Кавітаційний змішувач павловського

1 Кавітаційний змішувач для одержання високодисперсних та гомогенізованих рідких сумішей, наприклад, водомазутних емульсій, що складається з корпусу, в якому СПІВВІСНО розміщені робочий вал, швидкообертаємий ротор з радіальними кавітуючими лопатками, що мають передню гостру кромку і клиноподібну пряму чи криву форму, розподільні та робочі камери, крізь які пропускається оброблювана рідка суміш, а також вихідний та ВХІДНІ патрубки, який відрізняється тим, що робочі камери являють собою циліндричний кільцевий канал, який в середній частині перетинається кавітуючими лопатками ротора і складається з зовнішньої довгої обичайки і двох внутрішніх коротких обичайок одного діаметра, розміщених одна за одною з зазором, в якому обертається ротор з лопатками, а також двох кільцевих дисків, які зачиняють цей кільцевий канал з КІНЦІВ, причому внутрішні короткі обичайки містять в собі радіальні отвори ВІДПОВІДНО для входу і виходу оброблюваної рідини, а зовнішня обичайка кільцевого каналу з'єднана з обома внутрішніми обичайками за допомогою радіальних перегородок, які розміщені симетрично і утворюють дві рівні по КІЛЬКОСТІ групи робочих мінікамер, рівномірно розподілених по кільцю в обох робочих камерах, при цьому радіальні перегородки містять по кінцям отвори для переходу оброблюваної рідини у кільцевому напрямку з однієї мінікамери до іншої 2 Кавітаційний змішувач по п 1, який відрізняється тим, що КІЛЬКІСТЬ мінікамер в кожній з робочих камер повинна бути більша, ніж подвійна КІЛЬКІСТЬ кавітуючих лопаток ротора, але не кратна одна одній 3 Кавітаційний змішувач по п 1, який відрізняється тим, що поперечний профіль радіальних кавітуючих лопаток є асиметричним і має нахилену передню грань таким чином, щоб при русі лопаток забезпечувався насосний ефект в напрямку вихідної камери, причому радіальні перегородки в обох робочих камерах повернуті відносно загальної осі пристрою на кут до ±45° і таким чином, щоб потоки рідини, які виносяться лопатками в кільцевому напрямку, ударялися та відбивалися від цих перегородок у загальному осьовому напрямку пристроя, але у протилежні боки від ротора со (О Ю Винахід відноситься до технологічного обладнання і може бути використаний для диспергування, суспендування та гомогенізації рідких сумішей, наприклад, для отримання високоякісних емульсій, у ХІМІЧНІЙ, енергетичній, харчовій та інших галузях промисловості Як відомо, головними показниками якості будьякої емульсії чи суспензії є ступінь и дисперсності та гомогенності Чим вони вищі, тим краще Відомий змішувач рідин за Патентом Російської Федерації RU2060806 С1, B01F, 7/16 від 27 05 96р Корпус цього пристрою містить коаксіальне розташовані циліндричні порожнини, які з'єднані поміж собою отворами і мають загальний вихід до змішувальної камери, де також обертається ротор з лопатками Недоліком цього змішувача є відсутність ефективних кавітуючих елементів та механізму багаторазового повернення і обробки рідкої суміші у змішувальній камері Якість одержуваних рідких сумішей невисока Відомий кавітаційний реактор за Авт св СРСР SU1694194A1, B01F, 7/16, від 30 11 91 р Він містить ротор, на торцевій поверхні якого розміщені кавітуючі лопаті клиноподібної форми Недоліком цього пристрою є те, що його ротор працює подібно ротору відцентрового насоса Тому рівень кавітації, яка створюється розміщеннями на меншому колі обертання лопатями, - невеликий, і зовсім низький для решти лопатей Обробка рідини тут також одноразова 45639 Найбільш близьким по суті є диспергатор за Авт св СРСР SU1183162A, B01F, 7/16, від 09 11 83р , в якому використовується насосна крильчатка (або ротор), що має лопаті с суперкавітуючим профілем Однак тут практично недосяжні високі швидкості (більш 5м/с) руху лопатей відносно рідини і тому виникаюча кавітація характеризується низькою густиною енергії Загальний лобовий опір лопатей крильчатки дуже великий і при значній швидкості обертання потребує значних енерговитрат Крім цього, механізм повернення рідини у робочу камеру крізь ЗОВНІШНІЙ контур з додатковим насосом потребує додаткових енерговитрат Емульсія, одержана за допомогою цього пристрою, не може бути високодисперсною, ступінь