CS250393B1

CS250393B1 - Stirring device for suspensions' homogeneization

Info

Publication number: CS250393B1
Application number: CS559685A
Authority: CS
Inventors: Konstantin Hruban; Pavel Seichter; Jaroslav Knoulich
Original assignee: Konstantin Hruban; Pavel Seichter; Jaroslav Knoulich
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-04-16

Description

Vynález se týká míchacího zařízení pro homogenizaci suspenzí. Je vhodný zejména také pro uplatnění při výrobě fotografických emulzí.The invention relates to a mixing device for homogenizing suspensions. It is also suitable for use in the production of photographic emulsions.

V chemické výrobě je při míchání suspenzí obvyklým požadavkem dosažení dokonalé homogenity vsádky. Tento požadavek je mimořádně důležitý ve výrobě materiálů pro fotografii, kde nedostatečná homogenita vsádky může v důsledku místního přesycení nepříznivě ovlivnit kvalitu výsledného materiálu.In chemical production, mixing of suspensions is a common requirement to achieve perfect batch homogeneity. This requirement is extremely important in the production of photographic materials, where lack of homogeneity of the batch can adversely affect the quality of the resulting material due to local supersaturation.

Při výrobě fotografických emulzí se dosud užívá různých technologií. Při klasickém postupu se vypírají rozpouštědla tzv. praných emulzních nudlí či plastů, při novém technologickém postupu se při oddělování tuhé fáze vypírá sraženina dekantací nebo odstřeďováním. Možnost použít stejného výrobního zařízení pro různé technologické postupy je podmíněna možností provést jak redíspergaci AgX, tak i rozmíchání a rozpuštění emulzních nudlí či plástů v jediném výrobním zařízení — míchané duplikátorové nádobě.Various technologies have been used to produce photographic emulsions. In the classical process, the solvents of the so-called washed emulsion noodles or plastics are washed, in the new technological process the precipitate is washed off by decantation or centrifugation during solid phase separation. The possibility of using the same production equipment for different technological processes is conditioned by the possibility to carry out both AgX redispergation and mixing and dissolving emulsion noodles or combs in a single production facility - a mixed duplicator vessel.

Mícháním v duplikátorové nádobě se při dané teplotě daná konzistence vsádky vlivem zvýšené teploty a homogenizačních i dispergačních účinků míchadla postupně ztekutí v homogenní suspenzi. Vzhledem k tomu, že jak při klasickém, tak i při novém technologickém postupu je jakost výsledného materiálu pro fotografickou výrobu bezprostředně závislá na homogenizačních účincích míchacího systému, je nutno, aby míchací systém splňoval následující požadavky:By mixing in a duplicator vessel, the given batch consistency at a given temperature is gradually liquefied into a homogeneous suspension due to the elevated temperature and the homogenizing and dispersing effects of the stirrer. Since both the classical and the new technological processes, the quality of the resulting photographic material is directly dependent on the homogenization effects of the mixing system, the mixing system must meet the following requirements:

— zajistil účinné rozpouštění emulzních nudlí nebo plástů, — umožnil dosažení a udržení teplotní homogenity ve vsádce, — zajistil desintegraci a redíspergaci emulzního koláče.- Ensures effective dissolution of the emulsion noodles or combs. - Enables the achievement and maintenance of temperature homogeneity in the batch. - Ensures the disintegration and redistribution of the emulsion cake.

Dosud jsou pro účely homogenizace fotografických emulzí užívána převážně míchadla kotvová nebo košová, kde košové míchadlo tvoří rámová konstrukce z válcových trubek. Obě tato míchadla však dané požadavky v plné míře nezajišťují. Při rotaci vyvozují tangenciální proudění a jejich homogenizační účinky jsou nízké, takže doba homogenizace je dlouhá a kapacita výroby nízká. Míchadlo košové je nadto nevýhodné i z hlediska konstrukce a výroby.Until now, for the purpose of homogenizing photographic emulsions, mostly anchor or basket mixers have been used, where the basket mixer consists of a frame structure made of cylindrical tubes. However, both of these stirrers do not fully meet these requirements. During rotation they generate tangential flows and their homogenization effects are low, so that the homogenization time is long and the production capacity is low. Furthermore, the basket agitator is disadvantageous in terms of design and manufacture.

