Роторно-пульсационный аппарат

 

Изобретение относится к области химического машиностроения. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении стабильности, гомогенности и мелкодисперсности приготавливаемой роторно-пульсационным аппаратом смеси, в том числе трудносмешиваемых компонентов. Стенка камеры предварительного смешивания (5) выполнена полой, наружная стенка полости (10) - сплошной и гладкой. Внутренняя ее стенка имеет спирально-винтовую форму и снабжена отверстиями. Сообщение между предварительной камерой смешивания (5) и источником дополнительных ингредиентов (11) осуществлено через полость (10). Для случая использования жидкого дополнительного ингредиента отверстия во внутренней стенке полости (10) выполнены в виде пор, а внутри полости (10) при этом размещены нагревательные элементы (13). Для случая твердого дополнительного ингредиента внутренняя стенка полости (10) выполнена из упругого материала. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области химического машиностроения и может использоваться в роторных устройствах для приготовления диспергированных смесей эмульсий и (или) суспензий в различных областях техники (переработки нефтепродуктов, производства моющих средств, пищевой и фармацевтической промышленности).

Известен аппарат, выполняющий функции смесителя-диспергатора и работающий по принципу роторных аппаратов, содержащий конический корпус с входным и выходным отверстиями, выполненный в поперечном сечении овальным, и вертикальный вал, расположенный вдоль продольной оси корпуса, при этом корпус имеет с внутренней стороны по меньшей мере три углубления овальной формы, а смесительный орган выполнен в виде размещенных по крайней мере в трех рядах по длине вертикального вала основных и дополнительных полусферических элементов, подпружиненных относительно вертикального вала и снабженных стержнями из упругого материала (A. c. SU 1828762). Этот аппарат обеспечивает интенсивное перемешивание и диспергирование смесей.

Однако этот аппарат не позволяет получить высокую гомогенность и мелкодисперсность структуры получаемой смеси. Кроме того, не предусмотрено введение в аппарат в процессе обработки смеси дополнительных ингредиентов, в том числе в виде твердых частиц.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус, преимущественно цилиндрический, вертикальный вал, расположенный вдоль его продольной оси и соединенный с электромотором, установленным на верхней крышке корпуса, и выполненные в корпусе предварительную, основную и дополнительную камеры смешивания, первая из которых выполнена сообщающейся посредством системы трубопроводов с источником дополнительных ингредиентов и снабжена по меньшей мере одним входным отверстием, а внутри нее размещены закрепленные на вертикальном валу лопасти с криволинейным поясом, основная камера смешивания выполнена сообщающейся с предварительной камерой смешивания посредством отверстия в боковой стенке корпуса, внутри нее размещены статор, образованный выступами в ее нижней части, расположенными симметрично продольной оси корпуса и имеющими форму трапециевидных зубьев, закрепленные на вертикальном валу лопасти основной камеры смешивания и ротор, выполненный в виде диска с отверстиями, аналогичными выступам статора, дополнительная камера смешивания выполнена сообщающейся с основной камерой смешивания через отверстие, расположенное в нижней части последней вокруг вертикального вала, в дополнительной камере смешивания размещены закрепленные на вертикальном валу два ряда упругих лопастей и расположенные между ними неподвижные упругие лопасти, закрепленные на боковых стенках корпуса, а в нижней части дополнительной камеры смешивания выполнено выходное отверстие и размещен предохранительный клапан (US 4332486). В этом аппарате стенка предварительной камеры смешивания выполнена сплошной, а внутри этой камеры размещен подогреваемый резервуар, через который в камеру поступают дополнительные ингредиенты из источника дополнительных ингредиентов.

Этот аппарат, однако, не обеспечивает достижения наивысшей степени стабильности приготовленной смеси при высокой гомогенности и мелкодисперсности структуры, особенно для случая трудно смешиваемых компонентов. А это очень важно, например, для жидких топлив двигателей внутреннего сгорания и котлоагрегатов. Этот аппарат не дает возможности приготавливать такие, например, смеси, которые бы позволяли в качестве добавок повысить октановое число бензинового топлива.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании роторно-пульсационного аппарата, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении стабильности, гомогенности и мелкодисперсности приготавливаемой ротороно-пульсационным аппаратом смеси, в том числе трудно смешиваемых компонентов.

