RU2158629C1

RU2158629C1 - Rotary dispersing apparatus

Info

Publication number: RU2158629C1
Application number: RU99109305/12A
Authority: RU
Inventors: С.А. Саушкин; В.Г. Макаренко; М.Г. Макаренко; С.П. Кильдяшев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Катализаторная компания"
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-10

Abstract

FIELD: chemical technology apparatuses operating in flowing medium with use of acoustic high- intensity vibrations; applicable in chemical, oil producing, food and wood-pulp and paper industries for production of fine-grain emulsions, suspensions, saturated solutions and homogeneous mixtures. SUBSTANCE: rotary dispersing apparatus consists of body with inlet and outlet pipes, stator fastened to body and rotor made for rotation in body. Stator is installed between blades and rotor cylinder coaxial to the latter and with clearance between stator internal surface and rotor blades and also between stator external surface and rotor cylinder internal surface equalling 0.1-0.3 mm. Stator slots are made at angle to rotor rotation side and stator teeth have backing off. Rotor blades are installed at angle opposite to rotor rotation. Rotor cylinder has slots opposite to rotor rotation direction. External edge of blades, internal surface of rotor cylinder, external and internal cylindrical surfaces of stator are turned. Blades and rotor cylinder are detachable. EFFECT: intensified process of dispersing with increased service life of apparatuses. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам химической технологии, работающим в проточной среде с использованием акустических колебаний высокой интенсивности, и может быть использовано в химической, нефтяной, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности и предназначено для получения тонких эмульсий, суспензий, насыщенных растворов, гомогенных смесей. The invention relates to apparatuses of chemical technology operating in a flowing medium using high-intensity acoustic vibrations, and can be used in chemical, oil, food, pulp and paper and other industries and is intended to produce thin emulsions, suspensions, saturated solutions, homogeneous mixtures .

Известен широкий класс роторных акустических аппаратов, состоящих из вращающегося ротора, выполненного в виде цилиндра, иногда с лопастями внутри; и расположенного снаружи ротора и соосно ему цилиндрического статора, на боковых поверхностях которых выполнены прорези различной конфигурации, сквозь которые, периодически прерываясь, протекает рабочая среда. Генерируемые при этом акустические колебания возбуждают интенсивный процесс кавитации, который является основным диспергирующим фактором для получения мелкодисперсных эмульсий и суспензий. Иллюстрацией к вышесказанному может служить устройство для создания акустических колебаний в проточной среде (А. с. СССР N 495862, МПК B 06 B 1/18, 1976). Устройство содержит помещенные в рабочую камеру ротор и статор с выполненными по образующим щелям и привод вращения ротора. На статор Z-образного сечения надета крышка, образующая со статором кольцевую герметичную рабочую камеру прямоугольного сечения с отражателем по ее внешней цилиндрической поверхности, радиус которой, например, в два раза больше радиуса внешней цилиндрической поверхности ротора, количество щелей в котором в целое число раз превышает количество щелей в статоре, причем ширина щелей выбрана при определенном соотношении. A wide class of rotary acoustic devices is known, consisting of a rotating rotor made in the form of a cylinder, sometimes with blades inside; and located outside the rotor and coaxially with the cylindrical stator, on the lateral surfaces of which slots of various configurations are made, through which, periodically intermittently, the working medium flows. The acoustic vibrations generated in this process excite an intensive cavitation process, which is the main dispersing factor for obtaining finely dispersed emulsions and suspensions. An illustration to the foregoing can be a device for creating acoustic vibrations in a flowing medium (A. s. USSR N 495862, IPC B 06 B 1/18, 1976). The device comprises a rotor and a stator placed in the working chamber with the rotor rotational drive along the forming slots. A cover is mounted on the stator of the Z-shaped section, forming with the stator an annular tight working chamber of rectangular cross section with a reflector along its outer cylindrical surface, the radius of which, for example, is two times the radius of the outer cylindrical surface of the rotor, the number of slots in which is an integer number of times greater the number of slots in the stator, and the width of the slots is selected at a certain ratio.

