RU2142332C1

RU2142332C1 - Rotor-type pulsation apparatus

Info

Publication number: RU2142332C1
Application number: RU98116759A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Шварцман; Владимир Петрович Власов; Леонид Петрович Караманов; Валерий Федорович Кобзев; Ашок Прасад Чакрам
Original assignee: Шварцман Леонид Моисеевич; Владимир Петрович Власов; Леонид Петрович Караманов; Валерий Федорович Кобзев; Ашок Прасад Чакрам
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: chemical machine engineering. SUBSTANCE: apparatus has chamber 5 for preliminary mixing with hollow wall. Outer wall of cavity 10 is solid and smooth one, its inner wall is in the form of helix and it has openings. Chamber 5 for preliminary mixing and source 11 of additional ingredients are mutually joined through cavity 10. When additional liquid ingredient is used inner wall of cavity 10 has pore-like openings and heating units 13 are arranged inside cavity 10. When additional solid ingredient is used cavity 10 has inner wall of elastic material. EFFECT: enhanced stability, homogeneity and fineness degree of prepared mixture including hard-to-mix components. 4 cl, 1 dwg

Description

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). The invention relates to the field of chemical engineering and can be used in rotary devices for the preparation of dispersed mixtures of emulsions and (or) suspensions in various fields of technology (refining of petroleum products, production of detergents, food and pharmaceutical industries).

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. A known apparatus that acts as a mixer-dispersant and works on the principle of rotary apparatus, containing a conical housing with inlet and outlet openings, made in oval cross-section, and a vertical shaft located along the longitudinal axis of the housing, the housing having at least an inner side three recesses are oval in shape, and the mixing body is made in the form of spring-loaded main and additional hemispherical elements arranged in at least three rows along the length of the vertical shaft relative to the vertical shaft and provided with a rod of resilient material (A. c. SU 1828762). This apparatus provides intensive mixing and dispersion of mixtures.

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. However, this apparatus does not allow to obtain high homogeneity and finely dispersed structure of the resulting mixture. In addition, it is not intended to introduce into the apparatus during processing a mixture of additional ingredients, including in the form of solid particles.

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. Of the known devices, the closest to the proposed one is a rotary pulsation apparatus containing a housing, mainly a cylindrical, vertical shaft located along its longitudinal axis and connected to an electric motor mounted on the top cover of the housing, and preliminary, main and additional mixing chambers made in the housing, the first of which is made communicating through a pipeline system with a source of additional ingredients and is provided with at least one inlet, and in the morning, blades with a curved belt mounted on a vertical shaft are placed, the main mixing chamber is made in communication with the preliminary mixing chamber by means of an opening in the side wall of the housing, inside it there is a stator formed by protrusions in its lower part, located symmetrically to the longitudinal axis of the housing and having the shape of trapezoidal teeth fixed on the vertical shaft of the blade of the main mixing chamber and a rotor made in the form of a disk with holes similar to the stator protrusions, in addition The mixing chamber is made in communication with the main mixing chamber through an opening located in the lower part of the latter around the vertical shaft, two rows of elastic blades mounted on a vertical shaft and stationary elastic blades located between them, fixed on the side walls of the housing, are placed in the additional mixing chamber at the bottom of the additional mixing chamber, an outlet is made and a safety valve is placed (US 4332486). In this apparatus, the wall of the preliminary mixing chamber is solid, and a heated reservoir is placed inside this chamber, through which additional ingredients from the source of additional ingredients enter the chamber.

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. This apparatus, however, does not ensure the achievement of the highest degree of stability of the prepared mixture with high homogeneity and finely dispersed structure, especially for difficultly mixed components. And this is very important, for example, for liquid fuels of internal combustion engines and boiler units. This apparatus does not make it possible to prepare such, for example, mixtures that would make it possible to increase the octane number of gasoline fuel as additives.

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. The problem solved by the invention is to create a rotary pulsation apparatus, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the invention is to increase the stability, homogeneity and fineness of the mixture prepared by the rotor-pulsation apparatus, including difficultly mixed components.

