Спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів і пристрій для його здійснення

1. Спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів, який включає введення потоків енергоносія під кутом до радіусу зони диспергування з різним тиском в різних зонах і створенням високошвидкісного вихору, подачу матеріалу, який диспергується, із затягненням його в вихровий рух для утворення пилогазової суміші, зміну швидкості вихору шляхом введення частинок, які диспергуються, з різною масою по зонах, відведенням пилогазової суміші із зони диспергування, який відрізняється тим, що введення високошвидкісних потоків енергоносія здійснюють з дозвуковою швидкістю, створюють умови багатократного відбиття в об'ємі камери диспергування збурень щільності у вигляді стрибків ущільнення і хвиль розрідження шляхом регулювання частоти відображення збурень щільності зміною тиску енергоносія, підбором кривизни робочої поверхні камери, причому в процесі диспергування і/або активації матеріалу на нього діють акустичним полем зі змінною частотою, яке генерується в робочій зоні A (54) СПОСІБ ВИХРОВОГО ДИСПЕРГУВАННЯ І АКТИВАЦІЇ МАТЕРІАЛІВ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 30397 подачу матеріалу із затягненням його у вихровий рух для утворення пилогазової суміші і вивід її із зони диспергування. Формують вихор із різними швидкостями вихрового руху в шарах розташуванням в напрямку, перпендикулярному до напрямку введення потоків енергоносія, а швидкість вихрового руху змінюють шляхом введення потоку енергоносія із різним тиском в різних шарах, а також введенням частинок, які диспергуються, із різною масою по зонах. Недоліком відомого способу є те, що в ньому не забезпечується тонке диспергування матеріалів, а також рівномірний гранулометричний склад диспергованого матеріалу, розподіл, сепарація і повернення на доподрібнення крупних частинок, значні енергетичні витрати. Відомий пристрій вихрового диспергування матеріалів (пат. РФ № 2056172), вибраний як прототип, який містить камеру із зоною диспергування, створеною боковою і торцевою стінками, на яких розташовані отвори підводу енергоносія, подачі матеріалу і виводу пилогазової суміші зі змінним перерізом зони диспергування. Відомий пристрій не забезпечує сталу якість і тонину диспергованого матеріалу внаслідок того, що вивід диспергованого матеріалу (пилогазової суміші), здійснюється лише через один із отворів, що виключає можливість розподілу матеріалу на фракції в одному пристрої і знижує ефективність диспергування пристрою в цілому. В основу винаходу поставлена задача створення способу вихрового диспергування і активації матеріалів, в якому шляхом введення потоків енергоносія під кутом до радіуса зони з різним тиском в різних зонах з дозвуковою швидкістю, створенням високошвидкісного вихору та умов багатократного відбиття в камері збурень щільності регулюванням частоти відображень збурень щільності та підбором кривизни робочої поверхні камери, дією акустичним полем зі змінною частотою, що генерується в робочій зоні потоками енергоносія при переміщенні аеродинамічно профільованих елементів камери, забезпечується тонке диспергування і активація матеріалу з одержанням необхідного гранулометричного складу з більш низькими енергетичними витратами. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вихрового диспергування і активації матеріалів, який включає введення енергоносія під кутом до радіуса зони диспергування з різним тиском в різних зонах, створення високошвидкісного вихору із затягненням в нього матеріалу і утворенням пилогазової суміші та її відведення із зони диспергування згідно з винаходом введення високошвидкісних потоків енергоносія здійснюється з дозвуковою швидкістю, створюють умови багатократного відбиття в об'ємі камери диспергування збурень щільності у вигляді стрибків ущільнення і хвиль розрідження шляхом регулювання частоти відображення збурень щільності зміною тиску енергоносія, підбором кривизни робочої поверхні камери, причому в процесі диспергування і/або активації матеріалів на нього діють акустичним полем зі змінною частотою, яке генерується в робочій зоні потоками енергоносія змінної щільності при переміщенні аеродинамічно профільованих елементів камери, а відведення тонкої пилогазової суміші проводять в зоні зниженого тиску з сепарацією, класифікацією і поверненням крупних частинок на доподрібнення. Введення високошвидкісних потоків енергоносія з дозвуковою швидкістю дозволяє значно зменшити енерговитрати на тонке диспергування матеріалу. Створення умов багатократного відбиття в об’ємі камери диспергування щільності у вигляді стрибків ущільнення і хвиль розрідження регулюванням частоти відображення збурень щільності дозволяє найкращим чином організувати процес тонкого диспергування матеріалу, так як матеріал руйнується під багаторазовою дією сил збурень щільності і хвиль розрідження при