Кавітаційний змішувач

Кавітаційний змішувач, який містить корпус з патрубками підведення і відведення середовища, усередині якого розміщено привідний вал з кронштейнами, на яких встановлено кавітатори, який відрізняється тим, що привідний вал, кронштейни і кавітатори виконані порожнистими і сполучені між собою, причому привідний вал з'єднаний з джерелом газоподібного компонента, а кронштейни мають різну довжину Винахід відноситься до пристроїв для здійснення масообмінних процесів за допомогою гідродинамічної кавітації і може бути використаний у харчовій (зокрема, цукровій), мікробіологічній, ХІМІЧНІЙ та інших галузях промисловості, а також у технологіях очищення природних і стічних вод Відомий кавітаційний змішувач, який містить корпус з патрубками підведення і відведення середовища, усередині якого розміщено приводний вал з кавітатором [Ас 467159 СРСР, кп МКВ Д21В1/36, 1973] Недоліками зазначеного пристрою є відносно невисока інтенсивність оброблення і обмежені технологічні можливості Конструкція аналогу сприяє утворенню т з "застійних зон" в осьовій області корпуса, що приводить до нерівномірного оброблення середовища по об'єму змішувача За таких умов потрібна більша тривалість технологічного процесу Крім того, конструкція пристрою не дозволяє здійснювати підведення в кавітаційне поле газоподібних реагентів, що суттєво обмежує технологічні можливості пристрою За прототип вибрано кавітаційний змішувач, який містить корпус з патрубками підведення і відведення середовища, усередині якого розміщено приводний вал із кронштейнами, на яких встановлено кавітатори [Ас 1114452 СРСР, кл МКВ B01F7/16, 1984, Бюл №35] Недоліками прототипу є відносно невисока інтенсивність оброблення, оскільки зазначена конструкція змішувача забезпечує дію на середовище лише по периферії корпуса, і недостатні технологі чні можливості, повязані з неможливістю підведення газоподібних реагентів у зону оброблення В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення кавітаційного змішувача в якому, шляхом зміни його конструкції, підвищується інтенсивність кавітаційної дії на оброблюване середовище за рахунок уникнення застійних зон в об'ємі змішувача і розширюються технологічні можливості внаслідок підведення в кавітаційне поле (зону оброблення) газоподібних компонентів Поставлена задача вирішується тим, що в кавітаційному змішувачі, який містить корпус з патрубками підведення і відведення середовища, усередині якого розміщено приводний вал із кронштейнами, на яких встановлено кавітатори, ВІДПОВІДНО до винаходу, приводний вал, кронштейни і кавітатори виконані порожнистими і сполучені між собою, причому, приводний вал з'єднаний з джерелом газоподібного компоненту, а кронштейни мають різну довжину В запропонованому пристрої рідкофазне середовище через патрубок підведення подають в кавітаційний змішувач В корпусі змішувача середовище піддається інтенсивному обробленню під дією фізико-механічних ефектів, що супроводжують гідродинамічну кавітацію Кавітація в змішувачі генерується за кожним із кавітаторів, які нерухомо встановлені на кронштейнах і закріплених на приводному валу, що обертається При обертанні приводного вала з радіальними швидкостями, що забезпечують виникнення кавітації, за кавітаторами утворюються вакуумні порожнини (каверни), які миттєво розпадаються на поле кавітаційних мікробульбашок Внаслідок їх О 00 о> 00 ю 58980 подальшого захлопування утворюються мікрострумки зі швидкостями близько 300 м/с і локальними тисками до 1 ГПа, які забезпечують перемішування, диспергування і гомогенізацію компонентів оброблюваного середовища При цьому форма виконання кавітаторів суттєвого значення не має, оскільки ВІДПОВІДНО ДО винаходу, довжина кронштейнів, на яких встановлено кавітатори - різна, це дає можливість утворювати об'ємні зони кавітаційної дії на оброблювані продукти по всьому об'єму корпуса змішувача - як на периферії, так і в його осьовій області Шляхом підбору довжини кронштейнів залежно від вимог здійснення технологічного процесу, можна уникнути застійних зон в корпусі пристрою Такі умови роботи забезпечують рівномірне оброблення всього середовища з високим технологічним результатом, чим досягається підвищення інтенсивності кавітаційної дії на нього Суттєво розширюються технологічні