Устройство для смешивания и диспергирования

 

Использование: устройства для смешивания и диспергирования сыпучих, пастообразных материалов и суспензий. Сущность: устройство содержит корпус с гибким изогнутым спиральным рабочим органом. Один конец рабочего органа соединен с приводом, другой конец с роликом. Спираль выполнена со соприкасающимися витками по меньшему радиусу изгиба, расположена с эксцентриситетом относительно оси корпуса и с зазором относительно днища корпуса. Ролик установлен с возможностью контактирования с корпусом. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение предназначено для проведения процессов смешивания зернистых сыпучих материалов с одновременным измельчением крупных частиц перемешиваемого материала и может применяться также для обработки суспензий и пастообразных материалов. Оно найдет применение в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен кормовой смеситель и измельчитель, состоящий из корпуса, гибкого изогнутого смесительного шнека, соосно установленного в корпусу, опирающегося своими витками на дно корпуса и связанного с приводом. Ведомый конец рабочего органа может быть выполнен из тяжелого металла. Рабочий орган может быть снабжен дисковой мельницей, смонтированной в верхней части.

Однако в указанном устройстве низка интенсивность обработки вследствие низкой частоты вращения, так как при увеличении частоты вращения под действием центробежных сил обрабатываемый материал находится у стенок корпуса и центральная часть устройства полностью оголяется, так как физически невозможно переместить частицу твердой фазы против центробежной силы к оси аппарата, где расположен измельчитель. При этом аппарат практически состоит из двух взаимозависимых органов - смешивающего и измельчающего и невозможно добиться оптимальной работы обоих. Аппарат сложен в изготовлении, имеет большое количество деталей и сопряженных поверхностей.

В основу изобретения положена задача повышения интенсивности процесса смешивания на микроуровне, которая позволяет повысить качество готового продукта за счет измельчения наиболее крупных частиц дисперсной фазы и равномерного их распределения в перемешиваемой среде.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для смешивания и диспергирования, состоящем из корпуса, расположенного в нем гибкого изогнутого рабочего органа, кинематически соединенного одним концом с приводом, а вторым с роликом, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде винтовой спирали с соприкасающимися витками по меньшему радиусу изгиба, установленной с эксцентриситетом в корпусе и с зазором к его дну, а ролик является опорным передаточным звеном между рабочим органом и опоpной поверхностью корпуса.

Целесообразно согласно изобретению установить в корпусе по крайней мере два рабочих органа, которые были бы связаны с приводом через редуктор, например конический дифференциальный.

Целесообразно также, чтобы ролик был выполнен с возможностью изменения радиуса качения по опорной поверхности корпуса, которую разумно выполнить с переменной кривизной.

Разумно также корпус снабдить направляющей для формирования траектории движения ролика, а рабочий орган по крайней мере одной дополнительной винтовой спиралью, установленной внутри основной спирали.

Допустимо также, чтобы роликом служил свободный конец спирали с плавно уменьшающимся диаметром, ролик был установлен эксцентрично оси рабочего органа, а верхняя часть корпуса была бы выполнена тороидальной.

Предложенный рабочий орган позволяет одновременно измельчать и смешивать обрабатываемый материал, т.е. объединить в одном рабочем органе две функции. Отсутствие контакта между рабочим органом и корпусом позволяет существенно повысить частоту его вращения, тем самым повысив интенсивность обработки, а также повысить надежность рабочего органа, так как существует только одна опорная точка контакта корпуса и рабочего органа.

Установка рабочего органа эксцентрично корпусу как параллельно его оси, так и под углом позволяет улучшить гидродинамику потоков в аппарате, усилить циркуляционные потоки от стенки к оси аппарата и исключить воронкообразование по оси корпуса. Это позволяет непрерывно подавать обрабатываемый материал в зону обработки.

Подключение рабочих органов к приводу через планетарный, фрикционный или дифференциальный редуктор позволяет подключить к одному приводному валу нескольких рабочих органов, которые могут быть сориентированы в пространстве в различных направлениях, тем самым обеспечить повышение числа зон обработки и ускорение процесса смешивания. Появляется возможность одновременной обработки больших масс продуктов.

Выполнение ролика с переменной кривизной поверхности, например в виде надувной эластичной камеры, позволяет плавно регулировать частоту вращения рабочего органа вокруг оси корпуса, приводя в соответствие режим обработки и характер обрабатываемого материала.

Выполнение корпуса коническим, сферическим, либо сочетание цилиндрических стенок с коническим, сферическим, либо сочетание цилиндрических стенок с коническим дном и т.д. при эксцентричной установке рабочего органа и переменной кривизне поверхности опоpного ролика вызывает движение рабочего органа по сложной эллиптической траектории как по окружности, так и вверх-вниз вдоль образующей корпуса. Это также улучшает гидродинамическую обстановку в аппарате, интенсифицирует процесс смещения и улучшает захват и диспергирование твердой фазы витками рабочего органа. Еще более сложную траекторию движения можно получить при качении рабочего органа по специальной направляющей, которая может быть выполнена в виде уголкового профиля, изогнутой трубы либо в виде выдавленного в стенке корпуса канала. При этом закон движения конца рабочего органа может быть, например, синусоидальным.

При переходе опорного ролика на поверхность с меньшей кривизной происходит изменение радиуса качения, что вызывает изменение линейной скорости движения свободного конца рабочего органа, а так как кривизна поверхности в процессе движения меняется многократно, то движение носит неустановившийся пульсирующий характер (то замедляясь - то ускоряясь), что также интенсифицирует процесс обработки.

