Кавитационный смеситель

 

иКАВИТАЦЙОННЬМ CMECHTEJb, содержащий корпус с патрубками подачи обрабатьшаемого материала и реагента отрода полученной смеси,крыльчатки с лопастями кавитирующего профиля,установленные в корпусе с возможностью их осевого перемещения,о т л и ч а rant и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса смешения по всему объему корпуса за счет создания касательных срезающих напряжений и снижения удельных затрат энергии, он имеет снабженный кавитаторами кольцевой обтекатель., на внешней и внутренней поверхности которого закреплены лопасти крыльчатокj при этом последние имеют взаимно противоположное направление, патрубок подачи реагента имтеет на выходной части его две установленные концентрично по оси корпуса трубы, образующие два выхода для реагента на материал, причем выход по ходу движения материала выполнен в виде конфузора , обтекатель подпружинен и установлен с возможностью осевого (О перемещения при помощи шариковой (Л муфты на направленном против движения материала выходе с образованием кольцевой камеры, а кавитаторы расположены в конфузоре. 2. Смеситель по п.1, о т л и чающийся тем, что конфузор выполнен с образующей по форме кри05 вой синуса. СО СО со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 В 01 F 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3635280/23-12 (22) 18.08.83 (46) 07.09.85» Бюл. 11 33 (72) Н.Е.Немчина, Н.Л.Ноцек, А.П.Руденко, В.С.Иванов, И.И.Норенко и Э.П.Ажмякова (7)) Государственный научно-исследовательский институт строительных материалов и изделий и Киевский технологический институт пищевой промышленности (53) .676.1.021.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 827138, кл. В 01 F 7/04,1978. (54)(57) 1.КАВИТАЦИОННЫИ СМЕСИТЕЛЬ, содержаший корпус с патрубками подачи обрабатываемого материала и реагента отвода полученной смеси,крыльчатки с лопастями кавитирующего профиля, установленные в корпусе с возможностью их осевого перемещения,о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенси» фикации процесса смешения по всему объему корпуса за счет создания касательных срезающих напряжений и

„„SU„„1176933 А снижения удельных затрат энергии, он имеет снабженный кавитаторами кольцевой обтекатель,, на внешней и внутренней поверхности которого закреплены лопасти крыльчаток, при этом последние имеют взаимно противоположное направление, патрубок подачи реагента имеет на выходной части его две установленные концентрично по оси корпуса трубы, образующие два выхода для реагента на материал, причем выход по ходу движения материала выполнен в виде конфузора, обтекатель подпружинен и установлен с возможностью осевого перемещения при помощи шариковой муфты на направленном против движения материала выходе с образованием кольцевой камеры, а кавитаторы расположены в конфузоре.

2. Смеситель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что конфузор выполнен с образующей по форме кривой синуса.

1176933

Изобретение относится к устройствам для непрерывного перемешивания, эмульгирования и диспергирования в системах жидкость — жидкость, жидкость — гаэ, жидкость — твердое тело и может быть использовано для проведения технологических процессов в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промьппленностях, промьпплен» ности строительных материалов и в других отраслях.

Целью изобретения является интенсификация процесса смешения по всему объему корпуса за счет создания касат ельных срезающих напряжений и сниже-1 ние удельных затрат энергии.

На чертеже схематически изображен аппарат, общий вид.

Кавитационный смеситель содержит корпус 1, патрубки 2 — 4 подачи обрабатываемого материала, реагента и отвода полученной смеси, кольцевой обтекатель 5, снабженный кавитаторами 6. На внешней и внутренней поверхности обтекателя 5 закреплены крыль- 2 чатки 7 и 8 с лопастями кавитирующего профиля 9, имеющие противоположное направление. Патрубок 3 соединен с коллектором 10 подачи реагента и имеет на своей выходной 30 части две концентрично установленные по оси корпуса 1 трубы, образующие два выхода ll и 12 из патрубка 3 подачи реагента. Выход 11 по ходу движения основного потока жид- 35 кости выполнен в виде конфузора с образующей по форме кривой синуса и соединяет патрубок 3 подачи реагента с патрубком подачи основного материала. Выход 12 против движения 40 основного потока жидкости образует вместе с обтекателем 5 кольцевую камеру 13 и соединяет патрубок 3 подачи реагента с этой камерой.

Обтекатель 5 подпружинен при помощи 45 пружины 14 и установлен с возможностью осевого перемещения посредством шариковой муфты 15 на выходе

12 таким образом, чтобы кавитаторы 6, которыми снабжен обтекатель 5, нахо- 50 дились в широкой части конфузора и не перекрывали выход ll, Устройство работает следующим образом.

Поток жидкости через патрубок 2 у подачи обрабатываемого материала поступает в корпус 1 смесителя, натекает со скоростью 8-10 м/с на неподвижные крыльчатки 7 и 8 и закручивается ими в противоположные стороны, что создает большие касательные срезывающие напряжения, способствующие интенсивному макроперемешиванию жидкости по всему объему. При этом за лопастями кавитирующего профиля 9 крыльчаток 7 и 8 образуются кавитационные суперкаверны, охватывающие лопасти и выход 11, и замыкающиеся на некотором расстоянии эа ним с образованием полей кавитационных микропузырьков.

