PL233503B1

PL233503B1 - Static homogenizer

Info

Publication number: PL233503B1
Application number: PL407010A
Authority: PL
Inventors: Cezary Behrendt; Robert Jan Jasiewicz; Oleh Klyus
Original assignee: Akademia Morska W Szczecinie
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2019-10-31
Also published as: PL407010A1

Abstract

Wynalazek opisuje homogenizator statyczny, w którym korpus (1) zawiera co najmniej jedną sekcję (4), w postaci szczeliny między płaskimi płytami (5) z elementami mieszającymi (6) w postaci dystansowych płytek tworzących pomiędzy sobą kanał konfuzora i dyfuzora dyszy de Lavala.The invention describes a static homogenizer in which the body (1) comprises at least one section (4) in the form of a gap between flat plates (5) with mixing elements (6) in the form of spacer plates forming between them a confusor channel and a de Laval nozzle diffuser.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest homogenizator statyczny służący do zmiany morfologii (ujednorodniania) przepływającego czynnika ciekłego składającego się z dwóch lub więcej składników.The present invention relates to a static homogenizer for changing the morphology (homogenization) of a flowing liquid medium consisting of two or more components.

Mieszalniki statyczne do mieszania płynów składają się na ogół z odpowiednio ukształtowanych elementów połączonych szeregowo i umieszczonych wewnątrz przewodów rurowych. Zasada działania tych mieszalników polega na ciągłym dzieleniu i łączeniu płynów poddanych mieszaniu z jednoczesnym przemieszczaniem powstałych warstewek tego płynu w porównaniu ze stanem wyjściowym, przy czym do mieszania używana jest wyłącznie energia przepływu.Static mixers for mixing fluids generally consist of suitably shaped elements connected in series and placed inside the tubing. The principle of operation of these mixers is to continuously divide and combine the liquids subjected to mixing, while simultaneously displacing the resulting fluid films compared to the starting state, while only the flow energy is used for mixing.

Z patentu PL126727 znane są homogenizatory statyczne, których elementy mieszające w postaci walców są suwliwie pasowane z wewnętrzną powierzchnią rury. Na pobocznicy każdego z walców znajduje się kilka spiralnych rowków lewo- oraz prawoskrętnych nawzajem się krzyżujących. Ciecz dopływająca do mieszalnika jest dzielona na kilka strumieni, których wielokrotne zderzenia w dużym stopniu ujednorodniają mieszaninę.From the patent PL126727 there are known static homogenizers whose mixing elements in the form of cylinders are slidably fitted with the inner surface of the pipe. On the side surface of each of the rollers there are several left-handed and right-handed spiral grooves crossing each other. The liquid flowing into the mixer is divided into several streams, the multiple impacts of which homogenize the mixture to a great extent.

Patent PL103982 opisuje rozwiązanie konstrukcji mieszarki statycznej zaopatrzonej w cylindryczny korpus wypełniony wewnątrz nieruchomymi elementami, między którymi są utworzone kanały dla przepływu mieszanej cieczy. Wspomniane nieruchome elementy stanowią zbiór sztywnych taśm skręconych spiralnie wzdłuż ich własnych osi. Wszystkie spiralnie skręcone taśmy mają jednakowy skok i są ustawione równolegle względem siebie, tworząc układ maksymalnie upakowany. Oznacza to, że osie taśm spiralnie skręconych są rozmieszczone w wierzchołkach przylegających do siebie sześciokątów foremnych o bokach w przybliżeniu równych połowie szerokości spiralnie skręconej taśmy, przy czym taśmy sąsiadujące ze sobą w zbiorze są na przemian prawo- i lewoskrętne.Patent PL103982 describes a solution for the construction of a static mixer provided with a cylindrical body filled inside with stationary elements, between which channels for the flow of the mixed liquid are formed. Said fixed elements constitute a collection of rigid tapes twisted in a spiral along their own axes. All spirally twisted tapes have the same pitch and are positioned parallel to each other, creating a maximally packed system. That is, the axes of the helically twisted tapes are arranged at the vertices of adjacent regular hexagons with sides approximately half the width of the helically twisted tape, with the tapes adjacent to each other in the set being alternately clockwise and counterclockwise.