Установка двух или более рабочих органов на одном или более валах позволяет значительно увеличить число зон обработки, которые напрямую зависят от числа витков рабочего органа.

Установка внутри рабочего органа дополнительной винтовой спирали позволяет интенсифицировать процесс диспергирования твердой фазы за счет увеличения числа зон разрушения.

Выполнение свободного конца спирали с плавно уменьшающимся диаметром позволяет упростить конструкцию рабочего органа и улучшает плавность хода при работе, демпфируя сопротивления, возникающие за счет неровностей корпуса и включения твердой фазы.

Установка ролика эксцентрично оси рабочего органа вызывает дополнительный пульсирующий характер движения конца рабочего органа, интенсифицируя процесс перемешивания.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - общий вид устройства с двумя крайними положениями рабочего органа; на фиг. 3 - общий вид устройства с двумя рабочими органами; на фиг. 4 - общий вид устройства с корпусом переменной кривизны и синусоидальной направляющей; на фиг. 5 - разрез ролика с переменным радиусом качения; на фиг. 6 - рабочий орган, снабженный дополнительной винтовой спиралью с роликом в виде спирали с плавно уменьшающимся диаметром; на фиг. 7 - рабочий орган с эксцентричным относительно его оси роликом; на фиг. 8 - ступенчатый ролик с опорой на направляющую по наименьшему радиусу; на фиг. 9 - общий вид устройства с рабочими органами, подключенными к приводу через редуктор.

Устройство для смешивания и диспергирования состоит из корпуса 1, в котором расположен рабочий орган 2 в виде винтовой спирали с соприкасающимися витками по меньшему радиусу изгиба, установленный с зазором к дну корпуса 1. Рабочий орган 2 одним концом кинематически связан с приводом, а вторым - с роликом 3. Корпус 1 может быть снабжен направляющей 4. Ролик 3 может быть выполнен из эластичного материала и шлангом 5 подключен к источнику сжатого воздуха. Рабочий орган 2 подключен к приводу через приводной вал 7, который может быть снабжен редуктором 8. Рабочий орган 2 может быть снабжен дополнительной спиралью 6.

Устройство для смешивания и диспергирования работает следующим образом.

Обрабатываемый продукт периодически или непрерывно подается в корпус 1 и обрабатывается рабочим органом 2, совершающим планетарное движение вокруг своей оси и оси корпуса. Установка рабочего органа 2 с эксцентриситетом е к оси корпуса 1 обеспечивает качественное перемешивание обрабатываемого продукта, так как частицы твердой фазы не агригируются у стенки, а вовлекаются в активную циркуляцию по всему объему перемешиваемого продукта. Этот процесс еще более усиливается за счет качения ролика 3 по опорной поверхности переменной кривизны, что обеспечивает пульсацию окружной скорости по периметру движения рабочего органа 2. Движения ролика 3 по направляющей 4 (например, по синусоидальному закону) либо выполнение ролика 3 эксцентричным оси рабочего органа 2 вызывают дополнительные колебания конца рабочего органа 2 и в вертикальной плоскости, еще более интенсифицируя процесс. Одновременно происходит диспергирование обрабатываемого материала в клиновых пространствах изогнутого рабочего органа 2 при его вращении.

Опора конца рабочего органа 2 на ролик 3 с диаметром, меньшим диаметра рабочего органа 2, обеспечивает медленное вращение вдоль периметра корпуса 1 при высоких значениях числа оборотов вокруг собственной оси. Это обеспечивает хороший захват частиц твердой фазы в зону обработки и качественное диспергирование.

Выполнение ролика 3 с переменным радиусом качения обеспечивает плавное регулирование кинематических параметров движения конца рабочего органа 2 и позволяет производить обработку материала в оптимальном режиме.

Установка в корпусе 1 нескольких рабочих органов 2 позволяет сократить время обработки или увеличить количество обрабатываемого материала.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ И ДИСПЕРГИРОВАНИЯ, содержащее корпус с днищем, гибкий изогнутый рабочий орган, размещенный в корпусе, в виде винтовой спирали, один конец которой кинематически соединен с приводом, другой - с роликом, отличающееся тем, что спираль выполнена с соприкасающимися витками по меньшему радиусу изгиба, расположена с эксцентриситетом относительно оси корпуса и с зазором относительно днища, а ролик установлен с возможностью контактирования с корпусом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним дополнительным рабочим органом.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что рабочие органы связаны с приводом через, например, конический дифференциальный редуктор.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что ролик установлен с возможностью изменения радиуса качения по опорной поверхности корпуса.

5. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что поверхность корпуса, контактирующая с роликом, выполнена с переменной кривизной.

6. Устройство по пп. 1 - 5, отличающееся тем, что корпус выполнен с направляющей, установленной с возможностью контактирования с роликом.

7. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что рабочий орган снабжен по крайней мере одной дополнительной винтовой спиралью, установленной внутри основной спирали.

8. Устройство по пп. 1 - 3, 5 и 7, отличающееся тем, что ролик выполнен в виде спирали с плавно уменьшающимся диаметром, соединенной с дополнительной спиралью.

9. Устройство по пп. 1 - 8, отличающееся тем, что ролик установлен эксцентрично относительно оси рабочего органа.

10. Устройство по пп. 1 - 9, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса выполнена тороидальной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9