Это достигается тем, что в роторно-пульсационном аппарате, содержащем корпус, преимущественно цилиндрический, вертикальный вал, расположенный вдоль его продольной оси и соединенный с электромотором, установленным на верхней крышке корпуса, и выполненные в корпусе предварительную, основную и дополнительную камеры смешивания, первая из которых выполнена сообщающейся посредством системы трубопроводов с источником дополнительных ингредиентов и снабжена по меньшей мере одним входным отверстием, а внутри нее размещены закрепленные на вертикальном валу лопасти с криволинейным поясом, основная камера смешивания выполнена сообщающейся с предварительной камерой смешивания посредством отверстия в боковой стенке корпуса, внутри нее размещены статор, образованный выступами в ее нижней части, расположенными симметрично продольной оси корпуса и имеющими форму трапециевидных зубьев, закрепленные на вертикальном валу лопасти основной камеры смешивания и ротор, выполненный в виде диска с отверстиями, аналогичными выступам статора, дополнительная камера смешивания выполнена сообщающейся с основной камерой смешивания через отверстие, расположенное в нижней части последней вокруг вертикального вала, в дополнительной камере смешивания размещены закрепленные на вертикальном валу два ряда упругих лопастей и расположенные между ними неподвижные упругие лопасти, закрепленные на боковых стенках корпуса, а в нижней части дополнительной камеры смешивания выполнено выходное отверстие и размещен предохранительный клапан, стенка предварительной камеры смешивания выполнена полой, при этом наружная стенка полости выполнена сплошной и гладкой, внутренняя ее стенка имеет спирально-винтовую форму и снабжена отверстиями, а сообщение между предварительной камерой смешивания и источником дополнительных ингредиентов осуществлено через эту полость. Отверстия во внутренней стенке полости могут быть выполнены в виде пор, а внутри этой полости могут быть размещены нагревательные элементы. Внутренняя стенка полости при этом может быть выполнена из металлокерамики. Внутренняя стенка полости может быть выполнена из упругого материала.

Новым в изобретении является выполнение предварительной камеры смешивания.

На чертеже показан вариант конструкции роторно-пульсационного аппарата в продольном разрезе.

Он содержит корпус, например цилиндрический, 1 с верхней крышкой 2, на которой размещен электромотор 3. Вдоль продольной оси корпуса 1 размещен вертикальный вал 4. В корпусе 1 выполнены предварительная 5, основная 6 и дополнительная 7 камеры смешивания.

Предварительная камера смешивания 5 расположена в верхней части корпуса 1 и имеет преимущественно цилиндрическую форму. В ее верхней части имеется по меньшей мере одно входное отверстие 8. На вертикальном валу 4 закреплены лопасти 9, имеющие криволинейный пояс (утолщение к боковой части против направления вращения). Стенка камеры предварительного смешивания 5 выполнена полой. Внешняя (наружная) стенка полости 10 выполнена сплошной и гладкой. Внутренняя ее стенка выполнена спирально-винтовой с отверстиями. Полость 10 сообщается с источником дополнительных ингредиентов 11 посредством трубопровода 12. Для случая жидкого дополнительного ингредиента один из вариантов роторно-пульсационного аппарата предусматривает выполнение отверстий во внешней стенке полости 10 в виде пор, а в самой полости размещены нагревательные элементы 13, которые могут быть выполнены в виде электрических нагревательных элементов или в виде трубок с перегретым паром. Внутренняя стенка полости 10 при этом выполнена, например, из металлокерамики. Для случая твердого дополнительного ингредиента внутренняя стенка полости 10 выполнена из упругого материала, например стали.

Основная камера смешивания 6 имеет преимущественно цилиндрическую форму, расположена в центральной части корпуса 1 и сообщается с предварительной камерой смешивания через отверстие (проход) вдоль продольной оси корпуса 1 и образованный его стенками (на чертеже не обозначен). В основной камере смешивания размещены статор 14 и ротор 15. Ротор 15 закреплен на вертикальном валу 4 и выполнен в виде диска, верхняя часть которого плоская, а в нижней части выполнены отверстия (углубления). Статором 14 служит нижняя часть основной камеры смешивания 6, имеющая выступы в форме трапециевидных зубьев, которые расположены концентрично относительно продольной оси корпуса 1 равномерно радиально относительно один другого. Отверстия в роторе 15 имеют форму и размеры, аналогичные форме и размерам выступов статора 14. Концентрические окружности, над которыми расположены эти отверстия, имеют радиусы, отличающиеся от радиусов концентрических окружностей, над которыми расположены выступы статора 14. В основной камере смешивания 6 на вертикальном валу 4 закреплены также лопасти 16, которые могут быть выполнены аналогично лопастям 9.

Дополнительная камера смешивания 7 сообщается с основной камерой смешивания 6 через отверстие 17 вокруг вертикального вала 4. В ней размещены закрепленные на вертикальном валу 4 два ряда упругих лопастей 18. Между ними расположены неподвижные упругие лопасти 19, закрепленные на боковых стенках дополнительной камеры смешивания 7. В нижней части этой камеры выполнено выходное отверстие 20, а также размещен предохранительный клапан 21.

