Устройство для перемешивания и способ его применения для получения однородных смесей

 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, предназначенным для приготовления растворов, эмульсий, суспензий, композиций сыпучих материалов, и может быть использовано в химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности. Устройство для перемешивания, содержащее резервуар, подвижно расположенный в стойках, и мешалку, установленную на приводном валу, дополнительно содержит привод колебательного движения резервуара совместно с установленной в нем мешалкой. Привод включает вал с размещенной на нем кулисой, водило, подвижно соединенное с кулисой, и элементы, подвижно соединяющие водило с резервуаром. Мешалка для перемешивающего устройства выполнена в форме профилированного набора лопастей, установленных в несколько ярусов. Устройство позволяет достичь эффективного сочетания двух видов воздействий на обрабатываемую смесь компонентов: воздействия мешалки, совершающей круговое движение по всей высоте рабочего объема резервуара, и воздействия резервуара, совершающего колебательное движение с большой амплитудой (45^o и более). Устройство эффективно для получения однородных порошковых композиций, включающих трудноперемешиваемый компонент в количестве до 1,0 мас. %, в том числе порошковых лакокрасочных композиций для покрытий с металлическим эффектом. 4 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, предназначенным для приготовления растворов, эмульсий, суспензий, композиций сыпучих материалов и т.д. и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

В частности, изобретение относится к перемешивающим устройствам для получения порошковых лакокрасочных композиций, в том числе с металлическим эффектом.

Известно устройство для перемешивания, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, приводной вал, соединенный с двумя рабочими органами, вращающимся на центральном валу и периферийным, выполненным в виде вертикальных лопастей, размещенных в диаметральной плоскости корпуса на горизонтальной рамке, подвижно установленной при помощи двух пальцев в крышке корпуса и соединенной при помощи двух других пальцев с качающимся зубчатым колесом, установленным свободно на наклонном эксцентрике приводного вала [1].

В данном устройстве две лопасти, совершающие колебательное движение в плоскости, перпендикулярной направлению вращения потока под воздействием мешалки, не охватывают полностью объем перемешиваемой среды, находящейся в верхней части резервуара. В результате при значительной степени заполнения резервуара среда, находящаяся в верхней части резервуара, будет перемешиваться недостаточно эффективно.

Известно также устройство для перемешивания [2], содержащее резервуар, жестко связанный в верхней его части с коническим зубчатым колесом, снабженный двумя пальцами; центральную мешалку, на валу которой сверху установлено второе зубчатое коническое колесо; вертикальный приводной вал с наклонным эксцентриком, свободно установленный в коническом зубчатом колесе резервуара. Коническое зубчатое колесо резервуара находится во внутреннем зацеплении с коническим зубчатым колесом центральной мешалки. Пальцы резервуара размещены в вертикальных прорезях стоек. Вал центральной мешалки вращается в опоре, которая крепится к стойке двумя элементами, для чего в стенке резервуара имеются два открытых окна.

Данное конструктивное решение направлено на сочетание двух воздействий на обрабатываемую смесь - сложного сферического движения резервуара в одном направлении и вращательного движения центральной мешалки в противоположном направлении. Однако движение резервуара ограничено, т.к. внутри него находится центральная мешалка, ось вала которой сохраняет свое пространственное положение. Линейное отклонение стенки резервуара в плоскости работ мешалки не может быть больше разности радиусов резервуара и мешалки, что для устройства [2] соответствует углу отклонения оси резервуара около 5^o. При дальнейшем увеличении угла отклонения произойдет столкновение лопастей мешалки со стенкой резервуара. Кроме того, пальцы резервуара помещены в вертикальные прорези неподвижных стоек, что также ограничивает движение резервуара. Наличие открытых окон в стенке резервуара создает проблемы в сфере охраны окружающей среды и значительно ограничивает область применения данного устройства.

Таким образом, конструктивное решение устройства [2] неэффективно для получения однородных порошковых смесей, в том числе порошковых лакокрасочных материалов.

Задачей настоящего изобретения является увеличение угла отклонения резервуара и устранение застойных зон по всей высоте рабочего объема резервуара.

