Пленочный статический смеситель быстровзаимодействующих жидкостей

 

Смеситель быстровзаимодействующих жидкостей. Сущность изобретения: смеситель содержит коаксиально установленные с тангенциальными патрубками для ввода реагентов полые камеры, к нижней части которых прикреплены насадки: внешний и внутренний, выполненные соответственно в виде прямых конусов или в виде цилиндра и прямого усеченного конуса или в виде обратного и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра или в виде обратного усеченного конусов . Отношение диаметров торцов внутреннего и внешнего насадков составляет не более 0,5, угол между образующими насадков находится в пределах от 15° до 45°, а расстояние от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей составляет не более половины диаметра внешнего насадка и не более диаметра внутреннего часадка. Внешняя камера снабжена установленной коаксиально с кольцевым зазором и прикрепленной к ее верхнему торцу внутренней оболочкой длиной , равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию. В зависимости от функциональных особенностей аппаратов, в которых реализуется смеситель, тангенциальные патрубки ввода реагентов могут иметь одинаковое или взаимно противоположное направление или одновременно на одном устройстве и одинаковое и взаимно противоположное направление. 2 з.п.ф-лы, Вил. (Л С Ч ON W

COl03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 01 F 3/08, 5/18

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4779371/26 (22) 22.11.89 (46) 23.11,92. Бюл. ¹ 43 (71) Рубежанский филиал Днепропетровского химико-технологического института им.

Ф.3. Дзержинского (72) M.À, Бренер, И.С. Бондаренко, А.И. Кошелик, В,А. Метелкин и Т.M. Решетняк (56) Патент Швейцарии № 519936, кл. В 05 B 1/02, 1972.

Заявка ФРГ ¹ 3707880, кл. В 01 F 5/00, 1986, Авторское свидетельство СССР № 582821, кл. В 01 F 3/08, 1974. (54) ПЛЕНОЧНЫЙ СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ БЫСТРОВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ

ЖИДКОСТЕЙ (57) Смеситель быстровзаимодействующих жидкостей. Сущность изобретения: смеситель содержит коаксиально установленные с тангенциальными патрубками для ввода реагентов полые камеры, к нижней части которых прикреплены насадки: внешний и внутренний, выполненные соответственно в виде прямых конусов или в виде цилиндра и прямого усеченного конуса или в виде обИзобретение относится к технике смешивания быстровзаимодействующих жидкостей и может быть использовано в химической и смежных с ней отраслях промышленности, в частности в промышленности получения клея животного происхождения и желатины.

Известен смеситель, содержащий два щелевидных сопла, расположенных друг к другу под прямым углом.

Недостатком известного смесителя при работе с быстровзаимодействующими жид.. Ж 1776431 А1 ратного и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра или в виде обратного усеченного конусов. Отношение диаметров торцов внутреннего и внешнего насадков составляет не более 0,5, угол между образующими насадков находится в пределах от 150 до

45, а расстояние от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей составляет не более половины диаметра внешнего насадка и не более диаметра внутреннего насадка, Внешняя камера снабжена установленной коаксиально c . кольцевым зазором и прикрепленной к ее верхнему торцу внутренней оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию. В зависимости от функциональных особенностей аппаратов, в которых реализуется смзситель, тангенциальные .патрубки ввода реагентов могут иметь одинаковое или взаимно противоположное направление или одновременно на одном устройстве и одинаковое и взаимно противоположное направление. 2 э,п.ф-лы, 8 ил. костями является возможное зарастание поверхностей сопел продуктами взаимодействия при напорном движении и переменных нагрузках смешиваемых жидкостей, естественным образом снижающее надежность и эффективность работы устройства.

Известна смесительная воронка, выполненная в виде двух трапецеидальных (в разрезе) деталей, расположенных на расстоянии одна от другой с образованием кольцевого пространства, причем верхний

1776431

55 торец кольцевого пространства между деталями закрыт, горловина внутренней детали герметично связана с нижним торцом внешней детали, а последняя в верхней зоне имеет тангенциальный ввод жидкости.