Роторно-пульсационный аппарат работает следующим образом. Подлежащая обработке жидкая смесь из эмульсий и (или) суспензий поступает через входное отверстие 8 в предварительную камеру смешивания 5. При включении электрического мотора 3 начинает вращаться вертикальный вал 4. Из источника дополнительных ингредиентов 11 через систему трубопроводов 12 в полость 10 поступает под давлением дополнительный ингредиент в виде жидкости или твердых частиц. Дополнительный жидкий ингредиент под действием нагревательных элементов 13 превращается в газ, который в виде микрокапель проходит через поры внутренней стенки полости 10 и затем конденсируется на ее внешней стенке. Конденсируемые микрокапли дополнительного жидкого ингредиента деформируются в капли жидкой смеси, протекающей вдоль спирально-винтовой стенки полости 10, и образуют диспергированную жидкую стабильную смесь (эмульсию или суспензию). При подаче в полость 10 дополнительного ингредиента в виде твердых частиц при протекании жидкой смеси через отверстия внутренней стенки полости 10 эти частицы растворяются. При этом вибрация, возникающая в упругой стенке полости 10, способствует более полному растворению твердых частиц и предотвращает застревание отдельных частиц в отверстиях этой стенки.

Под действием давления, создаваемого лопастями 9 и 16, жидкая смесь направляется к ротору 15 основной камеры смешивания 6. Ротор 15 и статор 14 вырабатывают переменное сопротивление потоку жидкой смеси. В протекающей через камеры 5 и 6 жидкой смеси возникают повышенная турбулентность и увеличенные пульсации потока, образуются и разрушаются под действием возникающих волн пузырьки газа. Микровзрывы высокой частоты и освобождающаяся при этом энергия приводят к значительному измельчению и дроблению жидких частиц. Это обеспечивает наилучшие условия диспергирования эмульсии и (или) суспензии.

Жидкая смесь, поступающая под давлением в дополнительную камеру смешивания 7, подвергается дополнительному диспергированию за счет наличия лопастей 18, 19, которые создают низкочастотную вибрацию. Кроме того, свой вклад в качество приготавливаемой смеси вносит и непосредственно вертикальный вал 4, который создает высокочастотную вибрацию в потоке жидкой смеси.

Приготовленная таким образом диспергированная смесь выпускается через выходное отверстие 20. Предохранительный клапан 21 предназначен для стравливания излишнего давления воздуха или газа, освобождающегося при диспергировании.

Роторно-пульсационный аппарат, выполненный в соответствии с изобретением, обеспечивает получение жидких смесей из трудно смешиваемых компонентов, например, газоконденсата и присадки для получения дизельного топлива или высокооктанового бензина. При этом обеспечивается наивысшая степень дисперсии и достигается высокая стабильность приготовленной смеси (в течение десятков месяцев).

Формула изобретения

1. Роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус, преимущественно цилиндрический, вертикальный вал, расположенный вдоль его продольной оси и соединенный с электромотором, установленным на верхней крышке корпуса, и выполненные в корпусе предварительную, основную и дополнительную камеры смешивания, первая из которых выполнена сообщающейся посредством системы трубопроводов с источником дополнительных ингредиентов и снабжена по меньшей море одним входным отверстием, а внутри нее размещены закрепленные на вертикальном валу лопасти с криволинейным поясом, основная камера смешивания выполнена сообщающейся с предварительной камерой смешивания посредством отверстия в боковой стенке корпуса, внутри нее размещены статор, образованный выступами в ее нижней части, расположенными симметрично продольной оси корпуса и имеющими форму трапециевидных зубьев, закрепленные на вертикальном валу лопасти основной каморы смешивания и ротор, выполненный в виде диска с отверстиями, аналогичными выступам статора, дополнительная камера смешивания выполнена сообщающейся с основной камерой смешивания через отверстие, расположенное в нижней части последней вокруг вертикального вала, в дополнительной камере смешивания размещены закрепленные на вертикальном валу два ряда упругих лопастей и расположенные между ними неподвижно упругие лопасти, закрепленные на боковых стенках корпуса, а в нижней части дополнительной камеры смешивания выполнено выходное отверстие и размещен предохранительный клапан, отличающийся тем, что стенка предварительной камеры смешивания выполнена полой, при этом наружная стенка полости выполнена сплошной и гладкой, внутренняя ее стенка имеет спирально-винтовую форму и снабжена отверстиями, а сообщение между предварительной камерой смешивания и источником дополнительных ингредиентов осуществлено через эту полость.

2. Роторно-пульсационный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отверстия во внутренней стенке полости выполнены в виде пор, а внутри этой полости размещены нагревательные элементы.

3. Роторно-пульсационный аппарат по п.2, отличающийся тем, что внутренняя стенка полости выполнена из металлокерамики.

4. Роторно-пульсационный аппарат по п.1, отличающийся тем, что внутренняя стенка полости выполнена из упругого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1