Однако оно обладает существенным недостатком - при крупных (более 0,5 мм) твердых включениях в рабочую жидкую среду процесс диспергирования становится весьма длительным, т.к. кавитационные пузырьки при схлапыванни выламывают из твердых включений очень маленькие (порядка нескольких микрон) кусочки, не раскалывая твердые куски диспергируемого материала. К тому же крупные куски зачастую плотно забивают ротор, перекрывают щели, поток жидкости сквозь них прекращается, что полностью останавливает процесс диспергирования. However, it has a significant drawback - with large (more than 0.5 mm) solid inclusions in the working fluid, the dispersion process becomes very long, because cavitation bubbles, when clawing, break out very small (of the order of several microns) pieces from solid inclusions without cracking solid pieces of dispersible material. In addition, large pieces often clog the rotor tightly, block the slots, the fluid flow through them stops, which completely stops the dispersion process.

Известен гидроакустический насос-диспергатор (А.с. СССР N 1639733, МПК⁵ B 01 F 11/02, 7/28, 1991), включающий корпус с рабочей камерой обработки среды, в которой установлены статор и ротор с двумя ступенями нагнетания в виде рабочих колес, на втором из которых по ходу среды расположен прорезной элемент, образующий с прорезным элементом статора диспергирующий орган. Рабочее колесо первой ступени нагнетания и статор снабжены дополнительными прорезными элементами, образующими диспергирующий орган, при этом дополнительный прорезной элемент рабочего колеса выполнен в виде бурта, охватывающего дополнительный прорезной элемент статора, который выполнен с истирающим козырьком и обтекателем, а рабочая камера разделена на три полости, одна из которых расположена между первой и второй ступенями нагнетания, а две другие - соответственно на их входе и выходе, причем истирающий козырек и обтекатель статора расположены соответственно на входе и выходе диспергирующего органа первой ступени.Known sonar dispersant pump (A.S. USSR N 1639733, IPC ⁵ B 01 F 11/02, 7/28, 1991), comprising a housing with a working chamber for processing the medium, in which a stator and a rotor with two stages of discharge are installed in the form impellers, on the second of which along the medium there is a slotted element forming a dispersing body with a slotted stator element. The impeller of the first injection stage and the stator are equipped with additional slotted elements forming a dispersing body, while the additional slotted impeller element is made in the form of a shoulder covering an additional slotted stator element, which is made with an abrasive visor and fairing, and the working chamber is divided into three cavities, one of which is located between the first and second injection stages, and the other two are respectively at their inlet and outlet, moreover, the abrasive visor and stator cowl p found on the rear, respectively at the inlet and outlet of the first stage of the dispersing body.

Устройство имеет те же недостатки, что и вышеописанное устройство. The device has the same disadvantages as the above device.

Известен также роторный аппарат (А.с. СССР N 1169721, МПК⁴ B 01 F 7/28, 1985), содержащий концентрично размещенные в рабочей камере ротор и статор с отверстиями на боковой поверхности, патрубки входа и выхода среды и обладающий очень мощным кавитационным воздействием на обрабатываемый материал, т. к. треугольные отверстия ротора и статора создают весьма крутой фронт давления. Тем не менее его ротор тоже забивается крупными частицами.Also known is a rotary apparatus (AS USSR N 1169721, IPC ⁴ B 01 F 7/28, 1985), containing a rotor and a stator concentrically placed in the working chamber with holes on the side surface, medium inlet and outlet nozzles and having a very powerful cavitation action on the material being processed, since the triangular openings of the rotor and stator create a very steep pressure front. Nevertheless, its rotor is also clogged with large particles.

Наиболее близким решением к заявленному является роторный аппарат (А.с. СССР N 1824227, МПК⁵ B 01 F 7/28, 1993), состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, статора, закрепленного на корпусе, и ротора, выполненного с возможностью вращения в корпусе, при этом статор установлен между лопатками и цилиндром ротора коаксиально последнему и с зазором между внутренней поверхностью статора и лопатками ротора, а также между внешней поверхностью статора и внутренней поверхностью цилиндра ротора.The closest solution to the claimed one is a rotary apparatus (A.S. USSR N 1824227, IPC ⁵ B 01 F 7/28, 1993), consisting of a housing with inlet and outlet nozzles, a stator mounted on the housing, and a rotor configured to rotation in the housing, while the stator is installed between the blades and the rotor cylinder coaxially to the latter and with a gap between the inner surface of the stator and the rotor blades, as well as between the outer surface of the stator and the inner surface of the rotor cylinder.

Однако, если твердые включения имеют вид плоских пластин, то, прижимаясь плоскостью к статору, они скользят по нему, перекрывают отверстия, задерживают обрабатываемую массу и практически полностью прекращают процесс обработки. However, if solid inclusions have the form of flat plates, then, pressing the plane against the stator, they slide along it, block the holes, delay the treated mass and almost completely stop the processing process.