Uvedené nedostatky jsou naproti tomu odstraněny u míchacího zařízení podle vynále250393 .25 0393 zu, které sestává z míchací nádoby a v ní umístěné míchací soupravy, zahrnující excentricky umístěný pomaluběžný hřídel s patrové na něm uspořádanými axiálními lopatkovými míchadly. Podstata zařízení spočívá v tom, že míchací souprava je doplněna o další axiální lopatkové míchadlo, upevněné na excentricky umístěném rychloběžném hřídeli, kde smysl rotace u obou hřídelů je opačný, zatímco sklon lopatek všech axiálních míchadel vzhledem k rovinám kolmým na osy hřídelů je shodný.These drawbacks, on the other hand, are eliminated in the mixing device according to the invention of 250393 25 0393, which consists of a mixing vessel and a mixing set therein, comprising an eccentrically positioned low-speed shaft with tray-mounted axial paddle stirrers. The principle of the device is that the mixing set is complemented by an additional axial impeller mounted on an eccentrically positioned high-speed shaft, where the sense of rotation of both shafts is opposite, while the blade inclination of all axial agitators with respect to planes perpendicular to the shaft axes is identical.

Protisměrnou rotací obou hřídelů se zamezí celkové rotaci, tzv. „otáčení“ kapaliny v nádobě i tvorbě centrálního víru. Přitom rotací pomaluběžného hřídele s patrové uspořádanými axiálními míchadly relativně velkého průměru se vyvolá sestupné proudění kapaliny od hladiny ke dnu, zatímco protisměrnou rotací rychloběžného hřídele s jedním axiálním míchadlem se naopak vytváří proudění směřující ode dna k hladině kapaliny. Výsledkem je účinné axiální proudění kapalné fáze, které má tvar cirkulační smyčky a které je schopno zajistit rovnoměrné rozmíchání suspenze po celé výšce 1 průměru nádoby, dobrou homogenizaci vsádky a rychlé rozpuštění tuhé fáze. Vlivem protisměrné rotace blízko sebe působících konců lopatek se přitom docílí i potřebných desintegračních a dispergačních účinků. Všechny tyto okolnosti příznivě ovlivňují průběh technologického procesu i jakost výrobku a výtěžnost výroby.The opposite rotation of both shafts prevents the overall rotation, the so-called "rotation" of the liquid in the vessel and the formation of a central vortex. Rotation of the low-speed shaft with tray-mounted axial stirrers of relatively large diameter causes a downward flow of liquid from the surface to the bottom, while a counter-directional rotation of the high-speed shaft with one axial stirrer creates a bottom-to-liquid flow. The result is an efficient axial flow of the liquid phase, which is in the form of a circulation loop and which is able to ensure uniform mixing of the suspension over the entire height of the vessel 1, good homogenization of the batch and rapid dissolution of the solid phase. The necessary disintegration and dispersing effects are also achieved due to the counter-rotating rotation of the closely adjacent blade ends. All these circumstances have a positive effect on the course of the technological process as well as the product quality and production yield.

Aby bylo možno realizovat jednoduchá axiální míchadla o co největším průměru, volí se u nejčastěji užívaných nádob kruhového půdorysu takové umístění obou hřídelů, při němž leží na jedné radiále. Excentricita pomaluběžného míchadla se přitom volí v rozmezí 0,10 až 0,15 průměru nádoby, excentricita rychloběžného hřídele v rozmezí 0,25 až 0,30 průměru nádoby.In order to realize simple axial agitators of the largest possible diameter, in the most commonly used circular-top vessels, the location of the two shafts is chosen to lie on one radial. The eccentricity of the slow-running agitator is selected in the range of 0.10 to 0.15 of the vessel diameter, and the eccentricity of the high-speed shaft is in the range of 0.25 to 0.30 of the vessel diameter.

Počet axiálních lopatkových míchadel na pamaluběžném hřídeli se volí v rozmezí 2 až 6, jejich vzájemná vzdálenost činí 0,15 až 0,30 průměru nádoby, vzdálenost nejnižšího míchadla ode dna nádoby 0,10 až 0,30 průměru nádoby a nejvyššího míchadla od hladiny 0,50 až 0,30 průměru nádoby. Počet lopatek u jednotlivých patrových axiálních míchadel na pomaluběžném hřídeli se volí v rozmezí 2 až 4, zatímco průměr míchadel v rozmezí 0,50 až 0,65 průměru nádoby. Počet lopatek axiálního míchadla na rychloběžném hřídeli se naproti tomu volí v rozmezí 3 až 8 a jejich průměr činí 0,20 až 0,36 průměru nádoby.The number of axial paddle stirrers on the pendulum shaft is chosen in the range of 2 to 6, their mutual distance is 0.15 to 0.30 vessel diameter, the distance of the lowest agitator from the bottom of the vessel is 0.10 to 0.30 vessel diameter and the highest agitator from level 0 50 to 0.30 of the vessel diameter. The number of blades of the individual multi-stage axial agitators on the low-speed shaft is selected in the range of 2 to 4, while the diameter of the agitators is in the range of 0.50 to 0.65 of the vessel diameter. The number of blades of the axial agitator on the high-speed shaft, on the other hand, is chosen in the range of 3 to 8 and their diameter is 0.20 to 0.36 of the vessel diameter.