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. This is achieved by the fact that in a rotary pulsation apparatus comprising a housing, mainly a cylindrical, vertical shaft located along its longitudinal axis and connected to an electric motor mounted on the top cover of the housing, and preliminary, main and additional mixing chambers made in the housing, the first of which is made communicating by means of a piping system with a source of additional ingredients and provided with at least one inlet, and inside it are placed fastened to to the curved shaft of the blade with a curved belt, the main mixing chamber is made in communication with the preliminary mixing chamber by means of an opening in the side wall of the housing, inside it there is a stator formed by protrusions in its lower part located symmetrically to the longitudinal axis of the housing and having the shape of trapezoidal teeth mounted on a vertical shaft the blades of the main mixing chamber and the rotor, made in the form of a disk with holes similar to the stator protrusions, an additional mixing chamber is made with communicating with the main mixing chamber through an opening located in the lower part of the latter around the vertical shaft, two rows of elastic blades mounted on a vertical shaft and fixed elastic blades located between them are fixed on the side walls of the housing and in the lower part of the additional chamber the mixing outlet is made and the safety valve is placed, the wall of the preliminary mixing chamber is hollow, while the outer wall of the cavity in polyene continuous and smooth, its inner wall has a spiral screw shape, and is provided with holes, and communication between the pre-mixing chamber and a source of additional ingredients accomplished through the cavity. The holes in the inner wall of the cavity can be made in the form of pores, and heating elements can be placed inside this cavity. The inner wall of the cavity can be made of cermet. The inner wall of the cavity may be made of elastic material.

Новым в изобретении является выполнение предварительной камеры смешивания. New in the invention is the implementation of the preliminary mixing chamber.

На чертеже показан вариант конструкции роторно-пульсационного аппарата в продольном разрезе. The drawing shows a design variant of a rotary pulsation apparatus in longitudinal section.

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. It contains a housing, for example a cylindrical one, 1 with a top cover 2 on which an electric motor 3 is placed. A vertical shaft 4 is placed along the longitudinal axis of the housing 1. Preliminary 5, main 6 and additional 7 mixing chambers are made in housing 1.

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. The preliminary mixing chamber 5 is located in the upper part of the housing 1 and has a predominantly cylindrical shape. In its upper part there is at least one inlet 8. On the vertical shaft 4 there are fixed blades 9 having a curved belt (thickening towards the side against the direction of rotation). The wall of the pre-mixing chamber 5 is hollow. The outer (outer) wall of the cavity 10 is solid and smooth. Its inner wall is made of spiral-helix with holes. The cavity 10 communicates with the source of the additional ingredients 11 through the pipe 12. For the case of the liquid additional ingredient, one of the options for the rotary-pulsating apparatus involves making holes in the outer wall of the cavity 10 in the form of pores, and heating elements 13 are placed in the cavity itself, which can be made in in the form of electric heating elements or in the form of tubes with superheated steam. The inner wall of the cavity 10 is made, for example, of cermet. For the case of a solid additional ingredient, the inner wall of the cavity 10 is made of an elastic material, such as steel.

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. The main mixing chamber 6 has a predominantly cylindrical shape, is located in the central part of the housing 1 and communicates with the preliminary mixing chamber through an opening (passage) along the longitudinal axis of the housing 1 and formed by its walls (not indicated in the drawing). A stator 14 and a rotor 15 are placed in the main mixing chamber. The rotor 15 is mounted on a vertical shaft 4 and is made in the form of a disk, the upper part of which is flat, and the holes (recesses) are made in the lower part. The stator 14 is the lower part of the main mixing chamber 6, having protrusions in the form of trapezoidal teeth, which are arranged concentrically with respect to the longitudinal axis of the housing 1 uniformly radially relative to one another. The holes in the rotor 15 have a shape and size similar to the shape and size of the protrusions of the stator 14. The concentric circles above which these holes are located have radii different from the radii of the concentric circles above which the protrusions of the stator 14 are located. In the main mixing chamber 6 on a vertical shaft 4, blades 16 are also fixed, which can be made similar to blades 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. The additional mixing chamber 7 communicates with the main mixing chamber 6 through an opening 17 around the vertical shaft 4. Two rows of elastic blades 18 are mounted on the vertical shaft 4. Fixed elastic blades 19 are located between them and are mounted on the side walls of the additional mixing chamber 7. B at the bottom of this chamber, an outlet 20 is made, and a safety valve 21 is also placed.