Patent EP1170054 ujawnia mieszalnik zawierający wbudowane powierzchnie umieszczone w kanale przepływowym poprzecznie do kierunku głównego przepływu i częściowo zachodzą na siebie. To zapewnia homogenizację profilu prędkości przepływu za pomocą tych wbudowanych powierzchni. Wbudowanymi powierzchniami mogą być okrągłe tarcze, tarcze zasadniczo o kształtach „delta” lub trójkątnych, lub tarcze ukształtowane eliptycznie lub parabolicznie. Mieszalnik umożliwia szybkie wymieszanie strumienia w kanale przepływowym przy bardzo małej odległości mieszania.Patent EP1170054 discloses a mixer having built-in surfaces placed in the flow channel transverse to the main flow direction and partially overlapping each other. This ensures the homogenization of the flow velocity profile with these built-in surfaces. The built-in surfaces can be circular targets, substantially "delta" or triangular shaped targets, or elliptical or parabolic shaped targets. The mixer allows the stream to be mixed quickly in the flow channel with a very small mixing distance.

Patent EP2038050 opisuje mieszalnik statyczny zawierający co najmniej jedną parę łopatek do wytwarzania krętu strumienia w kierunku strumienia przepływającego przez kanał. Znajdujące się po stronie napływu przednie krawędzie łopatek są ustawione prostopadle do strumienia przepływającego przez kanał i równolegle do krótszego boku kanału, który to bok poniżej jest skrótowo nazywany wysokością. Kolejne w dół strumienia powierzchnie opływane są wklęsłe i wygięte w przeciwne strony. Każda łopatka jest utworzona jako aerodynamicznie ukształtowana bryła, która obejmuje ściankę czołową, wypukłą ściankę boczną oraz wklęsłą ściankę boczną. Ścianka czołowa ma kształt wypukły lub kształt krawędzi natarcia.Patent EP2038050 describes a static mixer comprising at least one pair of blades for creating a torsion of the stream in the direction of the stream flowing through the channel. On the upstream side, the leading edges of the blades are perpendicular to the stream flowing through the channel and parallel to the shorter side of the channel, which side below is abbreviated as the height. The concave and opposite curved surfaces are lapped by successive downstream surfaces. Each blade is formed as an aerodynamically shaped body that includes a head wall, a convex sidewall, and a concave sidewall. The end face has a convex shape or a leading edge shape.

Patent PL85558 opisuje mieszalnik ejekcyjny gazów i/lub cieczy, zawierający współosiowo rozmieszczone pierścieniowe dysze, połączone z pierścieniową komorą mieszania, przechodzącą w dyfuzor. Mieszalnik ma trzy dysze pierścieniowe i ma możliwość doprowadzania jednego podlegającego mieszaniu składnika do środkowej dyszy pierścieniowej, a drugiego podlegającego mieszaniu składnika do wewnętrznej i zewnętrznej dyszy pierścieniowej, w wyniku czego na wlocie do pierścieniowej komory mieszania pierścieniowy strumień pierwszego składnika objęty jest przez dwa pierścieniowe strumienie drugiego składnika.Patent PL85558 describes an ejection mixer for gases and / or liquids, comprising coaxially arranged annular nozzles connected to an annular mixing chamber that extends into a diffuser. The mixer has three annular nozzles and has the ability to supply one mixable component to the central annular nozzle and the other mixable component to the inner and outer annular nozzles, so that at the entrance to the annular mixing chamber the annular stream of the first component is covered by two annular jets of the second ingredient.

Patent PL129162 opisuje mieszalnik statyczny do mieszania ze sobą co najmniej dwóch składników wyposażony w korpus w kształcie rury, kołnierze oraz kolektor doprowadzający, który na wewnętrznej powierzchni korpusu posiada segmenty, najkorzystniej w kształcie trójkątów o dwóch kątach ostrych, wykonane z płyt płaskich lub pofalowanych, najkorzystniej sfalowaniami przebiegającymi równolegle do krawędzi przylegającej do kątów ostrych.Patent PL129162 describes a static mixer for mixing together at least two components provided with a tubular body, flanges and a supply manifold, which on the inner surface of the body has segments, most preferably triangles with two acute angles, made of flat or corrugated plates, most preferably with undulations running parallel to the edge adjacent to the acute angles.

