Диспергатор

 

Изобретение относится к горноперерабатывающей промышленности. Цель - повышение эффективности приготовления дисперсных систем за счет усиления турбулизации формируемых потоков. Диспергатор содержит источник колебаний, корпус, подводящий и отводящий патрубки и насадку с цилиндроконическими отверстиями. Углы раскрытия конических частей смежных отверстий в насадке последовательно увеличиваются в интервале 13-60°. Источник колебаний создает в суспензии низкочастотное акустическое поле. На выходе из насадки формируется турбулентное вращательное движение потоков с кавигационными пузырьками. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 01 F ) 1/00 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ WHT СССР

1 (2) ) 4488654/3) -26 (22) 30.09,88 (46) 15.10.90. Бюл. Ф 38 (71) Московский горный институт (72) В.С,Ямщиков, А.И.П)ульгин, M.Т.3аховаев, О.В.Скворцов, M.В.Махоткин и Л.И.Назарова (53) 637.132.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 116201, кл. В 01 F 5/04, 1958.

Авторское свидетельство СССР

У 1001991, кл. В 01 F 13/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР

В 1333396, кл. В 01 F ll/00, 1985. (54) ДИСПЕРГАТОР (57) Изобретение относится к горноИзобретение относится к горной, в частности к горноперерабатывающей промышленности, и может быть использовано для приготовления тонкодисперсных систем, диспергирования глинистопесчаных горных пород, смешивания, эмульгирования и растворения в воде реагентов различного рода, а также для подготовки пульпы к флотации.

Цель изобретения — повышение эффективности приготовления дисперсных систем за счет усиления турбулизации формируемых потоков.

На фиг.l изображен предлагаемый диспергатор, вертикальный разрез; на фиг.2 — углы раскрытия конических частей отверстий в насадке; на фиг.3— сечение А-А на фиг.l (в случае двух,,SU„„1599075 А 1

2 перерабатывающей промышленности.

Цель — повышение эффективности приготовления дисперсных систем за счет усиления турбулизации формируемых потоков. Диспергатор содержит источник колебаний, корпус, подводящий и отводящий патрубки и насадку с цилиндроконическими отверстиями. Углы раскрытия конических частей смежных отверстий в насадке последовательно о увеличиваются в интервале 13-60

Источник колебаний создает в суспензии низкочастотное акустическое поле.

На выходе из насадки формируется турбулентное вращательное движение потоков с кавитационными пузырьками.

4 ил. цилиндрических отверстий); на фиг.4— сечение А-А на фиг.l (в случае шести цилиндрических отверстий). ..Диспергатор содержит источник 1 колебаний, корпус 2, подводящий 3 и ) © отводящий 4 патрубки и насадку 5 c, )© цилиндроконическими отверстиями 6,- аР причем углы 7 раскрытия смежных ко- «3 нических частей отверстий 6 в насад= ("Г ке 5 последовательно увеличиваются в интервале от 13 до 60 . При этом корпус 2 разеделен насадкой 5 на верхнюю 8 и нижнюю 9 камеры.

Диспергатор работает следующим образом.

После заполнения корпуса 2 суспензией включают источник 1 колебаний. В суспензии создается низкочас,,тотное акустическое поле, в резуль 1599075 тате чего на выходе цилиндрических частей отверстий 6 насадки 5 формируются вибрационные затопленные

Ф струи. Насадка 5 обладает гидродина5 миче ской аниз о тропией сопро тивлений движению суспензии в различных направлениях. Так при движении источника 1 колебаний вверх объем Q npo4) шедший через насадку 5, больше объе- 10 ма Q, прошедешго через насадку 5 при движении источника 1 колебаний.

Таким образом, осуществляется направленное виброперемещение суспензии: 15

Q4 2 (1)

При движении суспензии вверх в каждом цилиндроконическом отверстии возникают растягивающие напряжения, приводящие (из-эа высокой скорости движения суспенэии) к формированию развитой кавитации. В каждый полупериод колебаний кавитационные пузырьки выбрасываются вибрационными затопленными струями вверх, а в случае одинаковых отверстий всплывают и лопаются.В случае нескольких отверстий с различными углами 7 раскрытия конических частей картина воздействия ка- З0 чественно меняется, Отверстия 6 насадки 5 имеют различные углы 7 раскрытия, т.е. различные местные гидродинамические сопротивления. Физический смысл местно- 35

ro гидродинамического сопротивления вытекает из выражения Н = - —. (2) гя

rpehH †.потери напора на местном со- . противлении; — коэффициент местного гидродинамического сопротивления, кОтОрый В ОснОВнОм эаВисит 45 от угла раскрытия конической части, диаметра цилиндрической части отверстия и диаметра камер;

V — средняя скорость потока;

g — ускорение свободного падения.

При увеличении угла 7 раскрытия в интервале 13-60 коэффициент сопротивления уменьшается, следовательно, уменьшаются потери напора

55 Н и возрастает скорость потока.

Расход, определяемый классической гидродинамикой, т.е. интегральным уравнением

Q =JvBS, (3) где S — площадь сечения конической части отверстия, при уменьшении (возрастает.

Для двух конусов насадки 5 (фиг.3), один из которых имеет больший угол

7 раскрытия, наблюдается следующая картина. Напор и скорость гидродинамической струи на выходе цилиндрической части отверстия с большим углом раскрытия больше напора и скорости на вьмоде цилиндрической части отверстия с меньшим углом раскрытия.

