RU2433858C1

RU2433858C1 - Device to average liquid dispersions

Info

Publication number: RU2433858C1
Application number: RU2010114434/05A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Сидоров (RU); Вячеслав Николаевич Сидоров; Анатолий Иванович Зайцев (RU); Анатолий Иванович Зайцев; Александр Анатольевич Мурашов (RU); Александр Анатольевич Мурашов; Елена Викторовна Сохарева (RU); Елена Викторовна Сохарева
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-11-20

Abstract

FIELD: technological processes. ^ SUBSTANCE: invention relates to devices for mixing and dispersion of liquid and solid materials and may be used in chemical industry. The device comprises a vertical body made of coupled shells that form communicating cylindrical chamber and peripheral cylindrical chambers. Outside the device is equipped with a heat exchange jacket. The central cylindrical chamber is equipped with a disc-tooth mixer. Propeller mixers are installed in the peripheral cylindrical chambers. The central cylindrical chamber is connected to peripheral cylindrical chambers by rectangular tangential channels. Channels in the lower part of chambers are opened towards the rotary flow of liquid. Channels in the upper part of chambers are opened along the motion of the rotary flow of liquid in the central cylindrical chamber. Driving shafts of mixers are connected to the drive of rotary motion with the help of a line gear with external engagement, which includes the master gear and slave gears. ^ EFFECT: improved efficiency of mixing and dispersion of liquid and solid materials and reduced gas content of the mixture. ^ 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и диспергирования жидких и твердых материалов во всех отраслях химической промышленности, требующих длительного контакта во время переработки.The invention relates to devices for mixing and dispersing liquid and solid materials in all sectors of the chemical industry, requiring prolonged contact during processing.

Известен смеситель [авторское свидетельство СССР №882577, МПК B01F 7/16, 1981], содержащий вертикальный корпус, в котором установлено несколько мешалок с автономными приводами вращательного движения. В этом смесителе установлены вертикальные перегородки, разделяющие корпус на несколько камер. Недостаток данного смесителя заключается в том, что качественное диспергирование и перемешивание среды требуют значительных окружных скоростей всех мешалок, а следовательно, следует ожидать повышенное содержание газа в смеси.A known mixer [USSR author's certificate No. 882577, IPC B01F 7/16, 1981] containing a vertical housing in which several stirrers with autonomous rotary motion drives are installed. This mixer has vertical partitions that divide the housing into several chambers. The disadvantage of this mixer is that high-quality dispersion and mixing of the medium require significant peripheral speeds of all mixers, and therefore, an increased gas content in the mixture should be expected.

Известно перемешивающее устройство Максимова Н.П. [авторское свидетельство СССР №850193, МПК B01F 7/16, 1981]. Данное перемешивающее устройство содержит вертикальный корпус, выполненный из сопряженных между собой обечаек, которые образуют сообщающиеся камеры, с установленными в них мешалками, соединенными с приводными валами. Недостатками данного устройства являются низкие осевая циркуляция смеси и скорость диспергирования агрегатов твердой фазы в жидкости.Known mixing device Maksimova N.P. [USSR copyright certificate No. 850193, IPC B01F 7/16, 1981]. This mixing device contains a vertical housing made of mating shells that form interconnected chambers, with agitators installed in them, connected to drive shafts. The disadvantages of this device are the low axial circulation of the mixture and the dispersion rate of the aggregates of the solid phase in the liquid.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аппарат для усреднения жидких дисперсий (прототип), который содержит наибольшее количество общих с изобретением признаков [авторское свидетельство СССР №993991, МПК B01F 7/16, 1983 (прототип)].Closest to the proposed technical essence is an apparatus for averaging liquid dispersions (prototype), which contains the greatest number of features common with the invention [USSR copyright certificate No. 993991, IPC B01F 7/16, 1983 (prototype)].

Аппарат для усреднения жидких дисперсий содержит вертикальный корпус с теплообменной рубашкой, выполненный из нескольких сопряженных между собой обечаек с установленными в них мешалками, которые соединены с приводными валами.The apparatus for averaging liquid dispersions contains a vertical housing with a heat exchange jacket, made of several mating shells interconnected with agitators installed in them, which are connected to drive shafts.

Усреднение суспензии в аппарате для усреднения жидких дисперсий достигается за счет создания между обечайками направленных потоков жидкости.Averaging the suspension in the apparatus for averaging liquid dispersions is achieved by creating directed fluid flows between the shells.