Поставленная задача решается тем, что устройство для перемешивания, содержащее резервуар, подвижно установленный в стойках, и мешалку, установленную на приводном валу, дополнительно содержит привод колебательного движения резервуара совместно с установленной в нем мешалкой, включающий приводной вал, на котором установлена кулиса, водило, подвижно соединенное с кулисой, и элементы, подвижно соединяющие водило с резервуаром, а мешалка выполнена в форме многоярусной профилированной лопастной мешалки, представляющей собой набор лопастей, установленных в несколько ярусов, количество которых "n" составляет где Н - высота резервуара; h - высота ступицы; количество лопастей в ярусе "m" составляет где ε - величина угла в радианах, соответствующая горизонтальной проекции лопасти в месте ее соединения со ступицей; лопасти каждого яруса расположены по отношению вертикальной плоскости отсчета под углом α^m_n, который составляет 0 ≤ α^m_n ≤ 2π-ε, где n - порядковый номер яруса;
m - порядковый номер лопасти в ярусе "n";
ε - величина угла в радианах, соответствующего горизонтальной проекции лопасти в месте ее соединения со ступицей;
лопасти каждого яруса расположены по отношению к горизонтальной плоскости отсчета под углом β^m_n, который составляет
0 ≤ β^m_n ≤ π,
где n - порядковый номер яруса;
m - порядковый номер лопасти в ярусе "n".

Угол β^m_n может изменяться по длине лопасти.

Предложенное конструктивное решение устройства для перемешивания позволяет достичь эффективного сочетания двух видов воздействий на обрабатываемую смесь компонентов воздействия мешалки, совершающей круговое движение по всей высоте рабочего объема резервуара, и воздействия резервуара, совершающего колебательное движение с большой амплитудой (45^o и более).

На фиг.1 изображено устройство для перемешивания, а на фиг.2 - схема компоновки многоярусной профилированной лопастной мешалки.

Устройство для перемешивания содержит резервуар 1 с пальцами 2, которые установлены в подшипниках 3, размещенных в стойке 4. В крышке резервуара 5 размещен загрузочный патрубок 6. На крышке расположен редуктор 7 и электродвигатель 8 для многоярусной профилированной лопастной мешалки 9. В днище резервуара имеется патрубок для выгрузки 10. Снаружи в нижней части резервуара имеются две проушины 11, которыми резервуар с помощью оси 12 соединен с водилом 13. Водило снабжено с муфтой 14, с помощью которой изменяется его длина. Водило подвижно соединено с кулисой 15, установленной на выходном валу 16 редуктора 17. В продольной прорези кулисы размещен фиксатор 18, который позволяет изменять рабочую длину кулисы.

Многоярусная профилированная лопастная мешалка (см.фиг.2) представляет собой набор лопастей, установленных в несколько ярусов, количество которых "n" составляет

где Н - высота резервуара;,
h - высота ступицы,
и определяется физико-химическими свойствами исходных компонентов смеси, заданной степенью однородности состава получаемой смеси, а также зависит от степени заполнения аппарата.

Количество лопастей в ярусе "m" может составлять

где ε - величина угла в радианах, соответствующая горизонтальной проекции лопасти в месте ее соединения со ступицей,
и определяется габаритными размерами аппарата, физико-химическим свойством обрабатываемой смеси, а также технологическими особенностями процесса, протекающего в данной зоне устройства для перемешивания.

Лопасти каждого яруса смещены относительно вертикальной плоскости отсчета на угол α^m_n, который составляет
0 ≤ α^m_n ≤ 2π-ε,
где n - порядковый номер яруса;
m - порядковый номер лопасти в ярусе "n";
ε - величина угла в радианах, соответствующего горизонтальной проекции лопасти в месте ее соединения со ступицей.

Лопасти каждого яруса расположены по отношению к горизонтальной плоскости отсчета под углом β^m_n, который составляет
0 ≤ β^m_n ≤ π,
где n - порядковый номер яруса;
m - порядковый номер лопасти в ярусе "n".

Формируемый таким образом профиль мешалки определяется физико-химическими свойствами исходных компонентов смеси, заданной степенью однородности состава получаемой композиции и зависит от характера потока смеси компонентов, формируемого в данном сечении резервуара.