Это приводит к формированию в верхней камере 8 корпуса 2 сложного, неравномерного, последовательно изменяющегося гидродинамического профиля, эффекта "запаздывания" струй, что приводит к интенсивному вращательному движению суспензии в вертикалькой плоскости.

Вращательное движение суспензии увлекает кавитационные пузырьки и они, осциллируя и пульсируя в поле создаваемого вибрационными струями давления, производят дополнительное воздействие на суспензию. При этом каждый пузырек является своего рода излучателем колебаний, воздействующих на микроструктуру суспензии. Схлопывающиеся кавитационные пузырьки вызывают мощные микроударные волны, разрушающие частицы твердой фазы суспензии, пульсирующие с собственной частотой пузырьки интенсифицируют процесс межфаэного массопереноса, осциллирующие с частотой возбуждающих колебаний пузырьки усиливают общий уровень турбулиэации потоков суспензии и, наконец, движущиеся во вращающемся потоке пузырьки увеличивают перемешивание.фаз и.компонентов суспензии.

Более сложный вид движения сус- пензии можно организовать в объеме обрабатываемой среды за счет варьирования количества и размещения цилиндроконических отверстий.

На фиг.4 представлено сечение насадки 5, которая содержит, например, шесть. цилиндроконических отверстий

6, расположенньм через равные промежутки по окружности, причем угол 7 раскрытия последовательно убывает по часовой стрелке. Расстояние между соседними цилиндроконическими отверстиями меньше, чем расстояние между

1599075 6

55 двумя любыми другими и, следовательно, необходимо рассматривать взаимодействие двух соседних отверстий, как преобладающее.

При суперпозиции действия вибрационных затопленных струй имеет место циклический поток суспензии, направленный от отверстия с большим углом раскрытия конической части к меньшему как в случае двух цилиндроконических отверстий)что приводит

)) к общему вращательному движению суспензии. В том месте, где происходит обратный переход от отверстия с максимальным углом раскрытия конической части к минимальному, наблюдается пучность гидродинамического потока, но при этом вращательное движение суспензии остается направленным, а турбулизация возрастает.

Путем подбора геометрических параметров цилиндроконических отверстий и их расположения можно организовать движение жидкости как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

В случае шести цилиндроконических отверстий поток суспензии направлен под углом к"насадке за счет суммарных градиентов.гидродинамических потоков суспензии, организованных парой смежных отверстий. Так, для двух смежных отверстий с минимальными суммарными потерями напора действие вибрационных затопленнъж струй и турбулизация будут максимальными, и наоборот, 3а счет различных геометрических параметров цилиндроконических отверстий струи поднимаются на разную высоту.

Одновременно движение суспензии в горизонтальной и вертикальной плоскостях является объемным движением, для которого слраведливы сделанные вьппе заключения с той только разницей, что при объемном движении увеличивается общее количество кавитационных пузырьков, удерживаемых s суспензии потоками, что увеличивает турбулизацию и эффективность диспергирования.

Максимальная анизотропия сопротивления движению суспенэии через цилиндроконические отверстия обеспечивается при углах раскрытия конических частей отверстий в интервале о от 13 до 60 . Этому диапазону соответствует максимальная интенсивность формируемого цилиндроконическими от5

50 верстиями вращательного движения и максимальная интенсивность воздействия на суспензию, что обеспечивает повышение эффективности приготовления дисперсных систем.

Зависимость скорости вращения суспензии от параметров низкочастотного акустического воздействия неоднознач на, так, при увеличении частоты до

Т5-17 Гц происходит увеличение числа оборотов в единицу времени, а при дальнейшем увеличении частот скорость вращения суспензии падает в сллу наличия высоких инерционных сил.

Испытания диспергатора проводились со сменными насадками, угол раскрытия конических частей отверстий в б которых изменялся. в пределах от 0 (цилиндрические отверстия ) до 120

Испытания показали, что при угле раскрытия в интервале 13-60 и при исходном содержании в суспензии 80 агрегатов глинистых частиц с размерами 50-100 мкм, 18Х частиц с размером 20-50 мкм и 2 частиц с размером менее 20 мкм в процессе диспергирования в течение 1,5-2 мин гранулометрический состав стал более тонкодисперсным: класс 50-100 мкм — б ., класс

20-50 мкм — 30, класс менне 20 мкм—

64%. При обработке глинистой суспензии в устройстве с одинаковыми углами раскрытия конических частей ото верстий 13, исключающих возможность возникновения вращательного движения, наблюдалось уменьшение количества частиц класса 50-100 мкм íà S u увеличение количества частиц с размером 20-50 мкм на 6,5%, при этом количество тонкодисперсных частиц (класс менее 20 мкм) увеличилось всего на 1,5 .

Использование предлагаемого диспергатора позволяет(по сравнению с известными)увеличить эффективность приготовления дисперсных систем, т.е. обеспечить их тонкодисперсность, повысить устойчивость приготовляемых суспензий и снизить в 1,5-2 раза длительность процесса.

Формула изобретения!

Диспергатор, включающий источник колебаний, корпус, подводящий и отводящий патрубки и насадку с цилиндроконическими отверстиями, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения эффективности приготовле1599075 Риг. 2

Уаг. 1

Фиг. 3

Составитель Л.Сладков

Корректор Э.Лончакова

Техред М.дидык

Редактор А. Ревин

Заказ 3105 Тираж 514 Подписно е

ВНИИПИ Государственяого комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101 ния дисперсных систем за счет усиления турбулизации формируемых потоков, конические части смежных отверстий в

I насадке выполнены с последовательным увеличением углов раскрытия в интервале 13-60©.