Недостатком такого аппарата для усреднения жидких дисперсий является трудность получения гомогенных жидких дисперсий с низким газосодержанием. Это обусловлено тем, что интенсификация процесса за счет создания аксиальных противоположно направленных потоков жидкости приводит к сильной турбулизации смеси, а следовательно, и к интенсивному ее газонаполнению. Кроме того, в таких аппаратах для усреднения жидких дисперсий предполагается использование лопастных мешалок, которые не являются диспергирующими устройствами. Использование в данном аппарате для усреднения жидких дисперсий дискозубчатых мешалок (дисольверов), которые являются хорошими диспергаторами, затруднено вследствие их низкой способности к перемешиванию.The disadvantage of such an apparatus for averaging liquid dispersions is the difficulty in obtaining homogeneous liquid dispersions with a low gas content. This is due to the fact that the intensification of the process due to the creation of axial oppositely directed fluid flows leads to strong turbulization of the mixture and, consequently, to its intense gas filling. In addition, in such devices for the averaging of liquid dispersions, the use of paddle mixers, which are not dispersing devices, is assumed. The use in this apparatus for averaging liquid dispersions of tooth-shaped mixers (disolvers), which are good dispersants, is difficult due to their low ability to mix.

Задача изобретения - повышение эффективности перемешивания и диспергирования жидких и твердых материалов и снижение газосодержания смеси.The objective of the invention is to increase the efficiency of mixing and dispersion of liquid and solid materials and to reduce the gas content of the mixture.

Эта задача решается тем, что периферийные цилиндрические камеры выполнены меньшего диаметра по отношению к центральной цилиндрической камере и имеют прямоугольные тангенциальные отверстия для входа и выхода дисперсии, причем в нижней части камер отверстия открыты в одну сторону, в верхней части камер - в противоположную сторону, а приводные валы имеют общий привод, выполненный в виде рядовой зубчатой передачи с внешним зацеплением.This problem is solved in that the peripheral cylindrical chambers are made of a smaller diameter with respect to the central cylindrical chamber and have rectangular tangential openings for dispersion entry and exit, with openings in the lower part of the chambers in one direction, in the upper part of the chambers in the opposite direction, and drive shafts have a common drive, made in the form of an ordinary gear train with external gearing.

Центральная цилиндрическая камера выполнена большего диаметра по сравнению с периферийными цилиндрическими камерами и оснащена дискозубчатой мешалкой. Это обусловлено тем, что основной функцией центральной цилиндрической камеры является разрушение агломератов, смачивание поверхности твердых частиц дисперсионной средой, вытеснение из агломератов газа.The central cylindrical chamber is made of a larger diameter in comparison with the peripheral cylindrical chambers and is equipped with a toothed mixer. This is due to the fact that the main function of the central cylindrical chamber is the destruction of agglomerates, the wetting of the surface of solid particles by a dispersion medium, and the displacement of gas from agglomerates.

Основной функцией периферийных цилиндрических камер является обеспечение радиальной и осевой безударной циркуляции дисперсии с целью ее усреднения, поэтому они оснащены пропеллерными мешалками и имеют прямоугольные тангенциальные отверстия для входа и выхода дисперсии. В нижней части периферийных цилиндрических камер отверстия открыты навстречу потоку жидкости из центральной цилиндрической камеры. В верхней части периферийных цилиндрических камер отверстия открыты по ходу циркуляции жидкости в центральной цилиндрической камере. Такое движение жидкой дисперсии обеспечивается заданными направлением и скоростью вращения приводных валов мешалок в центральной и периферийной цилиндрических камерах. Они вращаются с разной угловой скоростью и имеют противоположные направления вращения. Это обеспечивается тем, что приводные валы мешалок соединены с приводом с помощью рядовой зубчатой передачи с внешним зацеплением.The main function of the peripheral cylindrical chambers is to ensure radial and axial shockless circulation of the dispersion in order to average it, so they are equipped with propeller mixers and have rectangular tangential openings for the entrance and exit of the dispersion. In the lower part of the peripheral cylindrical chambers, the openings are open towards the fluid flow from the central cylindrical chamber. In the upper part of the peripheral cylindrical chambers, the openings are open during the circulation of the liquid in the central cylindrical chamber. This movement of the liquid dispersion is provided by the specified direction and speed of rotation of the drive shafts of the mixers in the Central and peripheral cylindrical chambers. They rotate at different angular speeds and have opposite directions of rotation. This is ensured by the fact that the drive shafts of the agitators are connected to the drive using an ordinary gear train with external gearing.

На фиг.1 показан предлагаемый аппарат для усреднения жидких дисперсий, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - сечение В-В.Figure 1 shows the proposed apparatus for averaging liquid dispersions, a longitudinal section; figure 2 is a section aa; figure 3 is a section bB; figure 4 - section bb.