Именно предложенная конструкция перемешивающего устройства позволяет исключить застойные зоны по всей высоте рабочего объема резервуара и оптимизировать режим процесса перемешивания в соответствии с физико-химическими свойствами исходных компонентов обрабатываемой смеси и заданной степенью однородности состава получаемой смеси.

Устройство для перемешивания согласно настоящему изобретению работает следующим образом (см. фиг.1).

От электродвигателя 8 через редуктор 7 многоярусная профилированная лопастная мешалка 9 приводится во вращательное движение. При вращении выходного вала 16 редуктора 17 происходит вращение кулисы 15, которая приводит в возвратно-поступательное движение водило 13. Водило, соединенное с нижней частью резервуара посредством проушин 11 и оси 12, приводит резервуар в колебательное движение с углом отклонения 45^o и выше. Таким образом, перекрывается область значений углов естественного откоса сыпучих материалов [3] и обрабатываемая в резервуаре смесь пересыпается в направлении, противоположном направлению отклонения оси резервуара.

Только предложенное конструктивное решение эффективно для получения однородных порошковых композиций, включающих трудноперемешиваемый компонент в количестве до 1,0 мас.%, например порошковых лакокрасочных композиций для покрытий с металлическим эффектом.

Процесс получения однородных смесей с использованием устройства по изобретению включает следующие операции:
- составление смеси компонентов согласно рецептуре и загрузка смеси компонентов в перемешивающее устройство (фиг.1) через патрубок 6;
- перемешивание смеси компонентов в устройстве для перемешивания (фиг. 1), снабженного мешалкой, конструкция которого приведена на фиг.2, до заданной степени однородности смеси;
- выгрузка полученной однородной смеси из перемешивающего устройства через патрубок 10.

Литература
1. Авторское свидетельство SU 1097363, кл. В 01 F 7/16, 1984 г.

2. Авторское свидетельство SU 1103890, кл. B 01 F 7/16, B 01 F 9/00, 1984 г.

3. Ю. И. Макаров. Аппараты для смешения сыпучих материалов. Москва, "Машиностроение", 1973 г., стр.25-26.

Формула изобретения

1. Устройство для перемешивания, содержащее резервуар, подвижно расположенный в стойках, и мешалку, установленную на приводном валу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит привод колебательного движения резервуара совместно с установленной в нем мешалкой, включающий приводной вал, на котором размещена кулиса, водило, подвижно соединенное с кулисой, и элементы, подвижно соединяющие водило с резервуаром.

2. Мешалка для перемешивающего устройства, содержащая вал и установленные на нем рабочие органы, отличающаяся тем, что мешалка выполнена в форме профилированного набора лопастей, установленных ярусами, количество ярусов в котором "n" составляет

где Н - высота резервуара;
h - высота ступицы,
количество лопастей в ярусе "m" составляет

где ε - величина угла в радианах, соответствующая горизонтальной проекции лопасти в месте ее соединения со ступицей,
лопасти каждого яруса расположены по отношению к вертикальной плоскости отсчета под углом α^m_n, который составляет
0 ≤ α^m_n ≤ 2π-ε,
где n - порядковый номер яруса;
m - порядковый номер лопасти в ярусе "n";
ε - величина угла в радианах, соответствующего горизонтальной проекции лопасти в месте ее соединения со ступицей,
лопасти каждого яруса расположены по отношению к вертикальной плоскости отсчета под углом β^m_n, который составляет
0 ≤ β^m_n ≤ π,
где n - порядковый номер яруса;
m - порядковый номер лопасти в ярусе "n".

3. Способ получения однородных смесей, включающий составление композиции смеси и смешение компонентов смеси, отличающийся тем, что операцию смешения проводят в устройстве для перемешивания по п.1.

4. Способ получения однородных смесей, включающий составление композиции смеси и смешение компонентов смеси в перемешивающем устройстве, содержащем резервуар и мешалку, отличающийся тем, что операцию смешения проводят в перемешивающем устройстве, мешалка которого выполнена по п.2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2