її гомогенізації також невеликий, а необхідні при цьому енерговитрати - значні Задачею цього винаходу є усунення зазначених недоліків відомих пристроїв і створення кавітаційного змішувача, який забезпечить умови ефективної кавітаційної обробки з високою густиною енергії і інтенсивним багаторазовим перемішуванням 100% мікро об'ємів оброблюваної рідкої суміші при відносно незначних енерговитратах Це дозволить здійснювати високоефективне емульгування і гомогенізацію різних рідких сумішей з метою одержання високодисперсних стабільних емульсій та суспензій Надана задача вирішується завдяки тому, що рідка суміш, яка проходить крізь пристрій, розподіляється на паралельні потоки, що перетинаються швидко обертаючим ротором з суперкавітуючими лопатками, які мають невеликий лобовий опір При цьому створюються необхідні умови для виникнення кавітації з високою густиною енергії, якою охоплюється весь поперечний переріз кожного з паралельних потоків рідкої суміші Крім цього, тут працює механізм інтенсивного перемішування, як у межах кожного потоку, так і між потоками, а також механізм багаторазового повернення рідини у зону кавітаційної обробки Більше того, на виході з робочої камери оброблені потоки рідини йдуть до змішувальної вихідної камери, а потім більша частина рідини знову вертається у змішувальну вхідну камеру і далі на повторний цикл кавітаційної обробки І так повторюється багато разів Винахід поясниться кресленням (Фіг), де зображено зальний вигляд Кавітаційного змішувача Він складається з корпусу (1), в якому СПІВВІСНО розміщені швидко обертаємий ротор (3) і радіальними кавітуючими лопатками (4), розподільні камери (17 і 18) та циліндричні робочі камери (19 і 20) а також є прийомна (15) та вихідна (16) камери, ВХІДНІ (12 і 14) та ВИХІДНІ (13) патрубки Робочі камери (19 і 20) уявляють собою єдиний кільцевий канал крізь який пропускається оброблювана рідка суміш і який в середній частині перетинається швидко рухомими радіальними кавітуючими лопатками (4) ротора Цей кільцевий канал, перекритий по обом кінцям кільцевими дисками (8 і 9), в свою чергу, складається з зовнішньої довгої обичайки (5) і двох внутрішніх коротких (6 і 7), які розміщені одна за іншою з зазором, де міститься ротор (3) з лопатками Причому обидві внутрішні обичайки (6 і 7) мають по кінцям радіальні отвори (22 і 23) для входу до вхідної робочої камери (19) і виходу з вихідної робочої камери (20) оброблюваної рідини Внутрішні обичайки (6 і 7) з'єднані з зовнішньою обичайкою (5) за допомогою однакової КІЛЬКОСТІ відбивальних радіальних перегородок (10 і 11), які розміщені попарно і рівномірно розподілені по кільцю, що утворює робочі МІНІ камери в обох робочих камерах (19 і 20) Ці перегородки повернуті відносно загальної осі змішувача на кут до ± 45° з метою створити додатковий насосний ефект у протилежні боки від ротора вздовж осі змішувача Вони з КІНЦІВ також мають отвори (24 і 25) для проходу оброблюваної рідини у кільцевому напрямку з однієї МІНІ камери до іншої у кожній робочій камері Радіальні лопатки (4) ротора мають суперкавітуючий профіль багатогранної форми з передньою гострою кромкою (26) та невеликим лобовим опором Завдяки цьому легко, без значних витрат енергії, досягаються великі швидкості лопаток відносно оброблюваної рідини, що викликає в ній ефекти кавітації та суперкавітаци Профіль цих лопаток також асиметричний і має нахилену передню грань (27), що утворює в рідині насосний ефект в осьовому напрямку від вхідної робочою камери в вихідну Профіль лопаток може бути багатогранної форми (трикутна і ті) в залежності від властивостей оброблюваної рідини і режиму кавітаційної обробки Кавітаційний змішувач працює наступним чином Змішувані рідини, які можуть бути також у вигляді грубих суспензій, надходять крізь ВХІДНІ патрубки (12 і 14) в приймальну (15) та вхідну розподільну (17) камери змішувача Звідси ця рідка груба суміш, розподілена на паралельні потоки за допомогою радіальних отворів (22) в малій обичайці (6), потрапляє у МІНІ камери вхідної робочої камери (19) Далі під впливом розрідження, утвореного лопатками (4) ротора (3), потоки рідини спрямовуються до зони кавітаційної обробки біля ротора Швидкорухомі