Lopatky axiálních míchadel na obou hřídelích vykazují vzhledem k rovinám kolmým na osu hřídelů s výhodou sklon 20 až 60°. Jednotlivá axiální míchadla na pomaluběžném hřídeli mohou být nadto navzájem pootočena o 0 až 135° v rovině kolmé k ose hřídele. Úhel pootočení se volí v závislosti na počtu lopatek těchto míchadel, v případě, že míchadla mají jen po dvou lopatkách, volí se úhel pootočení nejlépe 90°, u čtyř lopatek 45°.The blades of the axial stirrers on both shafts preferably have an inclination of 20 to 60 ° with respect to planes perpendicular to the shaft axis. In addition, the individual axial agitators on the low-speed shaft can be rotated with respect to each other by 0 to 135 ° in a plane perpendicular to the shaft axis. The angle of rotation is selected according to the number of blades of these stirrers, in case the stirrers have only two blades, the angle of rotation is preferably 90 °, for four blades 45 °.

Příkladné provedení míchacího zařízení podle vynálezu je dále blíže znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje svislý podélný řez zařízením, v němž je rychloběžný hřídel veden dnem nádoby, obr. 2 půdorysný pohled na zařízení podle obr. 1 a obr. 3 svislý podélný řez zařízením, v němž je rychloběžný hřídel do míchací nádoby zaveden shora.An exemplary embodiment of a mixing device according to the invention is further illustrated in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a vertical longitudinal section through a device in which a high-speed shaft is guided through the bottom of the container; Fig. 2 is a plan view of the device of Figs. a section through a device in which the high-speed shaft is introduced into the mixing vessel from above.

Míchací zařízení ve znázorněném provedení tvoří míchací nádoba 1 s duplikátorovým pláštěm uzpůsobeným pro průtok ohřevného, popřípadě chladicího prostředí. Dno nádoby 1 je v provedení podle obr. 1 a 2 vytvořeno jako klenuté, v provedení podle obr. 3 jako kuželové. Nádoba je dále opatřena dvěma excentricky umístěnými hřídeli: pomaluběžným hřídelem 2 a rychloběžným hřídelemThe mixing device in the embodiment shown forms a mixing vessel 1 with a duplicator jacket adapted for the flow of the heating or cooling medium. The bottom of the container 1 in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 is designed as arched, in the embodiment according to FIG. 3 as conical. The vessel is further provided with two eccentrically positioned shafts: a low speed shaft 2 and a high speed shaft

5. Na pomaluběžném hřídeli 2 jsou v patrovém uspořádání nad sebou upevněna axiální lopatková míchadla 3, 4. Rychloběžný hřídel 5 je naproti tomu opatřen jediným axiálním lopatkovým míchadlem B. Pomaluběžný hřídel .2 je u obou znázorněných provedení situován shora. Rychloběžný hřídel 5 je v uspořádání podle obr. 1 a 2 situován zespodu, přičemž na něm upevněné axiální míchadlo 6 se nalézá v blízkosti klenutého dna nádoby 1. Toto uspořádání se volí obvykle u míchacích nádob menšího průměru, kdy je obtížné realizovat dva pohony shora. Optimální vzdálenost axiálního míchadla 6 na rychloběžném hřídeli 5 ode dna nádoby 1 činí — z hlediska maximálního omezení délky hřídele 5 — 0,10 průměru nádoby 1.5. On the low-speed shaft 2 axial impeller stirrers 3, 4 are mounted one above the other in the storey arrangement. The high-speed shaft 5, on the other hand, is provided with a single axial impeller B, and the slow-running shaft 2 is situated above. The high-speed shaft 5 is situated from the bottom in the arrangement according to FIGS. 1 and 2, and the axial agitator 6 mounted thereon is located near the arched bottom of the container 1. This arrangement is usually chosen for smaller diameter mixing containers where two drives from above are difficult. The optimum distance of the axial agitator 6 on the high-speed shaft 5 from the bottom of the container 1 is - with respect to the maximum limitation of the shaft length 5 - 0.10 of the diameter of the container 1.

