RU2179065C1

RU2179065C1 - Method of mixing liquids

Info

Publication number: RU2179065C1
Application number: RU2001107045/12A
Authority: RU
Inventors: Б.Д. Броиловский; А.З. Вартанов; С.Е. Муравлев; А.В. Симонов; А.Л. Филонов
Original assignee: Броиловский Борис Давыдович; Вартанов Александр Зараирович; Муравлев Сергей Евгеньевич; Симонов Алексей Вадимович; Филонов Александр Львович
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: liquid mixing devices; chemical, food-processing, liqueur-and-vodka and other industries. SUBSTANCE: proposed method includes delivery of liquid to reservoir where it is mixed by means of vertical shaft placed in tube and provided with auger at its end. Minimum clearance between auger and inner surface of tube ranges from 2 to 32 mm at the following ratio: d_tube:d_res= 1: (5.3-7.6), h_aud:h_tube=1:(3.1-4.25), S:d_aud=1:(2.9-3.6), where d_tube is diameter of tube; d_res is diameter of reservoir; h_aud is height of auger; h_tube is height of tube; S is auger pitch and d_aud is diameter of auger. It is preferable that minimum distance between auger and reservoir bottom z_dis ranges from 250 to 350 mm. It is desirable that the following ratio is observed: h_min:(z_dis+h_tube)=1:(2.8-3.3), where h_min is minimum level of liquid in reservoir. EFFECT: enhanced efficiency of mixing liquids of rather low density preferably alcohol and water; improved quality of finished product; enhanced in-storage stability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для смешения потоков жидкостей и может быть использовано в химической, пищевой, ликероводочной и других отраслях промышленности. The invention relates to devices for mixing fluid flows and can be used in chemical, food, distillery and other industries.

Известен способ смешения, заключающийся в подаче жидких материалов через тангенциальные патрубки во внутреннюю полость корпуса, внутри которого расположен вал с упругими лепестками, установленными под углом 30-60^o к плоскости вращения, причем соседние лепестки имеют противоположный наклон и образуют зазор поочередно с крышкой и днищем (SU, авторское свидетельство, 1491555, В 01 F 3/08, 1989). Недостатком способа является то, что он не подходит для смешения больших объемов жидкостей.A known method of mixing, which consists in feeding liquid materials through tangential nozzles into the internal cavity of the housing, inside of which there is a shaft with elastic petals mounted at an angle of 30-60 ^o to the plane of rotation, the adjacent petals having an opposite inclination and form a gap alternately with the cover and the bottom (SU, copyright certificate, 1491555, 01 F 3/08, 1989). The disadvantage of this method is that it is not suitable for mixing large volumes of liquids.

Другой известный способ смешения предусматривает цикличную подачу поперечного потока одной среды в центральный поток другой среды, при этом место ввода поперечного потока в каждом цикле непрерывно перемещают в сторону входа центрального потока (SU, 1414435, В 01 F 3/02, 1988). Этот способ был разработан преимущественно для смешения газов и не позволяет получить качественные смеси жидкостей. Another known mixing method involves cycling the transverse flow of one medium into the central stream of another medium, wherein the inlet of the transverse stream in each cycle is continuously moved towards the inlet of the central stream (SU, 1414435, 01 F 3/02, 1988). This method was developed primarily for mixing gases and does not allow to obtain high-quality mixture of liquids.

Для приготовления водно-спиртовой смеси предложено использовать устройство, содержащее корпус, разделенный диафрагмой с отверстием на камеры предварительного и окончательного перемешивания. Патрубок подачи спирта, корпус и диафрагма выполнены соосными. Патрубок подачи спирта расположен перпендикулярно патрубку подачи воды. В патрубках подачи установлены дополнительные диафрагмы с отверстиями, выполненными в виде сопел, а на диафрагме патрубка подачи спирта также смонтирован концентратор продольных колебаний (RU, патент, 2034915, C 12 G 3/04, 1995). Этот способ обеспечивает достаточно высокое качество смешения, но не может быть рекомендован для больших объемов жидкостей. For the preparation of a water-alcohol mixture, it is proposed to use a device containing a housing divided by a diaphragm with an opening into the preliminary and final mixing chambers. The alcohol supply pipe, housing and diaphragm are made coaxial. The alcohol supply pipe is perpendicular to the water supply pipe. In the supply pipes additional diaphragms with holes made in the form of nozzles are installed, and a longitudinal oscillation concentrator is also mounted on the diaphragm of the alcohol supply pipe (RU, patent, 2034915, C 12 G 3/04, 1995). This method provides a sufficiently high quality of mixing, but cannot be recommended for large volumes of liquids.

