Роторно-пульсаційний апарат

Роторно-пульсаційний апарат, що містить циліндричний корпус, в якому розміщені статори та встановлений на привідному валу ротор, причому ротор та перший статор виконані у вигляді дисків з отворами, який відрізняється тим, що другий статор виконаний у вигляді кожухотрубного теплообмінника з трубками, які закріплені в трубних дошках відповідно до отворів в дисках, причому довжина трубок складає 50 100мм. Винахід відноситься до роторно-пульсаційних апаратів дискового гину, призначених для реалізації тепломасообмінних процесів розчинення, змішування, емульгування та гомогенізації гетерогенних рідинних середовищ, які широко використовуються в хімічній, харчовій, фармацевтичній та інших галузях промисловості. Відомий роторно-пульсаційний апарат [А.С. СРСР №1333395А1, кл. В01F7/28, 1987], що містить циліндричний корпус, в якому встановлені статори та ротори, що виконані у вигляді дисків з наскрізними отворами, які розташовані по периферії, та привідний вал електродвигуна, причому кінцеві ділянки кожного статора виконані у вигляді усічених конусів, більші основи яких звернені до роторів та рівні між собою. Недоліком запропонованого пристрою є те, що всі статори роторно-пульсаційного апарата мають канали значної довжини, що збільшує гідравлічний опір апарата, не дозволяє отримати максимальний рівень пульсацій тиску в зоні за ротором та призводить до зайвих витрат енергії. Крім того, виконання статорів з невеликими щілинними отворами по периферії збільшує металомісткість конструкції. Відомий роторно-пульсаційний аппарат [А.С. СРСР №486769, кл. В01F7/26, 1975], що вибраний за прототип, який містить циліндричний корпус, в якому встановлено на привідному валу ротори та статори у вигляді дисків з отворами, причому висоту статора виконано у співвідношенні до ширини щілинного отвору, як 10:50. Суттєвим недоліками відомого пристрою є те, що в роторно-пульсаційному апараті статори мають канали значної довжини, що с недоцільним, бо як показали дослідження тільки зі збільшенням довжини каналів другого статора зростає рівень пульсацій тиску, тобто зростає ефект інтенсифікації процесів теплообміну та механічної обробки середовища, а збільшення довжини каналів першого статора тільки збільшує гідравлічний опір апарата і призводить до зайвих витрат енергії. Крім того, підвищення амплітуди пульсацій тиску може викликати температурні перегріви оброблюваного середовища, що може негативно впливати на якість кінцевого продукту. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення роторно-пульсаційного апарату, в якому шляхом виконання другого статора у формі кожухотрубного теплообмінника з трубками, довжина яких становить 50 100мм, забезпечується максимальний рівень від'ємних пульсацій тиску в (19) UA (11) 64606 (13) C2 (21) 2003076655 (22) 15.07.2003 (24) 17.07.2006 (46) 17.07.2006, Бюл. № 7, 2006 р. (72) Басок Борис Іванович, Давиденко Борис Вікторович, Кремньов Вячеслав Олегович, Кравченко Юрій Сергійович, Васильченко Лариса Олексіївна, Піроженко Інна Анатоліївна (73) ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 486769, 05.10.1975 SU 1333395 A1, 30.08.1987 SU 682258, 30.08.1979 3 64606 4 зоні за ротором, що призводить у пульсаційному 1 з вхідним та вихідним патрубками 2, 3; статор 4 режимі до локального адіабатного скипання рідиі ротор 5, які розташовані із зазорами 6 та мають ни, ініціювання кавітаційних процесів та, як насліформу дисків (товщиною, відповідно, l1 і l0) з док, підвищення ефективності впливу на дисперотворами 7; статор 8 виконаний у формі кожухотсну фазу в гетерогенних системах роторнорубного теплообмінника з трубками 9, які розтапульсаційних апаратів. шовані в трубних дошках 10 відповідно до отворів Поставлена задача вирішується тим, що в 7 в дисках. В середині статора 8 у підшипниковороторно-пульсаційному апараті, який містить циму вузлі 11 міститься вал 12 приводу ротора 5. ліндричний корпус, в якому встановлено на приДля регулювання температури у теплообміннику відному валу ротор та статори, причому перший передбачені патрубки 13 і 14 для подачі або відстатор та ротор виконані у формі дисків і отвораведення теплоносія. ми, згідно з винаходом, другий статор має форму Роторно-пульсаційний