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. Rotary pulsation apparatus operates as follows. The liquid mixture to be processed from emulsions and (or) suspensions enters through the inlet 8 into the preliminary mixing chamber 5. When the electric motor 3 is turned on, a vertical shaft 4 starts to rotate. An additional ingredient comes under pressure from the source of additional ingredients 11 through the piping system 12 into the cavity 10. in the form of a liquid or solid particles. The additional liquid ingredient under the action of the heating elements 13 is converted into gas, which in the form of microdrops passes through the pores of the inner wall of the cavity 10 and then condenses on its outer wall. The condensed microdrops of the additional liquid ingredient are deformed into droplets of the liquid mixture flowing along the spiral-helical wall of the cavity 10 and form a dispersed stable liquid mixture (emulsion or suspension). When an additional ingredient is supplied to the cavity 10 in the form of solid particles, when the liquid mixture flows through the holes of the inner wall of the cavity 10, these particles dissolve. In this case, the vibration that occurs in the elastic wall of the cavity 10, contributes to a more complete dissolution of solid particles and prevents stuck individual particles in the holes of this wall.

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. Under the pressure created by the blades 9 and 16, the liquid mixture is directed to the rotor 15 of the main mixing chamber 6. The rotor 15 and the stator 14 generate a variable resistance to the flow of the liquid mixture. In the liquid mixture flowing through chambers 5 and 6, increased turbulence and increased flow pulsations occur, gas bubbles are formed and destroyed under the action of the arising waves. High-frequency microexplosions and the energy released during this process lead to significant grinding and crushing of liquid particles. This provides the best conditions for dispersing the emulsion and / or suspension.

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. The liquid mixture entering under pressure into the additional mixing chamber 7 is subjected to additional dispersion due to the presence of the blades 18, 19, which create a low-frequency vibration. In addition, directly the vertical shaft 4, which creates high-frequency vibration in the flow of the liquid mixture, also contributes to the quality of the mixture being prepared.

Приготовленная таким образом диспергированная смесь выпускается через выходное отверстие 20. Предохранительный клапан 21 предназначен для стравливания излишнего давления воздуха или газа, освобождающегося при диспергировании. The dispersed mixture thus prepared is discharged through the outlet 20. The safety valve 21 is designed to vent excess pressure of the air or gas released during dispersion.

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). A rotary-pulsation apparatus, made in accordance with the invention, provides liquid mixtures from difficult to mix components, for example, gas condensate and additives for producing diesel fuel or high-octane gasoline. At the same time, the highest degree of dispersion is ensured and high stability of the prepared mixture is achieved (for tens of months).

Claims

1. A rotary-pulsating apparatus comprising a housing, mainly a cylindrical, vertical shaft located along its longitudinal axis and connected to an electric motor mounted on the top cover of the housing, and preliminary, main and additional mixing chambers made in the housing, the first of which is made communicating by piping system with a source of additional ingredients and is equipped with at least one inlet sea, and inside it placed blades mounted on a vertical shaft with with a curvilinear belt, the main mixing chamber is made in communication with the preliminary mixing chamber by means of an opening in the side wall of the housing, inside it there is a stator formed by protrusions in its lower part, located symmetrically to the longitudinal axis of the housing and having the shape of trapezoidal teeth, mounted on the vertical shaft of the blade of the main mixing chamber and a rotor made in the form of a disk with holes similar to the stator protrusions, an additional mixing chamber is made communicating with the main by the measure of mixing through the hole located in the lower part of the latter around the vertical shaft, two rows of elastic blades mounted on a vertical shaft and fixedly elastic blades located between them are fixed on the side walls of the housing, and the output part is made in the lower part of the additional mixing chamber hole and placed safety
a valve, characterized in that the wall of the preliminary mixing chamber is hollow, while the outer wall of the cavity is solid and smooth, its inner wall has a spiral-helical shape and is provided with holes, and communication between the preliminary mixing chamber and the source of additional ingredients is made through this cavity.

2. The rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the holes in the inner wall of the cavity are made in the form of pores, and heating elements are placed inside this cavity.

3. The rotary pulsation apparatus according to claim 2, characterized in that the inner wall of the cavity is made of cermet.

4. The rotary pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the inner wall of the cavity is made of elastic material.