При схлопывании кавитационных пузырьков образуются кумулятивные

J микроструйки (со скоростями движения порядка 1000 м/с, с давлением в точках схлопывания до 1000 кг/см ), которые оказывают диспергирующее, размалывающее, фибрирующее и микроперемешивающее воздействие на поток смешиваемых компонентов.

В области за крыльчатками, занятой суперкавернами, образуется зона пониженного давления, величина которого зависит от физико-механических свойств перемешиваемых компонентов, скорости потока, температуры, гидродинамических характеристик профилей.

За счет пониженного давления в суперкавернах подмешиваемый реагент подсасывается из коллектора 10 и поступает через патрубок 3 и выход 11. выполненный в виде конфузора, в поток обрабатываемого материала.

Степень диспергирования подмешиваемого вещества регулируется соотношением зазора между кавитаторами 6 и конфузором выхода 11.3а кавитаторами 6 также образуются каверны с полями кавитационных пузырьков, что создает условия для интенсивного перемешивания под»ешиваемого реагента.

Подмешиваемые реагенты, поступая через конфузор выхода ll в суперкавер. ны, попадают в их хвостовую часть в зону интенсивного завихрения и кавитационно-кумулятивного воздействия, вследствие чего интенсивно перемешиваются с обрабатываемым материалом.

Для интенсификации процесса перемешивания дополнительно создаются кавитационные автоколебания в основном потоке и потоке реагентов за счет подвижного соединения подпружиненной системы, состоящей из крыльчаток 7 и 8 и обтекателя 5, 1 l 76933 снабженного кавитатором 6 с патрубком 3, и при помощи шариковой муфты 15.

Гидродинамическое сопротивление крыльчаток 7 и 8 и обтекателя 5 с кавитаторами 6 при нормальном давлении (например, 0,1 МПа ) внутри его кольцевой камеры 13, равном давлению в патрубке 3 и коллекторе 10, уравновешивается пружиной 14 и этим дав- 10 лением. На расчетном режиме работы смесителя длина каверн за крыпьчатками 7 и 8 такова, что они замыкаются за выходом 11, поэтому в кольцевой камере 13 обтекателя 5, свя- 15 занной через выход 11 с основньм потоком, давление понижается и становится ниже нормального (например, 0,05 МПа ). При этом подмешиваемый реагент за счет разности давлений в коллекторе 10 (равном

О,1 МПа) и кольцевой камере 13 обтекателя 5 (равном 0,05 МПа) поступает из коллектора 10 через патрубок 3 и выход 12 в кольцевую камеру 13 и затем за счет еще более низкого давления в кавернах (например, 0,01 MIIa ) выбрасывается, ускоряясь в конфузоре, через выход

ll тонким слоем в основной поток и 30 в зону наибольших касательных напряжений.

При понижении давления в кольцевой камере 13 сила, уравновешивающая гидродинамическое сопротивление подвижной системы, состоящей из крыльчаток 7 и 8 и обтекателя 5, уменьшается (пружина 14 сжимается и подвижная система смещается по потоку ), 4p при этом связанные с обтекателем 5 кавитаторы 6 частично или полностью перекрывают выход 11. 3а счет перекрытия выхода ll давление в кольцевой камере 13 увеличивается и ста- 4 новится равным давлению в коллекторе 10. Крыльчатки 7 и 8 вместе с .обтекателем 5 и кавитаторами 6 возвращаются в исходное положение, и весь процесс повторяется сначала. 50

При таких колебаниях крыльчаток 7 и 8 и кавитаторов 6 происходят колебания объема гелиоидальных каверн за крыльчатками 7 и 8, за счет изменения относительной скорости потока и углов атаки, и каверн за кавитаторами 6 — за счет изменения зазора между кавитаторами 6 . и конфузором выхода 11.

Амплитуда колебаний регулируется первоначальной величиной этого зазора при установке кавитаторов в конфузоре выхода 11, а частота колебаний — жесткостью и первоначальной затяжкой пружины 14. Высокочастотные автоколебания всей системы интенсифицируют процесс смешения за счет дополнительного образования большого количества кавитациониых пузырьков и интенсивных турбулентных макро- и микропульсаций потоков обрабатываемого материала и подмешиваемых реагентов.

Для каверн, заполненных в своей хвостовой части кавитационными пузырьками, в обычном режиме работы без автоколебаний характерны колебания с собственной частотой.

Если частота автоколебаний, регулируемая затяжкой пружины 14, совпадает с собственной частотой колебаний каверн, удельные затраты энергии на создание каверн снижаются в два — три раза с увеличением объема каверн. Одновременно с увеличением объема каверн при тех же затратах энергии увеличивается количество кавитационных пузырьков в их хвостовой части.

Закручивание основного потока в разные стороны сопровождается созданием больших касательных срезающих напряжений, подача подмешиваемых реагентов тонким слоем в зону высоких срезающих напряжений, создание при помощи автоколебаний интенсивных режимов кавитации позволяют не только интенсифицировать процесс смешения, но и снизить удельные энергетические затраты на смешение.!

176933

Составитель Н.Немчина

Редактор Н.Кгорова Техред M.Кузьма Корректор А.Обручар

Заказ 5427/4 Хираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,И-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4