V provedení podle obr. 3 je rychloběžný hřídel 5 do nádoby 1 zaveden shora, přičemž rychloběžné axiální míchadlo 6 se nalézá přibližně v polovině výšky kapalinové náplně. Výhodou tohoto řešení je zkrácená délka hřídele při pohonu shora, zjedodušená konstrukce pohonu i jednodušší konstrukce těsnění hřídele.In the embodiment of FIG. 3, the high-speed shaft 5 is introduced into the container 1 from above, with the high-speed axial agitator 6 being located approximately half the height of the liquid charge. The advantage of this solution is shortened shaft length when driven from above, simplified drive construction and simpler shaft seal design.

Nejnižší axiální míchadlo 4 na pomaluběžném hřídeli 2 vykazuje u obou alternativních provedení průměr menší než horní míchadla 3. Je takto přizpůsobeno jednak tvaru profilovaného dna, jednak — u provedení podle obr. 1 a 2 — i umístění rychloběžného míchadla B nade dnem nádoby 1. U všech provedení jsou jak patrová axiální míchadla 3, 4 na pomaluběžném hřídeli 2, tak i axiální lopatkové míchadlo 6 na rychloběžném hřídeli 5 opatřena vždy čtyřmi lopatkami 7, 8, 9, které vykazují oproti rovinám kolmým k ose hřídelů 2 a 5 shodný sklon 45°. Patrová axiální míchadla 3, 4 jsou nadto ještě navzájem v horizontální rovině pootočena o 45°, jak je dobře patrno z půdorysného pohledu na obr. 2.In both alternative embodiments, the lowest axial agitator 4 on the low-speed shaft 2 has a diameter smaller than the upper agitator 3. It is thus adapted both to the shape of the profiled bottom and to the position of the high-speed agitator B above the bottom of the vessel 1. In all embodiments, both the multi-stage axial stirrers 3, 4 on the low-speed shaft 2 and the axial impeller 6 on the high-speed shaft 5 are each provided with four blades 7, 8, 9 which have a 45 ° inclination relative to planes perpendicular to the axes of shafts 2 and 5. . In addition, the multi-stage axial stirrers 3, 4 are rotated by 45 ° in the horizontal plane, as can be seen from the top view of FIG. 2.

Uspořádání míchacího zařízení podle vynálezu není ovšem omezeno jen na proveΊ S 0 3 9 3 dění znázorněná na výkrese. Měnit se může kupříkladu celkový počet patrové uspořádaných axiálních lopatkových míchadel na pomaluběžném hřídeli, který se určuje podle relativní štíhlosti míchací nádoby. V souvislosti s fyzikálními vlastnostmi zpracovávané vsádky a s požadovaným hydrodynamickým režimem se může volit i jiný sklon lopatek jednotlivých axiálních míchadel, stejně jako i jiný počet lopatek. V závislosti na počtu lopatek je pak možno volit i jiný úhel pootočení u patrových míchadel na pomaluběžném hřídeli. Při provedení nádoby s rovným dnem a při vhodném umístění rychloběžného hřídele není popřípadě nut— pracovní objem míchací nádoby — průměr míchací nádoby — výška hladiny v nádobě — počet a typ míchadel na pomaluběžném hřídeli — průměr míchadel horních — průměr míchadla spodního — frekvence otáček — typ míchadla na rychloběžném hřídeli — průměr míchadla — frekvence otáček — výkon elektromotorů — doba homogenizaceHowever, the arrangement of the mixing device according to the invention is not limited to the embodiment shown in the drawing. For example, the total number of tray-mounted axial paddle stirrers on the low-speed shaft can be varied, which is determined by the relative slenderness of the mixing vessel. Depending on the physical properties of the batch to be processed and the desired hydrodynamic regime, a different blade pitch of the individual axial agitators as well as a different number of blades can be chosen. Depending on the number of blades, it is also possible to select a different rotation angle for the multi-stage stirrers on the low-speed shaft. If the vessel is designed with a flat bottom and suitable positioning of the high-speed shaft is not necessary - working volume of the mixing vessel - diameter of the mixing vessel - level in the vessel - number and type of low-speed stirrers - diameter of upper stirrers - diameter of bottom stirrer - speed agitators on high-speed shaft - agitator diameter - speed frequency - output of electric motors - homogenization time

Zjištěné hodnoty 1 průběh zkoušek potvrdily účelnost konstrukčního uspořádání míchacího zařízení podle vynálezu i jeho přižil no snížit průměr nejnižšího axiálního míchadla na pomaluběžném hřídeli, atp.The values obtained in the course of the tests confirmed the expediency of the design of the mixing device according to the invention and its use, but it has the effect of reducing the diameter of the lowest axial agitator on the low-speed shaft, etc.