кавітуючі лопатки (4) розсікають МІНІ потоки оброблюваної рідини і викликають появу кавітаційних каверн, які пульсують при кожному проході лопаток крізь створ радіальних перегородок (10 і 11) Високі локальні тиснення в рідині, які з'являються у хвостовій частині кожної суперкавітуючої лопатки, викликають змикання каверн з утворенням полів кавітаційних бульок У свою чергу, останні також захлопуються у цій зоні, що утворює кумулятивні мікро струмині та мікро вихори зі швидкостями близько 10 м/с та тиском до 104МПа Внаслідок цього йде інтенсивне місцеве диспергування і перемішування оброблюваних МІНІ об'ємів рідини в зоні ротора Кавітуючі лопатки, які мають асиметричний профіль і нахилену передню грань (27), створюють також насосний ефект, що протискує рідку суміш в осьовому напрямку з вхідної до вихідної робочої МІНІ камери і потім з цієї МІНІ камери вона йде до наступної у кільцевому напрямку по ходу обертання ротора Тут вона удруге потрапляє до зони кавітаційної обробки наступною лопаткою і знову відкидається, а потім виштовхується у наступну по кільцю МІНІ камеру ВИХІДНІЙ робочій камері І це відбувається багаторазово Подібний перемішуючий ефект в обох робочих камерах створюють також радіальні перегородки 45639 (10 і 11), повернуті відносно загальної осі змішуваКонструктивна схема Кавітаційного змішувача ча на кут до ± 45° і таким чином щоб потоки рідини характеризується високою отупінню компактності і які під впливом лопаток (4) виносяться у кільцевонаявністю великої КІЛЬКОСТІ МІНІ камер, кожна з му напрямку, ударялися та відбивалися від цих яких має об'єм у десятки разів менший загального перегородок у загальному осьовому напрямку об'єму апарату Та він, у свою чергу, також незназмішувача, але у протилежні боки від ротора Дочний При цьому важливо, що лобовий опір кавідатковий імпульсний насосний ефект має місце туючих лопаток є дуже малим і енергетичні витрапри проходженні лопаток крізь створ перегородок ти на їх рух у рідині з великою швидкістю також невеликі Більш ТОГО, рідина у зоні ротора не затяОчевидно, що КІЛЬКІСТЬ робочих МІНІ камер погується услід за суперкавітуючими лопатками, що винна бути принаймні ВДВІЧІ більша, ніж КІЛЬКІСТЬ рухаються скрізь створи великої КІЛЬКОСТІ відбивалопаток (4) ротора, а для зменшення імпульсного ючих радіальних перегородок, і це не створює занавантаження на робочий вал (2) доцільно, щоб гальний кільцевий потік Завдяки цьому легко докавітуючи лопатки проходили крізь створи відбисягаються високі швидкості руху лопаток відносно вальних радіальних перегородок (10 і 11) не однооброблюваної рідини (близько ЗО - 80м/с) - голочасно, а послідовно Це означає, що їх КІЛЬКІСТЬ не вний фактор виникнення кавітації великої інтенсиповинна бути кратною КІЛЬКОСТІ робочих МІНІ камер вності (і, ВІДПОВІДНО, відбивальних перегородок) Менша частина рідини, до цього часу вже багаторазово оброблена і перемішана в робочих камерах, крізь радіальні отвори (23) у ВИХІДНІЙ робочій камері проходить до вихідної розподільної камери (18) Звідси вона знову йде у двох напрямках менша частина - до виходу, а більша - вертається до вхідної розподільної камери (17), завдяки насосному ефекту, створюваному нахиленими скрізними отворами (21) у диску ротора, і потім спрямовується на повторний цикл кавітаційної обробки в обох робочих камерах Таким чином кожний мікро об'єм рідкої суміші, яка проходить крізь даний змішувач, підлягає багаторазовій (не менш 50-100 разів) кавітаційній обробці Таким чином у кожній МІНІ камері має місце переважно суперкавітація з високою питомою густиною енергії і, як наслідок, високоефективне диспергування практично 100% мікро об'ємів рідкої суміші, яка проходить крізь апарат Поряд з цим виникає також інтенсивне перемішування і гомогенізація у межах всього робочого об'єму змішувача Достовірність високих техніко-економічних показників даного Кавітаційного змішувача підтверджена при випробувані декілька його лабораторних та дослідних зразків Були отримані ВИСОКОЯКІСНІ водо-мазутні емульсії (вміст ВОДИ 8 25%), ВОДО-ОЛІЙНІ емульсії (вміст олії 5 - 15%), вазелін, шоколадні глазурі, латексні суспензії та ІНШІ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71