аппарат працює накожухотрубного теплообмінника з трубками, які ступним чином. Оброблювана сировина надхорозташовані в трубних дошках відповідно до дить до апарата через вхідний патрубок 2, проотворів в дисках, причому довжина трубок склаходить канали першого статора 4 й ротора 5, а також міждискові зазори 6, де піддається гідродає 50 100мм. динамічному впливу (адіабатному скипанню, каВиконання другого статора в формі кожухотвітації) та інтенсивному диспергуванню, що обурубного теплообмінника забезпечує одночасно з мовлено періодичним перекриттям отворів 7 при гідродинамічним впливом регулювання темпераобертанні ротора 5, після чого середовище постури оброблюваного середовища (нагрівання або тупає крізь трубки 9 другого статора 8 в порожниохолодження, в залежності від застосовуваної ну корпусу й транспортується у вихідний патрубок технології). 3. Виконання кожухотрубного теплообмінника з Ефективність апарата, що заявляється, підттрубками, які розташовані в трубних дошках відверджено результатами аналізу, який виконано повідно до отворів в дисках, сприяє створенню шляхом комп'ютерного моделювання процесу максимального рівня пульсацій тиску в апараті, обробки середовища в широкому діапазоні зміни бо при обертанні ротора отвори статорів перекосновних параметрів роторно-пульсаційного апариваються, потік різко гальмується, внаслідок рата дискового типу, а саме: діаметр каналів - (5чого за рахунок сил інерції в зоні перед ротором 15)мм; швидкість обертання ротора - (1000 виникають додатні, а в зоні за ротором від'ємні 3000) обертів за хвилину; в'язкість рідини, що імпульси тиску, величина яких пропорційна масі обробляється, - (1-100)сПз; перепад зовнішнього рідини, що гальмується, тобто довжині відповідтиску - більше 0,1атм. них статорних каналів. Додатні імпульси тиску в Як свідчать одержані результати (Фіг.2), зарідині, що постискається, не можуть визвати інтенсифікації процесів, проте наявність від'ємних лежність рівня від'ємних пульсацій тиску (- Р) від імпульсів тиску, якщо їх величина порівняна з довжини каналів другого статора (l2) має екстреатмосферним тиском. може призвести у пульсамум, бо з ростом l2 взаємодіють два протилежних ційному режимі до локального адіабатного скифактора: з одного боку, зростає маса рідини, що пання рідини. гальмується, але одночасно збільшується гідравОптимізація довжини трубок кожухотрубного лічний опір каналу і зменшується швидкість і вітеплообмінника: виконання їх в діапазоні д'ємне прискорення рідини у момент гальмування, тому сила інерції (пульсаційний тиск) досягає 50 100мм, призводить до створення максимальмаксимального значення в області l2=100мм і ного рівня саме від'ємних пульсацій тиску в зоні починає знижуватися при подальшому зростанні за ротором і тим самим до локального адіабатноl2. Тобто, як видно з Фіг.2, оптимальне значення l2 го скипання рідини, що ініціює кавітаційний пролежить у діапазоні від 50 до 100мм, причому ця цес, при якому міжфазна взаємодія і вплив на рекомендація застосовна з відхиленням ±5% для дисперсну фазу в гетерогенних системах підсивсіх досліджених режимів роботи апарата. люється у десять разів. До того ж виконання Запропоновані технічні рішення пройшли пепершого статора й ротора мінімальних розмірів ревірку на експериментальному стенді в лабора(наприклад, від 5 до 10мм) дозволить звести до торії ІТТФ НАН України. Досліди ставились шлямінімуму витрати енергії на подолання гідравлічхом зміни елементів другого статора і ного опору апарата. вимірювання за допомогою п'єзодатчика тиску Винахід, що заявляється, пояснюється кресрівня пульсацій тиску в зоні на вході в другий ленням, де статор за ротором. Результати досліджень підтна Фіг.1 показана конструктивна схема ротовердили зроблений вище висновок: при встановрно-пульсаційного апарату, ленні другого статора довжиною 50-100мм рівень а на Фіг.2 - графік залежності рівня пульсацій пульсацій тиску дійсно досягає максимального тиску (- Р, атм) від довжини каналів (трубок) друзначення. гого статора (l2, мм), одержаний шляхом комп'ютерного моделювання процесу. Роторно-пульсаційний апарат містить корпус 5 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 64606 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601