Задачей, решаемой настоящим изобретением является интенсификация процесса диспергирования путем предварительного измельчения твердого диспергируемого материала между лопастями ротора и зубцами статора. The problem solved by the present invention is the intensification of the dispersion process by pre-grinding a solid dispersible material between the rotor blades and the stator teeth.

Поставленная задача решается при использовании роторно-диспергирующего аппарата, состоящего из корпуса с входным и выходным патрубками, ротора, выполненного с возможностью вращения в корпусе, статора, закрепленного на корпусе и установленного между лопатками и цилиндром ротора коаксиально последнему с зазором между внутренней поверхностью статора и лопатками ротора, зазор между внутренней поверхностью статора и лопатками ротора, а также между внешней поверхностью статора и внутренней поверхностью цилиндра ротора составляет 0,1 - 0,3 мм. The problem is solved when using a rotor-dispersing apparatus, consisting of a housing with inlet and outlet nozzles, a rotor configured to rotate in the housing, a stator mounted on the housing and mounted between the blades and the rotor cylinder coaxially to the latter with a gap between the inner surface of the stator and the blades the rotor, the gap between the inner surface of the stator and the rotor blades, as well as between the outer surface of the stator and the inner surface of the rotor cylinder is 0.1 - 0.3 mm .

Прорези статора выполнены под углом от 5 до 15^o в сторону вращения ротора, а зубцы статора имеют затыловку по внутренней поверхности статора под углом от 5 до 10^o.The stator slots are made at an angle of 5 to 15 ^o in the direction of rotation of the rotor, and the stator teeth have a backing along the inner surface of the stator at an angle of 5 to 10 ^o .

Лопатки ротора установлены под углом от 30 до 60^o против вращения ротора, а цилиндр ротора имеет прорези под углом от 0 до 15^o против вращения ротора.The rotor blades are installed at an angle of 30 to 60 ^o against the rotation of the rotor, and the rotor cylinder has slots at an angle of 0 to 15 ^o against the rotation of the rotor.

Наружный край лопаток, внутренняя поверхность цилиндра ротора, наружная и внутренняя цилиндрические поверхности статора проточены под углом от 5 до 15^o от цилиндрических образующих поверхности.The outer edge of the blades, the inner surface of the rotor cylinder, the outer and inner cylindrical surfaces of the stator are machined at an angle of 5 to 15 ^o from the cylindrical generatrix of the surface.

Лопатки и цилиндр ротора выполнены съемными. The blades and rotor cylinder are removable.

Предлагаемый роторно-диспергирующий аппарат полностью лишен указанных недостатков, т. к. расположение статора между лопатками и цилиндром ротора обеспечивает постоянное перемешивание диспергируемого материала, что препятствует забиванию, а наличие затыловки на зубцах статора приводит к тому, что диспергируемый материал дополнительно измельчается путем сострагивания зубцами статора при движении материала относительно них. The proposed rotor-dispersing apparatus is completely devoid of these drawbacks, since the location of the stator between the blades and the rotor cylinder provides constant mixing of the dispersible material, which prevents clogging, and the presence of backing on the stator teeth leads to the fact that the dispersible material is further crushed by cutting with stator teeth when the material moves relative to them.

