Змішувач-диспергатор

Змішувач-диспергатор, що містить циліндричний корпус, в котрому коаксіально вста новлено циліндри ротора та статора, які чергуються між собою, із прорізами на бокових поверхнях, закріплені на роторі лопатки, вхідний і вихідний патрубки та кришку корпуса, який відрізняється тим, що периферійна частина лопаток виконана у вигляді турбулізатора потоку, переважно із шипами та пазами, що чергуються між собою, висота котрих зменшується від периферії лопатки до центру осі обертання на відстані 0,3-0,5 довжини лопатки, при цьому шипи у поперечному перерізі мають форму трикутника, чотирикутника або багатокутника Винахід відноситься до тепломасообмінних апаратів роторно-пульсаційного типу для змішування, диспергування та гомогенізації гетерогенних систем із рідкою щільною фазою і може бути застосований у фармацевтичній, харчовій, ХІМІЧНІЙ та інших галузях промисловості для виготовлення багатокомпонентних сумішей Відомо змішувач-диспергатор, що містить корпус із вхідним та вихідним патрубками, коаксіальне розміщені в ньому циліндри статора й ротора, які чергуються між собою, із прорізами, лопатки, які встановлено на зовнішньому циліндрі ротора, та крильчатку Лопатки встановлено напроти прорізів із зазором і зі зміщенням по колу ротора відносно ВІСІ прорізу на 0,2 - 0,4 ширини прорізу в напрямку, який є протилежним обертанню ротора [Патент України №1972 кл B01F7/28, 1994] Таке виконання відомого змішувачадиспергатора дозволяє одержувати оптимальний дисперсний склад суміші при збереженні значних натискно-витратних характеристик, однак розміщення лопаток на зовнішньому циліндрі ротора г а наявність крильчатки зменшує корисний об'єм апарату, ускладнює конструкцію, а також підвищує його металоємність Крім того, таке розміщення лопаток знижує насосний ефект і зменшує зони утворення стійких вихорів і додаткових зон кавітації у просторі між лопатками ротора, що не дозволяє підвищити ефективність диспергування й змішування гетерогенних систем тверде тіло-рідина Відомо змішувач-диспергатор для рідких продуктів, що містить корпус, в якому коаксіальне встановлені циліндри ротора та статора, що чергуються між собою, із радіальними щілинними отворами на бокових поверхнях, закріплені на дисках, розміщених із протилежних сторін, перегородки у вигляді лопаток, та кришку корпуса [Авторское свидетельство СССР №1664382, кл , B01F7/00, 1991] В такому апараті суміш майже не просочується між торцевими поверхнями ротора та статора, однак ЩІЛИННІ отвори найменшого по діаметру циліндра ротора замулюються Крім того, частки суміші проходять через ЩІЛИННІ отвори циліндрів, що не дає можливості одержувати однорідний склад суміші Частково усуває ці недоліки відомий змішувачдиспергатор реакторного тину, який містить циліндричний корпус із коаксіальне встановленими циліндрами ротора та статора, які чергуються між собою, з отворами на бокових поверхнях, закріплені на дисках, розміщених із протилежних сторін, перегородки, виконані у вигляді лопаток, та кришку корпуса, при цьому ротор виконано і двох дисків, з'єднаних із протилежним диском, в якому додатково виконані отвори, що по розміру, формі та розташуванню співпадають з у отворами в диску статора [Патент України №20698, кл B01F7/00, 1997] Цей апарат по сукупності суттєвих ознак найбільш близький до винаходу, тому він використаний як прототип Такий апарат дозволяє викори О (О ю стати ефекти кавітації, дм розривних та розтираючих сил на подрібнювані частки суміші Основним недоліком цього апарату є те, що частки суміші просочуються між торцевими поверхнями ротора та статора і на цю частину суміші не діють розривні та розтираючи сили, а також недостатньо діє кавітація, що не дозволяє одержувати необхідну однорідність та дисперсність суміші, а також знижує ефективність роботи апарата Технічний результат, який досягається у даному винаході, полягає в удосконалені відомого змішувача-диспергатора шляхом підвищення ступеню дисперсності суміші та ефективності роботи апарата Зазначений результат досягається тим, що у змішувачі-диспергаторі, який містить циліндричний корпус, в котрому коаксіально встановлено циліндри ротора та статора, які чергуються між собою, із прорізами на бокових поверхнях, закріплені на роторі лопатки, вхідний і вихідний патрубки та кришку корпуса, згідно з винаходом, периферійна частина лопаток виконана у вигляді турбулізатора потоку, переважно із шипами та пазами, що чергуються між собою, висота котрих зменшується від периферії лопатки до центру ВІСІ обертання на відстані 0,3 - 0,5 довжини лопатки, при цьому шипи у поперечному перерізі мають форму трикутника, багатокутника та іншу форму Наділення лопаток турбулізаторами потоку, виконаних переважно у вигляді шипів та пазів, що чергуються між собою, дає можливість створити у просторі за лопатками інтенсивні високочастотні турбулентні пульсації та ударні хвилі, що забезпечує активні кавітаційні процеси За рахунок турбулізаторів потоку лопатки здійснюють звукові та ультразвукові коливання під дією набігаючого потоку суміші, що обробляється Усі ЦІ процеси, що відбуваються в зоні активної обробки суміші, сприяють одержанню дрібнодисперсної високогомогенної суспензії Зменшення висоти шипів та пазів від периферії лопатки до центру ВІСІ обертання на відстані 0,3 - 0,5 довжини лопатки дозволяє збільшити насосний ефект апарата, створити оптимальні умови турбулізації потоку, при цьому