Змішувач-диспергатор

Изобретение относится к смесительным устройствам роторно-пульсационного типа и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Известен ротационный аппарат для взаимодействия жидкости с жидкостью, газом или порошкообразными веществами, содержащий ротор и статор в виде коаксиально расположенных цилиндров с прорезями в стенках, Dp в котором отношение равно или кратно (2,3-2,5), где Dp - наружный диаметр ротора, Rс - внутренний Rc - Rp радиус статора, Rp - наружный радиус ротора, n - число прорезей ротора [1]. Данное устройство позволяет повысить эффективность массопереноса и снизить энергетические затраты за счет изменения структуры вихреобразования, однако отсутствие значимого насосного эффекта ограничивает технологические возможности аппарата. Наиболее близким к заявляемому те хническому решению является смеситель-диспергатор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, концентрично размещенные в нем чередующиеся между собой цилиндры ротора и статора с прорезями, лопатки, установленные на наружном цилиндре ротора, число которых равно количеству прорезей, причем длина лопатки, ее толщина и величина радиального зазора между цилиндрами ротора и статора связаны соотношением l l 1 < < 1+ S d где l и S - длина и толщина лопаток соответственно; d - радиальный зазор между цилиндрами ротора и статора [2]. В известном смесителе-диспергаторе улучшение напорно-расходных характеристик достигается за счет установки лопаток на наружном цилиндре ротора, что в свою очередь снижает полезный объем смесителя. В зоне между лопатками ротора диспергирование осуществляется только за счет вихревого движения потока и периодических радиальных возмущений, возникающих при совмещении прорезей. Отсутствие таких гидродинамических явлений, как турбулизация за счет взаимодействия окружного и радиального потоков в зоне наружного цилиндра ротора, а также смешение между собой потоков выходящи х из смежных прорезей статора значительно снижает технологическую эффективность устройства. Задачей изобретения является усовершенствование смесителя-диспергатора путем обеспечения дополнительного смешения и турбулизации потоков в зоне, ограниченной лопатками ротора, что увеличивает эффективность диспергирования, благодаря чему повышается технологическая эффективность устройства. Поставленная задача достигается тем, что в смесителе-диспергаторе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, концентрично размещенные в нем чередующиеся между собой цилиндры ротора и статора с прорезями, лопатки, установленные на наружном цилиндре ротора, и крыльчатку, согласно изобретению, лопатки установлены напротив прорезей с зазором, равным 0,01-0,015 диаметра ротора (Dp), и со смещением по окружности ротора относительно продольной оси прорези на 0,2-0,4 ширины прорези (Sn) в направлении, противоположном вращению ротора. Таким образом, при совмещении прорезей статора и ротора возникают периодические радиальные возмущения, причем радиальные потоки, выходящие из прорезей статора, разделяются нижней кромкой лопатки на две части, при этом в зоне между лопатками ротора смешиваются потоки из смежных прорезей статора, а смещение лопатки по окружности ротора относительно продольной оси прорези на 0,2-0,4 ширины прорези в направлении, противоположном вращению ротора, позволяет с учетом окружной скорости ротора разбить эти потоки на две приблизительно равные части. Установка лопаток над прорезями с зазором, равным 0,01-0,015 диаметра ротора обеспечивает интенсивную турбулизацию потока в зоне между лопатками за счет высокоградиентного сечения в этом зазоре. При этом в зоне между лопатками образуются устойчивые вихри, закрутка которых осуществляется как за счет радиальных потоков при совмещении прорезей статора и ротора, так и за счет окружного потока в зазоре между наружным цилиндром ротора и нижней кромкой лопатки в момент перекрытия прорезей. В центре этих вихрей создается зона разрежения, и рабочая среда "вскипает" в вакууме, что дополнительно интенсифицирует процесс обработки материалов. Таким образом, предлагаемый смеситель-диспергатор позволяет получать оптимальный дисперсный состав смеси при сохранении значительных напорно-расходных характеристик. На фиг. 1 показан смеситель-диспергатор (для примера - одноцилиндровый) - общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. Смеситель-диспергатор включает в себя корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, концентрично размещенные в нем чередующиеся между собой цилиндры 4 статора 5 и цилиндры 6 ротора 7 с прорезями 8, крыльчатку 9, закрепленные на цилиндре 6 ротора 7 лопатки 10, установленные над прорезями 8 с зазором, равным 0,01-0,015 диаметра ротора 7, и смещенные по окружности ротора 7 относительно продольной оси прорези 8 на 0,2-0,4 ширины прорези 8 в направлении, противоположном вращению ротора 7. Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает в аппарат через входной патрубок 2 и под действием развиваемого крыльчаткой 9 напора проходит через прорези 8 цилиндра 4 статора 5. При этом в радиальном зазоре между наружной поверхностью лопастей крыльчатки 9 и внутренней поверхностью статорного цилиндра 4 измельчаются наиболее крупные комки и агломераты обрабатываемой среды. Пройдя прорези 8 статорного цилиндра 4, среда подвергается интенсивной обработке в радиальном зазоре между статором 5 и ротором 7. При совмещении и перекрытии прорезей 8 статора 5 и ротора 7 развиваются пульсации потока, приводящие к турбулизации и возникновению кавитационных явлений. В отличие от прототипа, расположение лопаток 10 над прорезями 8 с зазором, равным 0,01-0,015 диаметра ротора и смещением по окружности ротора 7 относительно продольной оси прорези 8 на 0,2-0,4 ширины прорези 8 в направлении, противоположном вращению ротора 7 позволяет наряду с сохранением напорно-расходных характеристик повысить эффективность диспергирования за счет дополнительного смешения радиальных потоков выходящих из смежных прорезей статора 5 с образованием устойчивы х ви хрей и дополнительных зон кавитации в пространстве между лопатками 10 ротора 7. В центре таких ви хрей могут удерживаться значительное время дисперсные частицы, которые вращаясь в направлении вихря подвергаются дополнительной обработке. Предлагаемый смеситель-диспергатор испытывался в процессе диспергирования композиции синтетического моющего средства (CMC). Эксперименты выполнялись на пилотной установке, где сравнению подвергались предлагаемое устройство и решение по авт. св. № 1243795. При этом производительность установки составляла 7,5 м 3/час, диаметр ротора 320 мм при n = 1500 об/мин. На цилиндре ротора выполнено 30 прорезей шириной 10 мм. В предлагаемом смесителе-диспергаторе величину зазора между лопатками и цилиндром ротора устанавливали - 0,0075, 0,01, 0,0125, 0,015 и 0,0175 диаметра ротора или соответственно 2,4, 3,2, 4, 4,8, 5,6 мм, а величину смещения по окружности ротора относительно продольной оси прорези - 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 ширины прорези или соответственно 1, 2, 3, 4 и 5 мм. В качестве обрабатываемого материала использовали композицию CMC "Лотос" с 60 %-ой твердой частью. В процессе экспериментов определяли: - размер максимальных включений после смесителя-диспергатора: - максимальный напор создаваемый диспергатором. Результаты испытаний в таблице. Из таблицы следует, что при установке лопаток над прорезями с зазором, равным 0,01-0,015 диаметра ротора и смещением по окружности ротора относительно продольной оси прорези на 0,2-0,04 ширины прорези в направлении, противоположном вращению ротора, удается повысить эффективность диспергирования примерно на 14-15% (опыты 2, 3, 4, 7 и 8). Формирование устойчивых ви хрей и дополнительных зон кавитации в пространстве между лопатками ротора, в отличие от прототипа, где диспергирование осуществляется в основном только за счет периодических радиальных возмущений, возникающих при совмещении прорезей и высокоградиентного течения в зазоре между ротором и статором, позволяет уменьшить размер максимальных включений после смесителя-диспергатора с 0,24-0,26 до 0,21-0,22 мм при сохранении напорно-расходных характеристик на прежнем уровне. В свою очередь увеличение зазора между лопатками и ротором более 0,015 диаметра ротора (при постоянном диаметре корпуса аппарата) приводит к снижению насосного эффекта и уменьшению зоны вихреобразования, при этом размер максимальных включений составил 0,24-0,25 мм, а напор 2,82 кг/см 2 (опыт № 9). Отклонение величины смещения лопаток от пределов указанных в формуле приводит к нарушению распределения радиальных потоков, выходящи х из прорезей статора по смежным зонам между лопатками ротора, что исключает из активной работы практически половину зон между лопатками ротора (опыты № 1 и № 5). Таким образом, предложенный смеситель-диспергатор позволяет значительно увеличить эффективность диспергирования при сохранении напорно-расходных характеристик, что позволит использовать его в линии приготовления композиции при производстве синтетических моющих средств.