок. Масштаб оценок — мерный объем, в котором измеряют фактические значения концентраций. Поэтому для полной характеристики перемешивания кроме коэффициента неоднородности смеси необходимо указывать масштаб, в котором выполняются оценки.

4. Равномерность перемешивания экспоненциально увеличивается во времени в результате механического либо диффузионного выравнивания концентраций по пространству.

5. Основные способы перемешивания: механический, поточный пневматический.

6. Критерий мощности, потребляемой смесителем, — критерий Эйлера. Расчет мощности, потребляемой смесителем, сводится к выбору его конструкции из набора стандартных, заданию режимов работы с вычислением безразмерной скорости движения смешивающего органа (критерия Рейнольдса), определению по справочным данным критерия Эйлера и по нему — мощности, затрачиваемой на перемешивание.

7. Физические явления, используемые для гомогенизации эмульсий: дробление частиц жидкости в коллоидной мельнице; дросселирование жидкости в зазорах клапанов; кавитация; движение ультразвуковых волн в жидкой среде; взаимодействие частиц с ударными волнами.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается физический механизм перемешивания ингредиентов смеси? 2. Чем отличается гомогенизация от простого перемешивания? 3. В чем физическая сущность понятия «масштаб перемешивания»? 4. Каким параметром можно характеризовать полноту перемешивания? 5. Если дисперсную фазу эмульсии (суспензии) раздробить и предоставить самой себе, будет ли изменяться и как изменится характеристика равномерности перемешивания? 6. Охарактеризуйте механический способ перемешивания жидких смесей. 7. Охарактеризуйте поточный способ перемешивания сыпучих смесей. 8. Охарактеризуйте пневматический способ перемешивания сыпучей смеси. 9. Изложите порядок расчета мощности смесителя. 10. Какие физические явления используются для гомогенизации жидких смесей?

Тесты для проверки знаний

Смеситель жидкостей

www.findpatent.ru

Прямоточный смеситель жидкостей и газов. Смеситель жидкостей

смеситель жидкостей - патент РФ 2250799

Рисунки к патенту РФ 2250799

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Смесители для вязких и жидких компонентов

Смеситель жидкостей

Прямоточный смеситель жидкостей и газов

Смеситель жидкостей | Банк патентов

Формула изобретения

СМЕСИТЕЛИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Похожие статьи:

Смеситель жидкостей

Смотрите также