Смешение жидкостей в известном устройстве происходит на внутренней поверхности внешней детали в месте слияния пленки одной жидкости и потока второй и происходит при совместном течении до выхода смеси из устройства, Такая конструкция является ненадежной и малоэффективной при смешивании быстровзаимодействующих жидкостей вследствие возможного эарастания смесительной поверхности продуктами реакции.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является смеситель для проведения реакций в жидких средах, содер>кащий коаксиально установленные полые камеры с тангенциальными патрубками для ввода реагентов, причем нижняя часть полых камер снабжена поикоепленными к ней насадками, внешний из которых имеет форму половины поверхности вращения.

Недостатком известного смесителя является независимое взаимное расположение насадков полых камер, что не позволяет с достаточной достоверностью гарантировать смешение жидкостей ане пленкообразующих поверхностей, а,. следовательно, избежать слияния фаз у нижнего торца внутреннего насадка, что приведет к образованию продуктов реакции либо на торцевой поверхности укаэанного насадка либо в непосредственной близости от нее, что, в свою очередь, приведет к зарастанию внешней поверхности внутреннего насадка и в конечном итоге создаст невозможным выход жидкой фазы из внешней камеры при работе с быстроазаимодейстаующими жидкостями, предполагающими мгновенное образование твердых продуктов реакции, Усугубляющим обстоятельством, негативно влияющим на надежность и эффективность известного устройства, является его пуск и остановка, при которых одна из жидкостей или обе вместе не получают необходимой энергии закрутки либо эта энергия черезмерно велика и происходит .преждевременный срыв или разрушение пленок. В этом случае неизбежно слияние жидкостей именно на торцевой поверхности внутреннего насадка, Кроме того, в известном устройстве исключается обеспечение равномерного распределения взаимодействующих фаэ или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки, что естественно снижает эффективность использования одного или обоих компонентов, так как уменьшается вероятность контакта непрореагировавшей части жидкости с промежуточными продуктами частично провзаимодействовавших фаз, а, в соответствии с этим, снижается и эффективность устройства в целом.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы смесителя.

Поставленная цель достигается пленочным статическим смесителем быстровэаимодейстаующих жидкостей, содержащим коаксиально установленные полые камеры с тангенциальными патрубками для ввода реагентов, пленкообразующие насадки, прикрепленные к нижней части полых камер, в котором, согласно изобретению, внешняя камера снабжена изнутри установленной коаксиально с кольцевым зазором защитной оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию, насадки внешней и внутренней камер выполнены соответственно в виде цилиндра и прямого усеченного конуса, или в виде обратного и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра, или в виде прямых усеченных конусов, или в виде обратных усеченных конусов.

Целесообразно угол между образующими насадков внешней и .внутренней камер иметь в пределах от 15 до 45О, отношение диаметров торцов насадков внутренней и внешней камер — не более 0,5, а расстояние от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей — не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры.

Целесообразно также тангенциальные патрубки для. ввода реагентов выполнить одного и/или противополо>кного направления.

Снабжение внешней камеры изнутри установленной коаксиально с кольцевым зазором защитной оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию, при любых нагрузках по фазам по время пуска и остановки устройства, при любых нештатных ситуациях обеспечивает вывод фаз иэ смесителя без их реакционного взаимодействия на поверхности одного из насадков, что является важным условием при смешении быстроазаимодействующих жидкостей, предполагающих мгновенное образование твердых продуктов реакции.

1776431

10

30 усеченных конусов, 35

55

Выполнение условия, когда отношение диаметров торцов нэсадков внутренней и внешней камер составляет не более 0,5 и условия соответствия расстояния от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры в совокупности обеспечивает допустимо минимальную длину до слияния движущихся в пространстве пленок при.отношении равном 0,5 и отличную от минимальной длину пленок при допустимом отношении ме- нее 0,5. В случае увеличения отношения более 0;5 предельная минимальная длина пленок еще более уменьшится, что может привести к смешению фаэ в непосредственной близости от торцевой поверхности насадков и, в свою очередь,.привести к зарастанию пленкообразующих поверхностей и нарушить пленочный режим истечения жидкостей.

Максимально возможное расстояние от торцев обоих насадков до точки пространственного взаимодействия жидкостных пленок обеспечивает совокупность условия нахождения угла между образующими насадков внешней и внутренней камер в пределах от 15 до 45 и условия соответствия расстояния от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры.