Роторно-диспергирующий аппарат, изображенный на фиг. 1 и фиг. 2, состоит из корпуса (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками, вращающегося в корпусе ротора (4), насаженного на вал (5) и закрепленного на валу гайкой (6). Протечки по валу устраняются уплотнением (7). Внутри ротора имеются лопатки (8), установленные под углом ψ = 30^°-60^°. Между лопатками (8) и цилиндром ротора (9) установлен прикрепленный к корпусу (1) статор (10), прорези (11) в котором выполнены под углом α = 5^°-15^°. Дополнительно к этому внутренняя поверхность зубцов статора (10) имеет затыловку под углом β = 5^°-10^°. Прорези (12) в цилиндре ротора (9) тоже могут быть прорезаны под углом δ = 0^°-15^°. Зазор между лопатками (8) и статором (10), а также между статором (10) и внутренней поверхностью цилиндра ротора (9) имеет размер 0,1 - 0,3 мм. С целью регулировки зазора путем перемещения ротора (4) вдоль оси вала (5) обе цилиндрические поверхности статора (10), а также лопатки (8) и внутренняя поверхность цилиндра ротора проточена под углом λ = 5^°-15^°. Для улучшения доступа к внутренней полости ротора лопатки и цилиндр ротора могут быть выполнены съемными.The rotary dispersing apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, consists of a housing (1) with inlet (2) and output (3) nozzles, rotating in the rotor housing (4), mounted on the shaft (5) and fixed on the shaft with a nut (6). Leaks on the shaft are eliminated by the seal (7). Inside the rotor there are blades (8) installed at an angle ψ = 30 ^° -60 ^° . Between the blades (8) and the rotor cylinder (9), a stator (10) is attached to the body (1), the slots (11) in which are made at an angle α = 5 ^° -15 ^° . In addition, the inner surface of the stator teeth (10) has a backing at an angle β = 5 ^° -10 ^° . The slots (12) in the cylinder of the rotor (9) can also be cut at an angle δ = 0 ^° -15 ^° . The gap between the blades (8) and the stator (10), as well as between the stator (10) and the inner surface of the rotor cylinder (9), has a size of 0.1 - 0.3 mm. In order to adjust the gap by moving the rotor (4) along the axis of the shaft (5), both cylindrical surfaces of the stator (10), as well as the blades (8) and the inner surface of the rotor cylinder, are machined at an angle λ = 5 ^° -15 ^° . To improve access to the inner cavity of the rotor, the blades and the cylinder of the rotor can be made removable.

Роторно-диспергирующий аппарат работает следующим образом: обрабатываемая жидкая среда с твердыми включениями (зерна полимера, древесная стружка, зерна растений и т.п.) подается через входной патрубок (2) в полость ротора (4). Центробежной силой, а также лопатками (8) твердые включения прижимаются к статору (10) и интенсивно сострагиваются зубцами статора (10) чем достигается предварительное измельчение материала. Углы прорезей α и затыловки β заставляют работать статор подобно напильнику, надежно и быстро измельчая обрабатываемый материал, который, увлекаясь жидкой средой, проходит через прорези (11) и (12), подвергаясь в потоке акустической обработке. Обработанный материал покидает аппарат через выходной патрубок (3). The rotary-dispersing apparatus operates as follows: the processed liquid medium with solid inclusions (polymer grains, wood chips, plant grains, etc.) is fed through the inlet pipe (2) into the rotor cavity (4). By centrifugal force, as well as by blades (8), solid inclusions are pressed against the stator (10) and intensely cut by the teeth of the stator (10), which ensures preliminary grinding of the material. The angles of the slits α and the backing β force the stator to work like a file, reliably and quickly grinding the processed material, which, being carried away by the liquid medium, passes through the slots (11) and (12), being subjected to acoustic processing in the stream. The processed material leaves the apparatus through the outlet pipe (3).

Таким образом, предлагаемый роторно-диспергирующий аппарат позволяет интенсифицировать процессы диспергирования с одновременным увеличением срока службы аппаратов. Thus, the proposed rotary-dispersing apparatus allows to intensify the dispersion processes while increasing the service life of the apparatus.

Claims

1. Rotor-dispersing apparatus, consisting of a housing with inlet and outlet nozzles, a rotor rotatable in the housing, a stator mounted on the housing and mounted between the blades and the rotor cylinder coaxially to the latter with a gap between the inner surface of the stator and the rotor blades, characterized in that the gap between the inner surface of the stator and the rotor blades, as well as between the outer surface of the stator and the inner surface of the rotor cylinder is 0.1 - 0.3 mm.

2. The rotor-dispersing apparatus according to claim 1, characterized in that the stator slots are made at an angle of 5 - 15 ^o in the direction of rotation of the rotor, and the stator teeth have a backing along the inner surface of the stator at an angle of 5 - 10 ^o .

3. The rotor-dispersing apparatus according to one of claims 1 and 2, characterized in that the rotor blades are installed at an angle of 30 - 60 ^o against the rotation of the rotor, and the rotor cylinder has slots at an angle of 0 - 15 ^o against the rotation of the rotor.

4. The rotor-dispersing apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer edge of the blades, the inner surface of the rotor cylinder, the outer and inner cylindrical surfaces of the stator are machined at an angle of 5-15 ^o from the cylindrical generatrixes of the surface.

5. The rotor-dispersing apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that the blades and rotor cylinder are removable.