Наиболее близким аналогом заявленного решения является способ смешения, включающий подачу исходных жидкостей в емкость и перемещение в ней посредством по крайней мере одного вала со шнековой мешалкой на конце, вокруг которой установлена циркуляционная труба, что обеспечивает осевую и радиальную циркуляцию смеси (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками, Л., "Химия", 1975, c. 64-66). Способ достаточно прост, однако не обеспечивает оптимальный режим смешения больших объемов жидкостей, имеющих низкие вязкость и плотность. The closest analogue of the claimed solution is a mixing method, which includes supplying the original liquids to the container and moving it through at least one shaft with a screw mixer at the end around which a circulation pipe is installed, which ensures axial and radial circulation of the mixture (Stren F. Mixing and apparatus with mixers, L., "Chemistry", 1975, p. 64-66). The method is quite simple, however, it does not provide an optimal mode of mixing large volumes of liquids having low viscosity and density.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, являлось повышение эффективности смешения жидкостей относительно невысокой плотности, предпочтительно спирта и воды, улучшение качества готового продукта и его стойкости при хранении. The problem to which this invention is directed was to increase the efficiency of mixing liquids with a relatively low density, preferably alcohol and water, to improve the quality of the finished product and its shelf life.

Поставленная задача решается тем, что способ смешения жидкостей включает их подачу в емкость и перемещение в ней посредством по крайней мере одного размещенного в трубе шнека, соединенного с вертикальным валом, при этом минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 2-32 мм и соблюдаются следующие соотношения:
d_т:d_е=1:(5,3-7,6)
h_ш:h_т=1:(3,1-4,25),
S:d_ш= 1:(2,9-3,6),
где d_т - диаметр трубы;
d_е - диаметр емкости;
h_ш - высота шнека;
h_т - высота трубы;
S - шаг шнека;
d_ш - диаметр шнека.The problem is solved in that the method of mixing liquids involves feeding them into the container and moving it through at least one screw located in the pipe connected to a vertical shaft, while the minimum clearance between the screw and the inner surface of the pipe is 2-32 mm and are observed the following relationships:
d _t : d _e = 1: (5.3-7.6)
h _w : h _t = 1: (3.1-4.25)
S: d _w = 1: (2.9-3.6),
where d _t is the diameter of the pipe;
d _e is the diameter of the tank;
h _w - screw height;
h _t - pipe height;
S is the pitch of the screw;
d _W - the diameter of the screw.

Предпочтительно минимальный зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составляет 5 мм. Preferably, the minimum clearance between the screw and the inner surface of the pipe is 5 mm.

Дополнительные отличия заключаются в том, что минимальное расстояние между шнеком и днищем емкости Z_н составляет 250 - 350 мм, а также в том, что минимальный уровень жидкости в емкости h_min не должен быть меньше величины, определяемой соотношением:
h_min:(Z_н+h_т) = 1:(2,8-3,3).Additional differences are that the minimum distance between the screw and the bottom of the tank Z _n is 250 - 350 mm, and also that the minimum liquid level in the tank h _min should not be less than the value determined by the ratio:
h _min : (Z _n + h _t ) = 1: (2.8-3.3).

Экспериментально было установлено, что для эффективного перемешивания жидкостей в осевом и радиальном направлениях в условиях значительной турбулентности необходимо, чтобы зазор между шнеком и внутренней поверхностью трубы составлял 2 - 32 мм. Оптимальная величина зазора в каждом конкретном случае зависит в первую очередь от плотности смешиваемых жидкостей и скорости вращения шнека. Осуществление способа при указанных в независимом пункте формулы соотношениях размеров емкости, шнека и трубы позволяет не только интенсифицировать процесс смешения, но и получить продукт высокого качества, имеющий высокую стойкость при хранении. It was experimentally established that for effective mixing of liquids in the axial and radial directions in conditions of significant turbulence, it is necessary that the gap between the screw and the inner surface of the pipe be 2 - 32 mm. The optimal size of the gap in each case depends primarily on the density of the mixed liquids and the speed of rotation of the screw. The implementation of the method at the ratios of the dimensions of the container, screw and pipe indicated in the independent claim allows not only to intensify the mixing process, but also to obtain a high-quality product having high storage stability.

Указанные в зависимых пунктах формулы признаки отражают частные случаи использования изобретения и касаются оптимальных величин зазора между шнеком и внутренней поверхностью трубы, зазора между дном емкости и шнеком, а также минимального уровня жидкости в емкости. The signs indicated in the dependent claims reflect particular cases of using the invention and relate to the optimal values of the gap between the screw and the inner surface of the pipe, the gap between the bottom of the tank and the screw, as well as the minimum liquid level in the tank.

Предложенный способ осуществляют при помощи устройства, схематично показанного на чертеже. The proposed method is carried out using the device schematically shown in the drawing.

Устройство для смешения включает емкость 1, установленный в частном случае по оси емкости вал 2 со шнеком 3 на конце и трубой 4, размещенной вокруг вала и шнека. The mixing device includes a container 1, installed in a particular case along the axis of the vessel, shaft 2 with a screw 3 at the end and a pipe 4 located around the shaft and the screw.