Patent PL139225 opisuje mieszalnik wyposażony w pojemnik, wewnątrz którego znajdują się ruchomo zamocowane elementy o aerodynamicznych kształtach, korzystnie o kształcie nośnego płata lotniczego, tworzące pomiędzy sobą szczelinę, w której znajduje się wirnik łopatkowy, przy czym co najmniej jeden ze wspomnianych elementów zaopatrzony jest w dysze usytuowaną zgodnie z kierunkiem największego wyporu aerodynamicznego tych elementów.Patent PL139225 describes a mixer equipped with a container, inside which there are movably mounted elements of aerodynamic shapes, preferably in the shape of a supporting airfoil, forming a gap between them, in which there is a blade rotor, at least one of the mentioned elements is provided with nozzles situated in the direction of the greatest aerodynamic buoyancy of these elements.

Patent PL147563 opisuje mieszalnik strumieniowy, który wewnątrz przewodu rurowego ma zawirowujące ciecz lewoskrętne i prawoskrętne elementy poprzedzielane zwężkami, przy czym elementy lewoskrętne i prawoskrętne stanowią nawzajem swoje lustrzane odbicia.Patent PL147563 describes a jet mixer which has left-handed and right-handed liquid swirling elements inside the pipe, separated by reducers, where the left-handed and right-handed elements are mirror images of each other.

PL 233 503 B1PL 233 503 B1

Homogenizator statyczny według wynalazku składa się z korpusu z nieruchomymi elementami mieszającymi, układu dolotowego substratu i układu wylotowego produktu. Korpus homogenizatora zawiera co najmniej jedną sekcję z elementami mieszającymi. Sekcję tworzą płaskie płyty ze szczeliną pomiędzy nimi, w której znajdują się elementy mieszające w postaci płytek dystansowych. Elementy te rozmieszczone są między płytami w co najmniej jednym szeregu, przy czym oś wzdłużna każdego elementu mieszającego w jednym szeregu jest przesunięta w stosunku do osi wzdłużnej każdego elementu mieszającego następnego szeregu. W każdym szeregu znajdują się co najmniej dwa elementy mieszające. Na wejściu do homogenizatora znajduje się co najmniej jeden zawór.The static homogenizer according to the invention consists of a body with stationary mixing elements, a substrate inlet system and a product outlet system. The homogenizer body comprises at least one section with mixing elements. The section consists of flat plates with a gap between them, in which there are mixing elements in the form of spacer plates. These elements are arranged between the plates in at least one row, with the longitudinal axis of each mixing element in one row being offset from the longitudinal axis of each mixing element of the next row. There are at least two mixing devices in each row. There is at least one valve at the entrance to the homogenizer.

Homogenizator statyczny według wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na r ysunku, na którym fig. 1 przedstawia homogenizator w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - rozmieszczenie elementów mieszających na płaskiej płycie.The inventive static homogenizer is shown in the figure in which Fig. 1 shows the homogenizer in longitudinal section, Fig. 2 shows the arrangement of the mixing elements on a flat plate.

Jak uwidoczniono na rysunku homogenizator statyczny według wynalazku posiada korpus 1, układ dolotowy 2 substratu i układ wylotowy 3 produktu. Korpus 1 homogenizatora zawiera sekcje 4 utworzone przez płaskie płyty 5 oddalone od siebie przez elementy mieszające 6 w postaci płytek dystansowych. Umieszczone w poszczególnych sekcjach 4 homogenizatora nieruchome płytki 6 rozlokowane są między płytami 5 w szeregach. Zamocowane w szeregu płytki 6, dzięki swemu kształtowi, tworzą pomiędzy sobą kanał konfuzora i dyfuzora dyszy de Lavala (na przykład w kształcie rombu). Oś wzdłużna każdej płytki 6 pierwszego szeregu jest przesunięta w stosunku do osi wzdłużnej płytki 6 następnego szeregu. Przy wejściu do każdej sekcji homogenizatora umieszczony jest zawór odcinający 7 regulacji masowego natężenia przepływu.As shown in the figure, the static homogenizer according to the invention has a body 1, a substrate inlet 2 and a product outlet 3. The homogenizer body 1 comprises sections 4 formed by flat plates 5 spaced apart by mixing elements 6 in the form of spacer plates. Fixed plates 6 placed in individual sections 4 of the homogenizer are arranged between the plates 5 in rows. The plates 6 fixed in series, thanks to their shape, form between themselves a confusor and a diffuser channel of a de Laval nozzle (e.g. diamond-shaped). The longitudinal axis of each tile 6 of the first row is offset with respect to the longitudinal axis of the tile 6 of the next row. At the entrance to each section of the homogenizer there is a shut-off valve 7 for regulating the mass flow.