Obecně je možno míchací zařízení podle vynálezu použít ve všech oborech chemické a hydrometalurgické výroby, kde je účelné docílit maximálního homogenlzačního účinku bez použití pevných vestaveb, tedy kupříkladu v případech, kdy hrczí nebezpečí nalepení či usazení pevných složek směsí na statických vestavbách.In general, the mixing device according to the invention can be used in all branches of chemical and hydrometallurgical production, where it is expedient to achieve maximum homogenization effect without the use of fixed installations, i.e., when there is a danger of sticking or settling solid components on static installations.

V níže uvedené tabulce jsou informativně předloženy hodnoty a parametry docílené při zkušebním chodu poloprovozního zařízení pro výrobu fotografických emulzí.In the table below, the values and parameters achieved in the pilot run of the pilot plant for the production of photographic emulsions are presented for information purposes.

(m³) (mm) (mm) (mm) (mm) (min¹) (min^-1) (kW) (min) (mm)(m ³ ) (mm) (mm) (mm) (mm) (min ¹ ) (min ^-1 ) (kW) (min) (mm)

1,1 1 100 11001.1 1,100 1100

4, čtyřlopatková, sklon 45°4, four-blade, 45 ° slope

640 500 47 čtyřlopatkové, sklon 45°640 500 47 4-blade, 45 ° incline

250 200250 200

2,2 : 1,5 15 nivý vliv na splnění technologických požadavků a zvýšení kvality výrobku i hospodárnosti výroby.2.2: 1.5 15 has a positive impact on meeting technological requirements and improving product quality and economy of production.

Claims

Mixing device for the suspension homogenization, comprising a mixing vessel and a mixing set therein, comprising an eccentrically positioned low-speed shaft with multi-stage axial paddle stirrers, characterized in that the mixing set is complemented by another axial paddle stirrer (6) mounted on a high-speed, eccentrically positioned shaft (5), wherein the direction of rotation of the two shafts (2, 5) is opposite, whereas the inclination of the blades (7, 8, 9) of all axial agitators (3, 4, 6) relative to planes perpendicular shaft axes (2, 5) are identical.

2. Mixing device according to claim 1, characterized in that in the mixing vessel of circular plan, the low-speed shaft (2) and the high-speed shaft (5) are located on one radial, the eccentricity of the low-speed shaft (2) being 0.10 to 0.15 diameter. the eccentricity of the high-speed shaft (5) 0.25 to 0.30 of the diameter of the vessel (1).

OF THE INVENTION

Mixing device according to Claims 1 and 2, characterized in that the number of axial impeller stirrers (3, 4) on the low-speed shaft (2) is selected in the range of 2 to 6, their mutual distance in the range of 0.15 to 0.30 diameter vessel (1), the distance of the lowest agitator (4) from the bottom of the vessel (1) between 0.10 and 0.30 vessel diameter and the highest agitator (3) from the level between 0.05 and 0.30 vessel diameter (1) wherein the number of blades (7, 8) of the individual stirrers (3, 4) ranges from 2 to 4 and the diameter of the stirrers (3, 4) ranges from 0.50 to 0.65 of the vessel diameter, while the number of blades of the axial stirrer (6) ) on the high-speed shaft (5) is selected in the range of 3 to 8 and the diameter of the stirrer (6) in the range of 0.20 to 0.36 of the diameter of the vessel (1).

Mixing device according to Claims 1 to 3, characterized in that the blades (7, 8, 9) of the axial agitators (3, 4, 6) on both shafts (2, 5) have relative to planes perpendicular to the axles of the shafts (2, 5). 5) an inclination of 20 to 60 °.

, 25039 3

Mixing device according to Claims 1 to 4, characterized in that the axial impeller stirrers (3, 4) on the low-speed shaft (2) are rotated relative to each other in a plane perpendicular to the axis of the shaft (2) by 0 to 135 °.

Mixing device according to Claim 5, characterized in that the axial impeller stirrers (3, 4) on the low-speed shaft (2j) are rotated relative to each other by 45 ° or 90 °.

Mixing device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the high-speed shaft (5) is introduced into the mixing vessel (1) by a bottom, the distance of the axial paddle stirrer (6) mounted thereon from the bottom of the vessel (1) is 0.05 to 0.4 of the diameter of the vessel (1j) and wherein the lowest axial agitator (4) on the low-speed shaft (2) optionally has a diameter reduced to 0.4 to 0.5 of the diameter of the vessel (1).

Mixing device according to Claims 1 to 6, characterized in that the high-speed shaft (5j) is introduced into the mixing vessel from above, the distance of the axial paddle stirrer (6) mounted thereon from the bottom of the vessel (1) is 0.05 to 0.75 container diameter.