можливості пристрою при підведенні в вакуумну кавітаційну каверну, що утворюється за кавітатором, газу-реагенту Оскільки у винаході конструктивно передбачено виконання приводного валу, кронштейнів і кавітаторів порожнистими, цим забезпечується можливість подачі газоподібних реагентів безпосередньо в зону оброблення (кавітаційне поле) Такі умови дозволяють підвищити глибину ХІМІЧНИХ реакцій і сприяють інтенсифікації масообмінних процесів із застосуванням різнофазних компонентів [Пат 33454 України, кл МКВ C02F1/48, 2001, №1] Зазначені особливості конструкції запропонованого пристрою обумовлюють його використання для насичення технологічних середовищ газоподібними реагентами, зокрема, дефекованого соку сатураційним газом у цукровій промисловості, природних і стічних вод озоном або повітрям при їхньому очищенні, киснем для розвитку мікроорганізмів у мікробіологічній промисловості тощо В зазначених процесах реакції на границі розподілу фаз мають вирішальне значення Умови розвитку за кавітатором приєднаної вакуумної каверни дозволяють підводити в кавітатор газ-реагент з певного джерела (балона, озонатора тощо) або повітря через сполучені між собою приводний вал і кронштейни, на яких встановлено кавітатори Крім того, виконання кронштейнів різними за довжиною сприяє такому їх розміщенню на приводному валу, щоб забезпечити рівномірний розподіл газоподібних реагентів в усьому об'ємі середовища, яке знаходиться в корпусі змішувача Зазначені особливості конструкції винаходу обумовлюють інтенсифікацію оброблення продукту При від'єднанні приводного валу від джерела газоподібного компонента кавітаційний змішувач використовують у технологічних операціях, які не передбачають використання газоподібних речовин Оброблене середовище виводиться з кавітаційного змішувача через патрубок відведення Технічна суть запропонованого кавітаційного змішувача пояснюється кресленнями, на яких зображено на фіг 1 - повздовжній переріз змішувача, на фіг 2 - вид 1, що ілюструє можливий спосіб встановлення кавітатора на кронштейні (збільшено), на фіг 3 - вид А, що показує збоку повздовжній перетин кавітатора, виконаного, наприклад, у вигляді конуса Кавітаційний змішувач містить корпус 1 із патрубками підведення і відведення середовища ВІДПОВІДНО 2 і 9 Усередині корпусу 1 розміщено порожнистий вал (трубчастий) 3 із кронштейнами 7, на яких встановлено кавітатори 8 Приводний вал 3, кронштейни 7, кавітатори 8 виконані порожнистими і сполучені між собою Приводний вал З з'єднано через кран 5 з магістраллю 4 із джерелом газоподібного компоненту 6 Кавітаційний змішувач працює таким чином Оброблюване середовище подають в корпус 1 змішувача через патрубок підведення 2 При обертанні приводного валу 3 з радіальною швидкістю, що забезпечує розрив суцільності середовища і виникнення гідродинамічної кавітації, за кожним із кавітаторів 8 розвиваються приєднані вакуумні каверни Вони миттєво розпадаються, утворюючи поле кавітаційних бульбашок, захлопування яких обумовлює фізико-механічний вплив на компоненти середовища Виконання кронштейнів 7 з різною довжиною дозволяє організувати оброблення таким чином, щоб уникнути застійних зон по всьому об'єму змішувача, що сприяє інтенсифікації процесу При необхідності використання для оброблення газоподібних реагентів, порожнина приводного валу 3 сполучена через кран 5 з магістраллю 4 підведення газу із джерела 6 Газ-реагент засмоктується в вакуумні каверни, що утворюються за кавітаторами 8, через порожнини кавітаторів 8, кронштейнів 7 і приводного вала 3, які сполучені між собою Кран 5 забезпечує також (при необхідності) подачу в кавітаційну каверну атмосферного повітря Різна довжина кронштейнів 7, на яких встановлено кавітатори 8, сприяє рівномірному насиченню газами-реагентами всього об'єму середовища в корпусі 1 змішувача і поглиблює реакції масообміну Оброблене середовище відводять із корпусу 1 змішувача через патрубок 9 Використання запропонованої конструкції змішувача дозволяє (порівняно з аналогами і прототипом) підвищити інтенсивність кавітаційного оброблення технологічних середовищ і розширити технологічні можливості змішувача 58980 Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписано до друку 05 09 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