Превышение значения данного углового предела влечет к увеличению горизонтальной составляющей скорости, что может привести к разбрызгиванию смешиваемых фаз при их слиянии, а также к воэможности преждевременного срыва пленок с поверхностей пленкообразователей при малых расходах фаз, Снижение значения данного углового предела влечет к необоснованному запредельному увеличению длины траекторий пленок, что может привести при малых расходах фаз к распаду жидкостных пленок преждевременно еще до момента их слияния.

В зависимости от функциональных особенностей аппаратов, в которых реализуется описываемый смеситель, тангенциальные патрубки для ввода реагентов могут быть выполнены одного и/или противоположного направления.

При одном направлении тангенциальных патрубков смешанные потоки жидкостей будут иметь тангенциальную составляющую движения, в связи с чем весь поток жидкости в аппарате становится закрученным и это приводит к окончательному смешению частично непрореэгировавших фаз и равномерному распределению их или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки.

При противоположном направлении тангенциальных патрубков, когда направление закрутки одной жидкости противоположно направлению закрутки другой, при слиянии пленок смесь жидкостей турбулизируется, что приводит к интенсивному смешению и кольцевому распределе нию взаимодействующих фаз или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки.

Выполнение на одном устройстве тангенциальных патрубков ввода реагентов как одного так и противоположного направления обеспечивает варьирование режимами распределения взаимодействующих фэз или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки.

На фиг.1 показан предлагаемый смеситель с насадками внешней и внутренней камер, выполненными соответственно в виде цилиндра и прямого усеченного конуса, продольный разрез. На фиг.2,3,4,5 показаны нижние части полых камер, продольный разрез, с насадками внешней и внутренней камер соответственно: в виде обратного и . прямого усеченных конусов, в виде обратного усеченного конуса и цилиндра, в виде прямых усеченных конусов, в виде обратных

На фиг.6 и 7 показано выполнение тангенциальных гатрубков ввода реагента в одном направлении и противоположном, соответственно.

На фиг.8 показано выполнение тангенциальных патрубков ввода реагентов одно40 ro и противоположного направления.

Смеситель содержит две коаксиально установленные полые камеры: внешнюю 1 и внутреннюю 2 с тангенциальными патрубками 3 и 4 ввода реагентов соответственно во внешнюю 1 и внутреннюю 2 камеры. К нижней части внешней камеры прикреплен насадок 5, а к нижней части внутренней камеры 2 прикреплен насадок 6. Внешняя камера 1 снабжена изнутри установленной коаксиально G кольцевым зазором 7 защитной оболочкой 8 длиной, равной длине внешней камеры 1 и повторяющей ее конфигурацию. Насадки 5 и 6 геометрически взаимно направлены и соответственно вы-. полнены в виде цилиндра и прямого усеченного конуса (фиг.1), в виде обратного и прямого усеченных конусов (фиг.2), в виде обратного усеченного конуса и цилиндра (фиг.3), в виде прямых усеченных конусов

1776431 (фиг,4), в виде обратных усеченных конусов (фиг.5).

Отношение диаметров торцов вНутреннего насадка 6 и внешнего насадка 5 составляет не более 0,5. Угол Р между 5 образующими насадков 5 и 6 внешней 1 и внутренней 2 камер находится в пределах от 15 до 45, а расстояние от точки пересечения образующих насадков 5 и 6 до их торцевых поверхностей составляет не более 10 диаметра торца насадка 5 внешней камеры

1 и не менее диаметра торца насадка 6 внутренней камеры 2, Направление тангенциальных патрубков 3 и 4 ввода реагентов выполнено одина- 15 ковым (фиг.6,8) и/или противоположным (фиг.7,8).

Пленочный статический смеситель быстровзаимодействующих жидкостей работает следующим образом. 20

См.-.шиваемые быстровзаимодействующие жидкости вводятся через тангенциальные патрубки 3 и 4 ввода реагентов в полые камеры внешнюю 1 и внутреннюю 2 соответственно. Под действием кинетической 25 энергии жидкости в камерах 1 и 2 создаются тангенциально закрученные пленки, стекающие по внутренней поверхности полых камер 1 и 2 под действием сил тяжести в их нижнюю часть, причем жидкость, стекаю- 30 щая во внешней камере 1, движется в ограниченном кольцевом зазоре 7, образованном внутренней поверхностью внешней камеры 1 и внешней поверхностью установленной коаксиально изнутри защит- 35 ной оболочки 8, длиной, равной длине внешней камеры 1 и повторяющей ее конфигурацию. Достигнув прикрепленных к нижней части полых камер 1 и 2 геометрически взаимно направленных насадков 6 и 40

5, отношение диаметров торцоев которых составляет не более 0,5, пленки взаимодействующих жидкостей приобретают на насадках 5 и 6 форму взаимно направленных круговых поверхностей, имеющих угол,Р 45 между образующими в пределах от 15 до

45, а расстояние от точки пересечения образующих насадков 5 и 6 до их торцевых поверхностей составляет не более диаметра торца насадка 5 внешней камеры 1 и не 50 менее диаметра торца насадка 6 внутрен-ней камеры 2, Таким образом круговые пленки обеих жидкостей сливаются, смешиваются и вступают в реакцию при пересечении их в свободном пространстве, образуя 55 при этом продукты взаимодействия, мягко распределяемые в инерционно закрученном объеме последующей обработки при одинаковом направлении тангенциальных патрубков 3 и 4 ввода реагентов или подверженные жесткому кольцевому распределению в стационарном реакционном объеме последующей обработки при противоположном направлении тангенциальных патрубков 3 и 4 ввода реагентов. Второй случай рекомендуется применять при значении угла Р между образующими насадков 5 и 6 внешней 1 и внутренней 2 камер, близком к нижнему его пределу.

При смешении жидкостей с различными плотностями, жидкость с большей плотностью целесообразно подавать во внешнюю камеру 1.

В зависимости от объема реакционной зоны последующей обработки и суммарных расходов жидкостей можно реализовать получаемый размер образованного кольца слияния от большего к меньшему, при прочих равных условиях, соответственно последовательно использовав конструкции, показанные на фиг.4,1,2,3,5.

Таким образом, предлагаемый смеситель позволяет повысить надежность его работы за счет исключения зарастания поверхностей смесителя продуктами реакции при смешении быстровзаимодействующих жидкостей, что как и распределение взаимодействующих фаз или продуктов их взаимодействия в реакционном объеме последующей обработки повышает эффективность работы смесителя в целом.

Смеситель прост в изготовлении и обслуживании и рекомендуется к использованию на стадии экстракции коллагенсодержащих веществ в процессе извлечения из них целевых продуктов при производстве клея животного происхождения и желатины.

Формула изобретения

1.Пленочный статический смеситель быстровзаимодействующих жидкостей, содержащий коаксиально установленные полые камеры с тангенциальными патрубками для ввода реагентов, пленкообразующие насадки, прикрепленные к нижней части полых камер, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности в работе смесителя, внешняя камера снабжена изнутри установленной коаксиально с кольцевым зазором защитной оболочкой длиной, равной длине внешней камеры и повторяющей ее конфигурацию, насадки внешней и внутренней камер выполнены соответственно в виде цилиндра и прямого усеченного конуса или в виде обратного и прямого усеченных конусов, или в виде обратного усеченного конуса и цилиндра, или в виде прямых усеченных конусов, или в виде обратных усеченных конусов.

1776431

Фиг.2 фиг. I

Фиг.5

Фиг.б

2.Смеситель по п.1, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что угол между образующими насадков внешней и внутренней камер находится в пределах 15 — 45О, отношение диаметров торцов насадков внутренней и внешней камер составляет не более 0,5, а расстояние от точки пересечения образующих насадков до их торцевых поверхностей составляет не более диаметра торца насадка внешней камеры и не менее диаметра торца насадка внутренней камеры.

З,Смеситель по п,1, о т л и ч а ю щ и й5 с я тем, что тангенциальные патрубки для ввода реагентов выполнены одного и/или противоположного направления.

1776431

Фиг.7

Составитель M. Бренер

Техред M.Mîðlåíòàë Корректор Л. Ливринц

Редактор А. Бер

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4088 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б