Zasada działania homogenizatora według wynalazku polega na kierowaniu cieczy, co najmniej dwuskładnikowych, w sekcje homogenizatora i przejście przez dysze de Lavala. Podczas wypływu cieczy wieloskładnikowej z pojedynczej dyszy de Lavala krzyżuje się ona z cieczą wypływającą z dyszy de Lavala znajdującej się obok, co powoduje turbulizację przepływu. Tak powstała struga natrafia na krawędzie dysz de Lavala kolejnego szeregu, co zwiększa zjawisko turbulizacji i homogenizacji cieczy. Regulację natężenia przepływu homogenizowanej cieczy uzyskuje się przez odpowiednie ustawienie zaworów regulacji natężenia przepływu zamontowanych przed każdą sekcją homogenizatora.The principle of operation of the homogenizer according to the invention is to direct liquids, at least two-component, into the sections of the homogenizer and pass through de Laval nozzles. As a multi-component fluid exits a single de Laval nozzle, it crosses the fluid exiting the adjacent de Laval nozzle, causing the flow to become turbulent. The stream formed in this way meets the edges of the de Laval nozzles of the next series, which increases the phenomenon of turbulence and homogenization of the liquid. The control of the flow rate of the homogenized liquid is achieved by appropriate setting of the flow rate control valves mounted upstream of each section of the homogenizer.

Homogenizator statyczny według wynalazku może być zastosowany do zmiany morfologii paliw pozostałościowych i destylacyjnych oraz odpadów ropopochodnych wykorzystywanych do zasilania kotłów opalanych oraz innych urządzeń, w których następuje proces spalania paliwa, jak również do wytwarzania emulsji paliwowo-wodnych, olejowo-wodnych oraz innych cieczy eksploatacyjnych wymagających zmiany ich morfologii oraz otrzymywania emulsji dwu- lub wieloskładnikowych. Morfologia paliw jest rozumiana jako struktura paliwa składającego się z fazy ciągłej i cząstek stałych w postaci konglomeratów asfaltenowo-żywicznych i wody.The static homogenizer according to the invention can be used to change the morphology of residual and distillation fuels as well as petroleum waste used to feed fired boilers and other devices in which the fuel combustion process takes place, as well as to produce fuel-water, oil-water emulsions and other operating fluids requiring changes in their morphology and preparation of two- or multi-component emulsions. The morphology of fuels is understood as the structure of the fuel consisting of a continuous phase and solid particles in the form of asphaltene-resin conglomerates and water.

Przeznaczony jest również do ciągłego mieszania cieczy roboczych o różnych właściwościach fizyko-chemicznych oraz zmiany ich morfologii poprzez rozdrobnienie/homogenizację, zawartych w nich zanieczyszczeń stałych oraz wody, celowo dozowanej lub będącej zanieczyszczeniem.It is also designed for continuous mixing of working liquids with different physico-chemical properties and changing their morphology by grinding / homogenizing solid impurities contained in them and water, intentionally dosed or being a pollution.

Claims

Patent claims

1. A static homogenizer consisting of a body with stationary mixing elements, a substrate inlet system and a product outlet system, characterized in that the homogenizer body (1) comprises at least one section (4) in the form of a gap between at least two spaced plates (5) from each other through the mixing elements (6) in the form of distance plates forming between themselves the channel of the confusor and the diffuser of the de Laval nozzle, arranged between the plates (5) in at least one row, the longitudinal axis of each mixing element (6) in one row is shifted with respect to the longitudinal axis of each mixing device (6) of the next row.

2. A homogenizer according to claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that each row has at least two mixing devices.

3. A homogenizer according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that at least one valve (7) is provided at the entrance to the homogenizer.