мінімальних витратах енергоносія. Накладення акустичного поля зі змінною частотою, яке генерується в робочій зоні потоками енергоносія змінної щільності при обтіканні аеродинамічно профільованих елементів камери, дозволяє одержувати тонкодисперсні системи пилогазової суміші заданого гранулометричного складу, тобто забезпечується більш тонке і якісне диспергування матеріалу з меншими енергетичними витратами. Відведення тонкої пилогазової суміші із зони зниженого тиску через щілевидну перфорацію забезпечує якісне диспергування матеріалу за рахунок сепарації, класифікації і повернення крупних частинок на доподрібнення, більш ефективне використання надмірного тиску енергоносія для транспорту пилогазової суміші, додержання заданих режимів і стабільності технологічного процесу одержання тонкодисперсних систем. Таким чином забезпечується якісне тонке диспергування, сепарація і розподіл продукту по гранулометричному складу, його класифікація, тобто досягається очікуваний технологічний результат. Крім того, за рахунок якісного диспергування шляхом збурень щільності і хвиль розрідження з накладенням акустичних самозбуджених коливань різної частоти, відбору і відведення тонкої пилогазової суміші із зони зниженого тиску, класифікації і повернення на подальшу обробку крупних частинок забезпечується одержання високої якості тонко диспергованого матеріалу з розвиненою активованою поверхнею. Таким чином досягається очікуваний технічний результат. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою вихрового диспергування і активації матеріалів, в якому шляхом використання вихрової камери з патрубками змінної довжини, з'єднаними спіралевидним колектором з патрубком подачі енергоносія, аеродинамічно профільованими елементами з гострими кромками, циліндричного сепаратора із змінним радіусом і щілевидною перфорацією, розміщеного в центральній частині камери із зниженим тиском, який створює зі стінкою камери зону диспергування у вигляді кільцевого каналу змінного перерізу з багатократним відбиттям збурень щільності потоку, що містить патрубок відводу тонкої пилогазової суміші, забезпечується одержання тонкодисперсного продукту рівномірного гранулометричного складу з розвиненою активованою поверхнею. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій вихрового диспергування і активації матеріалів, який містить камеру із зоною диспергування, створеною боковою і торцевою стінками, на яких 2 30397 розміщені отвори підводу енергоносія, подачі і виводу пилогазової суміші, згідно з винаходом, містить патрубки змінної довжини, з'єднані спіралевидним колектором з патрубком подачі енергоносія, на якому розташований засіб регулювання тиску, аеродинамічно профільовані елементи, створені внутрішньою поверхнею камери зі стінками патрубків-резонаторів при їх пересіченні, причому профільовані елементи виконані з гострими кромками, і циліндричний сепаратор із змінним радіусом і щілевидною перфорацією, розміщений в центральній частині камери зі зниженим тиском, що містить патрубок відводу тонкої пилогазової суміші, який створює зі стінкою камери зону диспергування у вигляді кільцевого каналу змінного перерізу з можливістю багатократного відображення збурень щільності потоку. Спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів здійснюється на запропонованому пристрої вихрового диспергування і активації матеріалів. Згідно з винаходом, що пропонується, спосіб вихрового диспергування передбачає формування вихрового поля, який включає введення потоків енергоносія під кутом до радіуса зони диспергування з різним тиском в різних зонах і створення високошвидкісного вихору із введенням потоків енергоносія з дозвуковою швидкістю, подачу матеріалу із затягненням його в вихровий рух для утворення пилогазової суміші, зміну швидкості вихору шляхом введення частинок матеріалу з різною масою по зонах, створення умов багатократного відбиття в об'ємі камери збурень щільності у вигляді стрибків ущільнення і хвиль розрідження шляхом регулювання частоти відображення збурень щільності зміною тиску енергоносія, підбором кривизни робочої поверхні камери, причому в процесі диспергування і/або активації матеріалу на нього діють також акустичним полем зі змінною частотою, яке генерується в робочій зоні потоками енергоносія змінної щільності при обтіканні аеродинамічно профільованих елементів з гострими кромками камери, а відведення отриманої тонкої пилогазової суміші диспергованого матеріалу і енергоносія проводять в зоні зниженого тиску з сепарацією, класифікацією по гранулометричному складу і поверненням крупних частинок в потік на доподрібнення. Накладення самозбудженого акустичного поля різної частоти на вихровий потік збуренням щільності створює умови для надтонкого диспергування матеріалу з малими енергетичними витратами в порівнянні з іншими способами, зокрема з прототипом. Відведення тонкої пилогазової