Статический смеситель и способ изготовления перемешивающих элементов - SU980795A1

Чертежи

Описание

1

Изобретение относится к конструкциям смесителей с неподвижными рабочими элементами для перемешивания газообразных, жидких, твердых компонентов, а также к обработке металлов давлением и может быть использовано в химической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности , а также для изготовления винтовых поверхностей переменного шага.

Известен статический смеситель, содержаший камеру смешения постоянного сечения и перемешивающие элементы, обеспечивающие периодическое изменение формы поперечного сечения каналов смесителя. Работа смесителя подобного типа основана на периодическом изменении поперечных сечений потоков компонентов при прохождении их по каналам смесителя 1.

Однако этот смеситель недостаточно эффективен , особенно при работе в турбулентном режиме, из-за малого разнообразия воздействий на потоки компонентов.

Известен также статический смеситель, содержащий корпус с перемешивающими элементами в виде отрезков закрытых геликоидов . Работа смесителя этого типа основана , главным образом, на эффектах закручивания потоков компонентов и рекомбинаций закрученных потоков, которые сочетаются с указанным эффектом изменения поперечных сечений потоков 2.

Однако у этого смесителя эффективность перемешивания недостаточна вследствие сравнительно однородного закручивания потоков в каналах смесителей.

Перемешивающие смесители такого статического смесителя можно изготовить путем скручивания листовых заготовок.

Цель изобретения - повышение эффективности перемешивания, упрощение процесса изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем корпус с перемешивающими элементами в виде отрезков закрытых геликоидов, перемешивающие элементы выполнены с переменным углом закручивания геликоида.

При способе изготовления перемешивающих элементов путем скручивания листовой заготовки, заготовку предварительно неравномерно нагревают при увеличении температуры в направлении увеличения угла закручивания .

Основной технический эффект, обеспечиваемый указанным решением, заключается в переменной скорости закручивания потоков по длние каналов элементов, что обуславливает повышенные напряжения сдвига в массе компонентов. Дополнительно усиливается действие известных эффектов рекомбинаций потоков и их поперечной деформации .

Технический эффек, обеспечиваемый указанной особенностью способа состоит в использовании переменпой пластичности материала заготовки для переменной ее деформации .

На фиг. 1 и 2 показан смеситель, варианты конструкции; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - схема, иллюстрирующая пример осуществления способа изготовления перемешивающих элементов. На фиг. 1, 2, 4, 5 пунктирными линиями показаны контуры, относящиеся к геликоиду постоянного угла закручивания.

Смеситель содержит корпус 1, в котором установлены перемешивающие элементы 2, которые для удобства изготовления могут иметь дополнительные плоские кромки 3 с пазами. Элементы 2 выполнены в виде отрезков закрытого геликоида переменного угла закручивания, т. е. такого геликоида, у которого угол поворота прямолинейной образующей и линейное перемещение ее вдоль винтовой оси не прямо пропорциональны друг другу. Например, у смесителя (фиг. 1) постоянному приращению угла поворота образующей ДЧ 30° соответствуют систематически уменьщающиеся приращения -AftL продольного перемещения образующей .

Устройство для изготовления перемешиваюц;их элементов 2 включает оправу 4 крутильного приспособления, неподвижную 5 и поворотную крышку 6.

Смеситель работает следующим образом.

В корпус 1, который может представлять собой участок трубопровода, подают поток перемешиваемых компонентов. Торцовой кромкой первого элемента 2 поток компонентов делится на два потока, каждый из которых входит в винтообразный канал смесителя , стенка которого образована элементом 2 и корпусом 1. В зоне столкновения потока со стенкой канала и уменьшения его скорости возникает местное повышение давления скоростного напора, а в диаметрально противоположной зоне - понижение давления . В результате перемещения компонентов из зоны повышенного в зону пониженного давления возникает закручивание потока компонентов. При вращении потока происходят взаимные сдвиги слоев компонентов или турбулентная диффузия частиц, т. е. процессы, обеспечивающие диспергирование и перемешивание компонентов.

Вследствие переменной кривизны каналов смесителя, обусловленной переменным углом закручивания и шагом элементов 2, возникают дополнительные градиенты давлений потоков, и соответственно, изменения

скорости вращения потоков по длине элемента , например, постепенное увеличение скорости вращения при увеличении угла закручивания и уменьшении щага элемента. Изменения скорости вращения создают в

массе компонентов повышенные напряжения сдвига, интенсифицирующие процессы их диспергирования и перемешивания.

Форма сечения каналов смесителя плоскостями , перпендикулярными осям потоков, меняется по длине э.лементов 2. Взаимные

смещения струй потоков, обусловленные изменением сечений каналов, способствуют перемешиванию компонентов. У элементов переменного шага изменения формы каналов более резки, чем у известных элементов (фиг. 4 и 5) и за счет этого дополнительно интенсифицируется перемешивание. Кроме того, общее увеличение турбулентности потоков при течении компонентов по каналам смесителя обеспечивает активное их перемешивание в процессе рекомбинаций, т. е

5 делений и слияний потоков на стыках элементов 2.

Таким образом, смеситель обеспечивает увеличение эффективности перемешивания за счет нового эффекта изменения скоростей вращения потоков, а также за счет ннтен сификации процессов поперечных деформаций и рекомбинаций потоков.

Для изготовления перемешивающего элемента статического смесителя прямоугольную листовую заготовку нагревают, причем

J температура нагрева по длине заготовки изменяется Ti Т Т. Затем заготовку вводят в оправу 4 крутильного приспособления , плоские торцовые кромки 3 заготовки защемляют в неподвижной 5 и поворотной 6 крыщках приспособления, и крышку 6

0 поворачивают на 180°. При этом на заготовку воздействует постоянный по всей ее длине крутящий момент, однако деформация ее участков меняется в соответствии с пластичностью материала: в зоне с температурой Tj эта деформация наибольшая, в зоне с температурой Т, - наименьшая. В результате заготовка при скручивании спонтанно приобретает заданную форму геликоида переменного щага.

Примером реализации способа является

0 изготовление элементов статических смесителей для гидролизаппаратов с размерами L 100 мм и D 80 мм из листовой меди марки МЗ толщиной 5 мм. При этом температуры нагрева составляют Tj 500°С, Т 750°С и TJ 1000°С. Для изготовления элементов используют приспособление аналогичное указанному.

Приведенный пример показывает дополнительные преимущества предлагаемого способа - универсальность и простоту. Способ может применяться для различных материалов , как металлических, так и неметаллических , при этом применяемое оборудование отличается простотой, что дает возможность реализации способа в условиях предприятий , эксплуатирующих статические смесители .

Формула изобретения

1. Статический смеситель, содержащий корпус с перемещивающими элементами в виде отрезков закрытых геликоидов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности перемешивания, перемешивающие элементы выполнены с переменным углом закручивания геликоида.

2. Способ изготовления перемешивающих элементов путем скручивания листовой заготовки , отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса изготовления, заготовку предварительно неравномерно нагревают при увеличении температуры в направлении увеличения угла закручивания.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 4099268, кл. В 01 F5/00 1978.

2.Патент США № 3286992, кл. 259-4, 1965.

Реферат

Формула