Способ осуществляют следующим образом. Потоки двух смешиваемых жидкостей подают в описанное выше устройство. При вращении вала 2 и шнека 3 происходит засасывание жидкостей через нижнее отверстие трубы 4, их перемещение вверх посредством шнека 3, выброс в емкость 1 через верхнее отверстие трубы 4 и последующее перемещение в направлении дна емкости 1. При этом происходит интенсивное перемешивание жидкостей в турбулентном режиме, обусловленное как их поступательным движением в осевом направлении, так и вращательным движением в радиальных плоскостях. Таким образом, высокая эффективность процесса связана с реализацией оптимального гидродинамического режима смешения, имеющего место при указанных выше соотношениях параметров устройства. Полученная смесь отличается высоким качеством и стабильностью при хранении. The method is as follows. The streams of two mixed liquids are fed into the device described above. When the shaft 2 and the screw 3 rotate, the liquids are sucked in through the lower hole of the pipe 4, they are moved upward by the screw 3, released into the tank 1 through the upper hole of the pipe 4 and then moved in the direction of the bottom of the tank 1. In this case, intensive mixing of the liquids in a turbulent mode due to both their translational movement in the axial direction and the rotational movement in radial planes. Thus, the high efficiency of the process is associated with the implementation of the optimal hydrodynamic mixing mode, which takes place at the above ratios of the parameters of the device. The resulting mixture is of high quality and storage stability.

Изобретение поясняется следующим примером. The invention is illustrated by the following example.

Пример
Для приготовления водно-спиртовой смеси (сортировки крепостью 40,2 об.%) в емкость 1 подают исправленную питьевую воду по ГОСТ 2874-82 с жесткостью до 0,2 моль/м³ и плотностью 1 г/см³ и спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 5962-67 с объемной долей метилового спирта в пересчете на безводный спирт не более 0,02 об.% и плотностью 0,734 г/см³. Спирт и воду подают в объемном соотношении 1: 1,44. Устройство для смешения имеет следующие размеры: высота емкости Н = 2600 мм, ее диаметр d_е =2200 мм, высота трубы h_т = 1600 мм, диаметр трубы d_т= 320 мм, высота шнека h_ш= 400 мм, диаметр шнека d_ш= 310 мм, шаг шнека S = 100 мм, минимальное расстояние между шнеком и дном емкости Z_н = 300 мм, минимальный зазор между шнеком и внутренней стенкой трубы δ = 5 мм. Уровень жидкости (высота столба жидкости) составляет 2000 мм. Смесь перемешивают в течение 20 мин при скорости вращения вала 8 об/с. При необходимости состав смеси корректируют (обычно добавляя воду). Полученная водно-спиртовая смесь имеет плотность 0,95 г/см³, хорошие органолептические характеристики и стабильна при хранении не менее 5 лет. После дополнительной очистки ее используют для изготовления высококачественной водки.Example
To prepare a water-alcohol mixture (sorting with a strength of 40.2 vol.%), Corrected drinking water is supplied to capacity 1 in accordance with GOST 2874-82 with a hardness of up to 0.2 mol / m ³ and a density of 1 g / cm ³ and rectified ethyl alcohol GOST 5962-67 with a volume fraction of methyl alcohol in terms of anhydrous alcohol of not more than 0.02 vol.% And a density of 0.734 g / cm ³ . Alcohol and water are supplied in a volume ratio of 1: 1.44. The mixing device has the following dimensions: tank height H = 2600 mm, its diameter d _e = 2200 mm, pipe height h _t = 1600 mm, pipe diameter d _t = 320 mm, screw height h _w = 400 mm, screw diameter d _w = 310 mm, screw pitch S = 100 mm, the minimum distance between the screw and the bottom of the tank Z _n = 300 mm, the minimum clearance between the screw and the inner wall of the pipe δ = 5 mm. The liquid level (height of the liquid column) is 2000 mm. The mixture is stirred for 20 minutes at a shaft rotation speed of 8 rpm. If necessary, adjust the composition of the mixture (usually adding water). The resulting water-alcohol mixture has a density of 0.95 g / cm ³ , good organoleptic characteristics and is stable during storage for at least 5 years. After additional purification, it is used to make high-quality vodka.

Способ может быть осуществлен в устройстве, включающем 3-4 вала со шнеками и циркуляционными трубами вокруг них. The method can be implemented in a device comprising 3-4 shafts with screws and circulation pipes around them.

Таким образом, предложенный способ, осуществляемый с использованием относительно несложного в изготовлении оборудования, обеспечивает высокое качество смешения жидких компонентов и их стабильность при хранении. Thus, the proposed method, carried out using relatively simple equipment, provides high quality mixing of liquid components and their stability during storage.

Claims

1. The method of mixing liquids, including their supply to the tank and moving in it through at least one screw located in the pipe connected to a vertical shaft, characterized in that the minimum clearance between the screw and the inner surface of the pipe is 2-32 mm and the following ratios are observed:
d _t : d _e = 1: (5.3-7.6);
h _w : h _t = 1: (3.1-4.25);
S: d _w = 1: (2.9-3.6),
where d _t is the diameter of the pipe;
d _e is the capacitance meter;
h _w - screw height;
h _t - pipe height;
S is the pitch of the screw;
d _W - the diameter of the screw.

2. The method according to p. 1, characterized in that the minimum clearance between the screw and the inner surface of the pipe is 5 mm

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the minimum distance between the screw and the bottom of the tank z _n is 250-350 mm

4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the minimum liquid level in the tank h _min should not be less than the value determined by the ratio
h _min : (Z _n + h _t ) = 1: (2.8-3.3).