суміші в зоні зниженого тиску дозволяє повністю використовувати енергію надлишкового тиску енергоносія для її транспортування, сепарації і класифікації матеріалу по гранулометричному складу. Приклад Бентонітову глину, підготовлену до диспергування і активації з розміром частинок 3 мм після очистки, кондиціювання і попереднього подрібнення, направляли в акустично вихровий потік, створений подачею енергоносія під тиском 1,5 кг/см2 з частотою пульсацій 4-13 Гц через патрубкирезонатори і при обтіканні ним аеродинамічно профільованих елементів камери з гострими кромками, проводили диспергування, тонку пилогазову суміш відводили через щілевидну перфорацію сепаратора і патрубок, при цьому крупні фракції (більше 10 мкм ) матеріалу за рахунок зміни напрямку потоку пилогазової суміші при проходженні через сепаратор поверталися в кільцевий канал на доподрібнення, а тонка пилогазова суміш направлялася через патрубок в пилоосадний пристрій, де проходить відділення твердої фракції від газу. Пристрій вихрового диспергування і активації матеріалів, що пропонується (на фіг. 1 показаний загальний вид запропонованого пристрою, на фіг. 2 - розріз А-А фіг. 1, на фіг. 3 - патрубокрезонатор і профільовані елементи, на фіг. 4 - сепаратор з перфорацією, поперечний розріз фіг. 1), включає камеру 1 із зоною диспергування 2, створеною боковою 3 і торцевою 4 стінками, на яких розміщені отвори відводу енергоносія 5, подачі матеріалу 6 і виводу пилогазової суміші 7, патрубки-резонатори змінної довжини 8, спіралевидний колектор 9 з патрубком подачі енергоносія 10 і засобом регулювання тиску 11, аеродинамічно профільовані елементи 12 з гострими кромками 13, які створені внутрішньою поверхнею камери 1 зі стінками патрубків-резонаторів 8 при їх пересіченні, циліндричний сепаратор 14 із змінним радіусом r і щілевидною перфорацією 15, патрубком відводу тонкої пилогазової суміші 16, який створює зі стінкою 3 камери 1 регульовану зону диспергування 2 у вигляді кільцевого каналу змінного перерізу за рахунок змінних радіусів сепаратора r і камери R з можливістю багатократного відображення збурень щільності потоку зміною тиску енергоносія та підбором кривизни робочої поверхні камери 1. Пристрій вихрового диспергування і активації матеріалів працює наступним чином. Енергоносій з дозвуковою швидкістю подається в камеру 1 через патрубок 10, отвори 5 і патрубки-резонатори 8, які з'єднані спіралевидним колектором 9, під тиском, що регулюється засобом 11, в зону диспергування 2, створеною боковою 3 і торцевою 4 стінками камери 1, де створюється високошвидкісний вихор, умови багатократного відображення збурень щільності в камері 1 у вигляді стрибків ущільнення і хвиль розрідження шляхом регулювання частоти відображення збурень щільності зміною тиску енергоносія, підбором кривизни R робочої поверхні камери 1, акустичне поле із змінною частотою генерується в зоні диспергування 2 потоками енергоносія змінної щільності при обтіканні аеродинамічно профільованих елементів 12 з гострими кромками 13 і патрубків-резонаторів 8 змінної довжини, в створений акустично вихровий потік зони диспергування 2 між внутрішньою боковою стінкою 3 і циліндричним сепаратором 14 із змінним радіусом r і щілевидною перфорацією 15 через патрубок 6 подають матеріал, який затягується у вихровий рух, розподіляється до зонах, під дією сил потоку (стиснення - розрідження) частинки руйнуються, створюється пилогазова суміш диспергованих частинок з енергоносієм, яка під дією надлишкового тиску енергоносія розподіляється, сепарується, класифікується, тонка фракція відводиться в зоні зниженого тиску через щілевидну змінну перфорацію 15 сепаратора 14, отвір 7 і патрубок 16, а крупні частинки за рахунок зміни напрямку потоку при проходженні змінної щілевидної перфорації 15 пилогазової суміші відбиваються від 3 30397 перфорованого сепаратора 14 і залишаються в потоці кільцевого каналу зони диспергування до їх доподрібнення. Потрібний гранулометричний склад диспергованого матеріалу забезпечується змінним перерізом кільцевого каналу зони диспергування 2 шляхом зміни радіусів сепаратора r, камери R, розміром і конструктивними особливостями щілевидної перфорації 15 сепаратора 14. Таким чином, запропонований спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів і пристрій для його здійснення дозволяють здійснити прин ципово нову ресурсозберігаючу технологію тонкого і надтонкого диспергування різних матеріалів з розвиненою активованою поверхнею, без намола, забезпечуючи чистоту готового продукту, без руйнування клітин органічних речовин, одержання диспергованого матеріалу більш рівномірного гранулометричного складу, забезпечують стабільність технологічного процесу тонкого диспергування, так як виключається потреба в млинарних тілах - шарах, голках, зубах. Фіг. 1 Фіг. 2 4 30397 Фіг. 3 Фіг. 4 5 30397 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 6