Аппарат для усреднения жидких дисперсий содержит вертикальный корпус 1, выполненный из сопряженных между собой обечаек, образующих сообщающиеся центральную цилиндрическую камеру 2 и периферийные цилиндрические камеры 3, 4, 5, 6. Снаружи аппарат для усреднения жидких дисперсий снабжен теплообменной рубашкой 7. Штуцера 8, 9 служат соответственно для ввода и вывода продукта, а штуцера 10, 11 - для подвода и отвода теплоносителя. Центральная цилиндрическая камера 2 снабжена дискозубчатой мешалкой 12. В периферийных цилиндрических камерах 3, 4, 5, 6 установлены пропеллерные мешалки 13. Центральная цилиндрическая камера 2 соединена с периферийными цилиндрическими камерами 3, 4, 5, 6 прямоугольными тангенциальными каналами 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21. Прямоугольные тангенциальные каналы 14, 15, 16, 17, расположенные в нижней части цилиндрических камер, открыты навстречу вращающемуся потоку жидкости. Прямоугольные тангенциальные каналы 18, 19, 20, 21, расположенные в верхней части цилиндрических камер, открыты по ходу движения вращающегося потока жидкости в центральной цилиндрической камере.The apparatus for averaging liquid dispersions contains a vertical housing 1 made of mating shells interconnected, forming a communicating central cylindrical chamber 2 and peripheral cylindrical chambers 3, 4, 5, 6. Outside, the apparatus for averaging liquid dispersions is provided with a heat-exchange jacket 7. Fittings 8, 9 serve respectively for the input and output of the product, and the nozzle 10, 11 - for the inlet and outlet of the coolant. The central cylindrical chamber 2 is equipped with a gear-type agitator 12. Propeller mixers 13 are installed in the peripheral cylindrical chambers 3, 4, 5, 6 13. The central cylindrical chamber 2 is connected to the peripheral cylindrical chambers 3, 4, 5, 6 by rectangular tangential channels 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21. Rectangular tangential channels 14, 15, 16, 17, located in the lower part of the cylindrical chambers, are open towards the rotating fluid flow. Rectangular tangential channels 18, 19, 20, 21 located in the upper part of the cylindrical chambers are open in the direction of rotation of the fluid flow in the central cylindrical chamber.

Приводные валы мешалок соединены с приводом вращательного движения 22 с помощью рядовой зубчатой передачи с внешним зацеплением, которая включает ведущую шестерню 23 и ведомые шестерни 24.The drive shafts of the agitators are connected to the rotational drive 22 using an ordinary gear with external gearing, which includes a drive gear 23 and driven gears 24.

Принцип работы аппарата для усреднения жидких дисперсий заключается в следующем. В аппарат для усреднения жидких дисперсий с помощью штуцера 8 загружается дисперсионная фаза и дисперсионная среда. При включении дискозубчатой мешалки 12 и пропеллерных мешалок 13 жидкость вовлекается во вращательное движение и циркуляцию. С помощью дискозубчатой мешалки 12 осуществляется диспергирование смеси, а пропеллерных мешалок 13 - безударная циркуляция и усреднение дисперсии как в радиальном, так и в осевом направлениях. Причем угловая окружная скорость вращения дискозубчатой мешалки 12 не должна достигать определенного характера течения, известного в гидродинамике как «эффект теста». При таком характере течения жидкости обеспечивается рациональный режим диспергирования и получение агрегативно-устойчивой системы твердое вещество - жидкость с низким газосодержанием и пенообразованием. Использование предложенного аппарата для усреднения жидких дисперсий вместо известных позволит производить, например, диспергирование пигментов в пленкообразующих веществах или их растворах с образованием агрегативно-устойчивых систем с низким содержанием газа без применения химических средств пеноподавления.The principle of operation of the apparatus for averaging liquid dispersions is as follows. In the apparatus for averaging liquid dispersions with the help of the nozzle 8 is loaded the dispersion phase and the dispersion medium. When you turn on the discoder 12 and the propeller agitators 13, the fluid is drawn into the rotational movement and circulation. With the help of a disk gear mixer 12, the mixture is dispersed, and the propeller mixers 13 - shockless circulation and averaging of the dispersion in both radial and axial directions. Moreover, the angular circumferential speed of rotation of the gear mixer 12 should not reach a certain nature of the flow, known in hydrodynamics as the "test effect". With this nature of the fluid flow, a rational dispersion regime is ensured and an aggregate-stable solid system — a liquid with low gas content and foaming — is obtained. Using the proposed apparatus for averaging liquid dispersions instead of known ones will allow, for example, dispersing pigments in film-forming substances or their solutions with the formation of aggregatively stable systems with a low gas content without the use of chemical foam suppressants.

Claims

Apparatus for averaging liquid dispersions, comprising a vertical body with a heat-exchange jacket, made of several mating shells that form interconnected cylindrical chambers with agitators installed in them, connected to the drive shaft, characterized in that the peripheral cylindrical chambers are made of a smaller diameter with respect to the central cylindrical chamber and have rectangular channels for the entrance and exit of the dispersion, and in the lower part of the chambers the openings are open in one direction, in the upper th part chambers - in the opposite direction, and the drive shafts have a common drive, configured as an ordinary transmission with external gearing.