високий ступень диспергування й гомогенізації досягається за рахунок утворення кавітаційних зон у міжлопаткових каналах ротора, що призводить до зміни ЩІЛЬНОСТІ робочого середовища, виникнення гідравлічних ударів та руйнування частинок суспензії В залежності від компонентів суміші, що обробляється, шипи у поперечному перерізі можуть мати різноманітну форму, наприклад, трикутника, квадрата, багатокутника , або іншу форму для створення необхідного завихрення потоку При обробці, наприклад, сумішей з високов'язкими адгезійними властивостями доцільно використовувати шипи, які у поперечному перерізі мають обтічну форму, а при обробці суспензій з підвищеною твердістю доцільно використовувати шипи з поперечним перерізом у формі трикутника, багатокутника або іншої клиноподібної форми, які можуть виконувати функції молоткової дробарки Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 схематично показано змішувач-диспергатор, поздовжній переріз, на фіг 2 - зображено внутрішню 57614 частину ротора з лопатками в аксонометрії Змішувач-диспергатор містить корпус 1 із вхідним і вихідним патрубками 2 і 3 ВІДПОВІДНО, коаксіально розміщені циліндри статора 4 із прорізами 5 та циліндри ротора 6 із прорізами 7, які чергуються між собою, закріплені на роторі 6 лопатки 8, привідний вал 9 та кришку корпуса 10 Лопатки 8 виконані у вигляді турбулізаторів потоку із шипами 11 та пазами 12, висота котрих зменшується від периферії лопатки до центру ВІСІ обертання на відстані 0,3 - 0,5 довжини лопатки Для створення необхідного завихрення потоку шипи 11 у поперечному перерізі можуть мати форму трикутника, квадрата, багатокутника та іншу форму в залежності від складу суміші, що обробляється Змішувач-диспергатор працює наступним чином Суміш, що обробляється, через патрубок 2 надходить у робочу камеру, обмежену корпусом 1 і кришкою 10, і захоплюється лопатками 8 Завдяки лопаткам, які обертаються разом із ротором 6, суміш рухається під дією відцентрових сил у напрямі від центру обертання лопаток 8 до периферії При цьому суміш просочується через пази 12 турбулізаторів потоку лопаток 8 і розшаровується Завдяки тому що пази 12 турбулізаторів потоку виконані різної довжини і з різним кутом нахилу, шари суміші турбулізуються, змінюють свій напрямок і змішуються між собою Одночасно з цим суміш додатково піддається вібраційній обробці в широкому діапазоні звукових частот завдяки тому, що різна довжина й форма шипів 11 турбулізаторів потоку обумовлює різну частоту їх власних коливань При обтіканні шипів 11 сумішшю, за шипами виникають стійки вихори і додаткові кавітаційні ефекти Після ЦЬОГО суміш проходить через прорізи 7 циліндрів ротора 6 та прорізи 5 циліндрів статора 4, де вона додатково подрібнюється, змішується, диспергується та гомогенізується за рахунок миттєвої зміни тиску, кавітації, явищ зрізу потоку суміші та його зсуву Подрібнена та гомогенізована суміш через патрубок 3 виводиться з апарата Таким чином, створення локальних кавітаційних зон у міжлопатковому просторі, особливо на периферійних дільницях лопаток, та між ротором і статором апарата, сприяє інтенсивній диспергацм твердих часток суміші, та и інтенсивному змішуванню, що дозволяє одержувати тонкодисперсні високогомогенізовані багатокомпонентні суспензії Змішувач-диспергатор, що пропонується, випробувався в процесі приготування суспензійної мазі стрептоцидової 10% Експерименти виконувалися на ПІЛОТНІЙ установці, де порівнянню піддавались змішувач-диспергатор, що пропонується, та реактронний гомогенізатор за патентом України №20698 При цьому продуктивність установки дорівнювала ЮООкг/год, діаметр ротора становив 120мм при п = 3000об/хв , частота пульсацій тиску - 3,450кГц Лопатки ротора були виконані з турбулізаторами потоку із шипами, які у поперечному перерізі мали форму чотирикутника, та пазами Початкові субстанції для мазі вазелін ФС 42-2456-86 - 90кг, стрептоцид ФС 42-2744-90 - 10кг Максимальний розмір кристалів стрептоциду, який використовувався, до ЗООмкм Середнє руй 5 57614 нівне механічне напруження складає 2,70МПа, а Результати дослідження процесу диспергацм кристалів стрептоциду у вазеліновій основі при максимальне - 5,32МПа одержанні 10% стрептоцидової мазі в залежності У процесі експерименту визначали від часу роботи змішувача-диспергатора наведено розмір твердих частинок стрептоциду після в таблиці змішувача-диспергатора, однорідність мазі Таблиця Вихідний максимальний Відношення довжини розмір крисшипів і пазів талів стрептоциду, мкм до довжин лопатки 300 300 300 300 300 Найменування показників Час обробки, хв 15 ЗО 45 60 75 Змішувач-диспергатор 0,3 180 130 90 70 60 0,5 185 150 115 100 90 0,8 250 215 200 185 160 1,0 280 250 230 215 200 Реактронний гомогенізатор (патент України 200 170 140 125 120 З наведеної таблиці видно, що запропонований змішувач-диспергатор має кращі функціональні можливості ніж прототип, при цьому найбільший ефект диспергацм й змішування досягається З Однорідність мазі, % Час обробки, хв Середній розмір частинок після обробки, мкм 90 120 150 50 40 ЗО 75 60 50 160 150 150 200 200 200 №20698 - прототип) 110 90 70 10 20 ЗО ЗО 20 10 5 100 80 60 45 100 80 70 10 70 80 при виконанні шипів і пазів на периферійній частині лопаток ротора на відстані 0,3 - 0,5 довжини лопаток від периферії до центру ВІСІ обертання 1 10 5 4 11 Фіг.1 Комп'ютерна верстка О Воробей Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна