RU2792356C1 - Rotor-pulsation apparatus for dispersion, mostly in "liquid-solid" systems - Google Patents
Rotor-pulsation apparatus for dispersion, mostly in "liquid-solid" systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792356C1 RU2792356C1 RU2022129425A RU2022129425A RU2792356C1 RU 2792356 C1 RU2792356 C1 RU 2792356C1 RU 2022129425 A RU2022129425 A RU 2022129425A RU 2022129425 A RU2022129425 A RU 2022129425A RU 2792356 C1 RU2792356 C1 RU 2792356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- rotor
- working chamber
- dispersion
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оборудованию для измельчения дисперсных твердых материалов в потоке жидкости и может быть использовано в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. The invention relates to equipment for grinding dispersed solid materials in a liquid flow and can be used in chemical, pharmaceutical and other industries.
Процессы тонкого измельчения некоторых дисперсных материалов, главным образом пожаро- и взрывоопасных, налагают ряд ограничений на конструктивное исполнение оборудования. Оно должно быть малогабаритным, обладать повышенной технологической эффективностью и отвечать определенным требованиям безопасности.The processes of fine grinding of some dispersed materials, mainly flammable and explosive, impose a number of restrictions on the design of the equipment. It should be small-sized, have increased technological efficiency and meet certain safety requirements.
Использование для указанных целей технологий и оборудования «сухого» измельчения (Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы / под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского, 2-е изд., перераб. и доп., М., Недра, 1982, с. 206) не представляется возможным в силу высокой чувствительности обрабатываемых материалов к внешним механическим воздействиям. Кроме того, при обработке материалов с повышенными диэлектрическими характеристиками возникает опасность накопления значительных по величине зарядов статического электричества, что увеличивает вероятность взрыва пылевоздушной смеси.The use of “dry” grinding technologies and equipment for the indicated purposes (Handbook of ore dressing. Preparatory processes / edited by O.S. Bogdanov, V.A. Olevsky, 2nd ed., revised and additional, M., Nedra, 1982, p. 206) is not possible due to the high sensitivity of the processed materials to external mechanical influences. In addition, when processing materials with high dielectric characteristics, there is a danger of accumulation of significant charges of static electricity, which increases the likelihood of an explosion of a dust-air mixture.
Для обеспечения безопасности и, в ряде случаев, для облегчения измельчения материала, процесс проводят в потоке инертной жидкости, циркулирующей через рабочую камеру, например, аппарата роторно-пульсационного типа (Балабудкин М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности, М., Медицина, 1983, с. 130).To ensure safety and, in some cases, to facilitate the grinding of the material, the process is carried out in a stream of inert liquid circulating through the working chamber, for example, a rotary-pulsation apparatus (Balabudkin M.A. Rotary-pulsation apparatuses in the chemical and pharmaceutical industry, M ., Medicine, 1983, p. 130).
Известен роторно-пульсационный аппарат по авторскому свидетельству СССР №488604, состоящий из двух коаксиально расположенных тел вращения, например, цилиндров, имеющих рифленую боковую поверхность и прорези. Для интенсификации процесса диспергирования на поверхностях, образующих прорези, нанесено дополнительное рифление.Known rotary-pulsation apparatus according to the author's certificate of the USSR No. 488604, consisting of two coaxially arranged bodies of revolution, for example, cylinders having a corrugated side surface and slots. To intensify the dispersion process, additional corrugations are applied on the surfaces forming the slots.
Недостатком данного технического устройства является повышенное гидравлическое сопротивление, способное привести в случае обработки дисперсий со значительной концентрацией твердой фазы к забивке рабочей камеры и нарушению нормального режима его работы.The disadvantage of this technical device is the increased hydraulic resistance, which can lead, in the case of processing dispersions with a significant concentration of the solid phase, to clogging of the working chamber and disruption of its normal operation.
Наиболее близким по техническому исполнению к предлагаемому изобретению является роторно-пульсационный аппарат для получения преимущественно систем «жидкость-жидкость» (Патент РФ №2299091 МПК B01F 3/08; B01F 7/28).The closest in technical performance to the proposed invention is a rotary-pulsation apparatus for obtaining predominantly "liquid-liquid" systems (RF Patent No. 2299091 IPC
Согласно описанию, он предназначен для получения дисперсных систем, преимущественно «жидкость-жидкость». Аппарат включает рабочую камеру с устройством ввода контактирующих фаз и патрубком вывода обрабатываемой среды, а также концентрично установленные в ней ротор и статор, имеющие радиальные каналы. Устройство ввода контактирующих фаз выполнено в виде инжекционного узла смешения, при этом сопло расположено непосредственно в рабочей камере аппарата. Центральная часть ротора имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и, как минимум, с двумя концентричными выступами на боковой поверхности. Расстояние от среза сопла до вершины центральной части ротора составляет от 10 до 15 диаметров отверстия соплового насадка. Отношение высоты углубления к его диаметру находится в диапазоне от 0,20 до 0,25. Отмечается, что указанное техническое решение позволяет получать однородные дисперсные системы.According to the description, it is intended for obtaining dispersed systems, mainly "liquid-liquid". The apparatus includes a working chamber with an input device for the contacting phases and a branch pipe for the output of the processed medium, as well as a rotor and a stator concentrically installed in it, having radial channels. The input device for the contacting phases is made in the form of an injection mixing unit, while the nozzle is located directly in the working chamber of the apparatus. The central part of the rotor has the shape of a truncated cone with a recess at the top and at least two concentric protrusions on the side surface. The distance from the nozzle exit to the top of the central part of the rotor is from 10 to 15 diameters of the nozzle nozzle opening. The ratio of the height of the recess to its diameter is in the range from 0.20 to 0.25. It is noted that this technical solution makes it possible to obtain homogeneous disperse systems.
Работа аппарата осуществляется следующим образом. В центральную часть вращающегося ротора через подводящий канал и боковой патрубок инжекционного узла смешения поступают компоненты обрабатываемой дисперсии. Поток, выходящий из сопла, имеет форму расширяющейся затопленной струи и частично увлекает за собой поток второго компонента. Далее, струя ударяется о поверхность углубления в центральной части ротора и диспергируется на капли.The operation of the device is carried out as follows. The components of the processed dispersion enter the central part of the rotating rotor through the inlet channel and the side branch pipe of the injection mixing unit. The flow exiting the nozzle is in the form of an expanding submerged jet and partially entrains the flow of the second component. Further, the jet hits the surface of the recess in the central part of the rotor and is dispersed into droplets.
В свою очередь, капли, отражаясь от поверхности, подхватываются потоком второго компонента и ударяются о поверхность концентрических кольцевых выступов на роторе.In turn, the drops, reflected from the surface, are picked up by the flow of the second component and hit the surface of the concentric annular protrusions on the rotor.
Отмечается, что такое многоступенчатое предварительное дробление одного из компонентов позволяет получать однородный состав дисперсии. Проходя в дальнейшем через периодически перекрывающиеся радиальные каналы в цилиндрах ротора и статора, дисперсия подвергается дополнительной гидродинамической обработке и выводится из аппарата через тангенциально расположенный патрубок.It is noted that such a multi-stage preliminary crushing of one of the components makes it possible to obtain a homogeneous composition of the dispersion. Passing further through periodically overlapping radial channels in the cylinders of the rotor and stator, the dispersion is subjected to additional hydrodynamic treatment and is removed from the apparatus through a tangentially located branch pipe.
Конструкцию известного роторно-пульсационного аппарата нельзя считать технически совершенной применительно к процессу диспергирования в системах «жидкость-твердое», поскольку в ней высока вероятность «забивки» рабочей камеры обрабатываемым продуктом. Кроме того, возникают трудности, связанные с обеспечением однородности его дисперсного состава после измельчения.The design of the well-known rotary-pulsation apparatus cannot be considered technically perfect in relation to the dispersion process in "liquid-solid" systems, since it has a high probability of "clogging" the working chamber with the processed product. In addition, there are difficulties associated with ensuring the uniformity of its dispersed composition after grinding.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции роторно-пульсационного аппарата для диспергирования преимущественно в системах «жидкость-твердое», исключающей возникновение «забивки» рабочей камеры обрабатываемым продуктом и позволяющей обеспечить однородность получаемой дисперсии при требуемой степени ее измельчения.The objective of the present invention is to develop a design of a rotary-pulsation apparatus for dispersion, mainly in "liquid-solid" systems, which excludes the occurrence of "clogging" of the working chamber with the processed product and makes it possible to ensure the uniformity of the resulting dispersion at the required degree of grinding.
Поставленная задача решается предложенным роторно-пульсационным аппаратом, включающим рабочую камеру с устройством ввода обрабатываемой среды и патрубком для ее вывода, концентрично установленные в ней ротор и статор, в которых имеются радиальные каналы для прохода обрабатываемой среды.The problem is solved by the proposed rotary-pulsation apparatus, which includes a working chamber with a device for input of the processed medium and a branch pipe for its output, a rotor and a stator concentrically installed in it, in which there are radial channels for the passage of the processed medium.
Особенность конструкции заключается в том, что устройство ввода обрабатываемой среды снабжено насадком с цилиндрическим сопловым каналом, имеющим конои-дальную форму входа, а на центральной части ротора установлена плоская отбойная пластина, на поверхности которой имеется насечка.The design feature is that the input device for the medium to be processed is equipped with a nozzle with a cylindrical nozzle channel having a conoidal inlet shape, and a flat baffle plate is installed on the central part of the rotor, on the surface of which there is a notch.
Кроме того, расстояние от среза соплового насадка до поверхности отбойной пластины составляет (3-5)dOC, где dOC - диаметр отверстия соплового насадка.In addition, the distance from the cut of the nozzle nozzle to the surface of the baffle plate is (3-5) d OC , where d OC is the diameter of the nozzle opening.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предложенный роторно-пульсационный аппарат отличается новым конструктивным решением устройства ввода обрабатываемой среды, выполненного в виде насадка с сопловым каналом, вход которого имеет коноидальную форму. При этом, в центральной части ротора установлена плоская отбойная пластина, на поверхность которой нанесена насечка.Comparison of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed rotary pulsation apparatus is distinguished by a new design solution for the input device of the processed medium, made in the form of a nozzle with a nozzle channel, the inlet of which has a conoidal shape. At the same time, in the central part of the rotor, a flat baffle plate is installed, on the surface of which a notch is applied.
Коноидальная форма входной части соплового канала позволяет минимизировать потери энергии струи обрабатываемой среды и исключает его забивку частицами твердой фазы. При этом, кинетическая энергия затопленной струи и ее дальнобойность являются максимальными для конкретного режима истечения, что создает необходимые условия для контакта частиц с отбойной пластиной. Наличие насечки на ее поверхности увеличивает площадь контакта твердой фазы с преградой в момент удара и делает его более эффективным.The conoidal shape of the inlet part of the nozzle channel makes it possible to minimize the energy losses of the jet of the processed medium and excludes its clogging with particles of the solid phase. At the same time, the kinetic energy of the submerged jet and its range are maximum for a specific flow regime, which creates the necessary conditions for the contact of particles with the impact plate. The presence of a notch on its surface increases the contact area of the solid phase with the barrier at the moment of impact and makes it more effective.
На твердых частицах при ударе о пластину образуются так называемые центры понижения прочности (Ходаков Г.С. Физика измельчения, М., Наука, 1972, с. 308). В дальнейшем, при прохождении обрабатываемой среды через пару «ротор-статор» аппарата и, подвергаясь с их стороны мощному ударному воздействию, твердые частицы начинают разрушаться именно в этих местах. Многократное повторение указанного процесса при циркуляции суспензии через рабочие органы аппарата, обеспечивает ее однородность при требуемом уровне измельчения твердой фазы.On solid particles, upon impact with a plate, so-called centers of strength reduction are formed (Khodakov G.S. Physics of grinding, M., Nauka, 1972, p. 308). In the future, when the processed medium passes through the “rotor-stator” pair of the apparatus and, being subjected to a powerful impact from their side, solid particles begin to break down precisely in these places. Multiple repetition of this process during the circulation of the suspension through the working bodies of the apparatus ensures its uniformity at the required level of grinding of the solid phase.
Технологический эффект обеспечивается также оптимальным расположением среза соплового насадка относительно поверхности отбойной пластины.The technological effect is also ensured by the optimal location of the cut of the nozzle nozzle relative to the surface of the baffle plate.
Таким образом, заявляемая конструкция роторно-пульсационного аппарата позволяет реализовать двухстадийную схему диспергирования в системах «жидкость-твердое», когда на первом этапе обработки прочность поверхности материала искусственно понижается за счет его прямого соударения с отбойной пластиной, а на втором - происходит окончательное разрушение в результате механического воздействия со стороны пары «ротор-статор».Thus, the proposed design of the rotary-pulsation apparatus allows the implementation of a two-stage dispersion scheme in the "liquid-solid" systems, when at the first stage of processing the surface strength of the material is artificially reduced due to its direct impact with the impact plate, and at the second - final destruction occurs as a result mechanical impact from the "rotor-stator" pair.
Таким образом, заявляемый роторно-пульсационный аппарат соответствует критерию «новизна».Thus, the proposed rotary-pulsation apparatus meets the criterion of "novelty".
Сравнение заявляемой конструкции с прототипом и другими техническими решениями показало, что роторно-пульсационный аппарат, в котором бы имело место предложенное сочетание признаков, неизвестен.Comparison of the proposed design with the prototype and other technical solutions showed that the rotary-pulsation apparatus, in which the proposed combination of features would take place, is unknown.
Но, именно совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого решения позволила создать конструкцию, обладающую улучшенными функциональными характеристиками и надежностью.But, it was the combination of features that are distinctive from the prototype with the rest of the essential features of the proposed solution that made it possible to create a design with improved functional characteristics and reliability.
Предлагаемая совокупность признаков позволяет организовать механизм взаимодействия обрабатываемой среды с рабочими органами аппарата, исключающий возникновение «забивки» рабочей камеры и обеспечивающий однородность дисперсного состава конечного продукта при необходимой степени его измельчения.The proposed set of features makes it possible to organize a mechanism for the interaction of the processed medium with the working bodies of the apparatus, which excludes the occurrence of "plugging" of the working chamber and ensures the uniformity of the dispersed composition of the final product at the required degree of grinding.
Вышесказанное дает возможность считать, что заявляемое техническое решение обладает изобретательским уровнем.The foregoing makes it possible to consider that the claimed technical solution has an inventive step.
При этом, обозначенное расстояние от среза соплового насадка до поверхности отбойной пластины обеспечивает оптимальный режим взаимодействия затопленной струи обрабатываемой среды с поверхностью пластины.At the same time, the indicated distance from the cut of the nozzle nozzle to the surface of the impact plate provides the optimal mode of interaction of the submerged jet of the treated medium with the surface of the plate.
В том случае, если указанное расстояние меньше чем 3dOC, то угол раскрытия струи недостаточен для обеспечения эффективного контакта обрабатываемых частиц со всей поверхностью отбойной пластины. В конечном итоге, это снижает качественные показатели работы аппарата. Напротив, при расстояниях больших чем 5dOC, струя в значительной степени теряет свою энергию и эффект от ударного взаимодействия твердых частиц с пластиной исчезает, что также ухудшает работу аппарата.In the event that the specified distance is less than 3d OC , then the jet opening angle is insufficient to ensure effective contact of the processed particles with the entire surface of the impact plate. Ultimately, this reduces the quality of the device. On the contrary, at distances greater than 5d OC , the jet loses its energy to a large extent and the effect of the impact interaction of solid particles with the plate disappears, which also worsens the operation of the apparatus.
Заявленная конструкция представлена на фиг. 1; на фиг. 2 - вид А.The claimed design is shown in Fig. 1; in fig. 2 - view A.
В состав роторно-пульсационного аппарата входит цилиндрическая рабочая камера 1, снабженная крышкой 2 с размещенным на ней устройством ввода обрабатываемой среды 3. Устройство представляет собой патрубок, имеющий насадок 4 с цилиндрическим сопловым каналом 5, выполненный с коноидальной формой входа. Непосредственно, в камере 1 расположен ротор 6, вращение которого осуществляется от привода (не показан).The composition of the rotary-pulsation apparatus includes a
В центральной части ротора установлена плоская отбойная пластина 7, с нанесенной на ее поверхность насечкой 8.In the central part of the rotor, a
Периферийная часть ротора снабжена тремя коаксиальными цилиндрами 9 с радиальными прямоугольными каналами для прохода обрабатываемой среды. На крышке 2 концентрично по отношению к цилиндрам 9 ротора расположены два цилиндра 10 статора. Цилиндры статора также имеют радиальные прямоугольные каналы. Вывод обработанного продукта производится через тангенциально расположенный патрубок 11 в обечайке рабочей камеры.The peripheral part of the rotor is equipped with three coaxial cylinders 9 with radial rectangular channels for the passage of the processed medium. On the
Работа аппарата осуществляется следующим образом. Обрабатываемая среда (суспензия) под избыточным давлением через устройство ввода 3, закрепленное на крышке 2, поступает в рабочую камеру 1 роторно-пульсационного аппарата. Формирование струи, определяющее ее динамические характеристики, происходит при прохождении через насадок 4 с цилиндрическим каналом 5. Выходя из насадка, струя расширяется и ударяется о рабочую поверхность отбойной пластины 7 с насечкой 8, которая установлена в центральной части ротора 6. В результате ударов в частицах возникают центры понижения прочности, приводящие, в дальнейшем, к их разрушению. Далее, под действием центробежных сил, частицы суспензии проходят через периодически перекрывающиеся каналы в цилиндрах 9 ротора и 10 статора. При этом на них действуют мощные ударные и истирающие нагрузки со стороны рабочих органов аппарата и знакопеременное давление. В итоге, это приводит к окончательному измельчению частиц и получению однородной дисперсии, которая выводится из аппарата через патрубок 11.The operation of the device is carried out as follows. The processed medium (suspension) under excess pressure through the
Таким образом, предлагаемая конструкция роторно-пульсационного аппарата для диспергирования преимущественно в системах «жидкость-твердое» практически реализуема.Thus, the proposed design of a rotary-pulsation apparatus for dispersion, mainly in "liquid-solid" systems, is practically feasible.
Имеется опытный образец, прошедший экспериментальную проверку. Следовательно, заявляемое техническое решение обладает промышленной применимостью.There is a prototype that has passed experimental verification. Therefore, the proposed technical solution has industrial applicability.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2792356C1 true RU2792356C1 (en) | 2023-03-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2641453A (en) * | 1951-04-21 | 1953-06-09 | Nat Gypsum Co | Pin mixer |
| US3744763A (en) * | 1970-01-30 | 1973-07-10 | Bayer Ag | Apparatus for producing emulsions or suspensions |
| SU488604A1 (en) * | 1972-11-03 | 1975-10-25 | Ленинградский химико-фармацевтический институт | Rotary pulsation apparatus |
| SU1479088A1 (en) * | 1987-05-27 | 1989-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений | Rotary apparatus |
| RU2299091C1 (en) * | 2005-11-16 | 2007-05-20 | Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН | Rotary-pulsating apparatus for predominantly production of the "liquid-liquid" systems" |
| RU2636486C1 (en) * | 2016-12-20 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Rotary pulsating machine |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2641453A (en) * | 1951-04-21 | 1953-06-09 | Nat Gypsum Co | Pin mixer |
| US3744763A (en) * | 1970-01-30 | 1973-07-10 | Bayer Ag | Apparatus for producing emulsions or suspensions |
| SU488604A1 (en) * | 1972-11-03 | 1975-10-25 | Ленинградский химико-фармацевтический институт | Rotary pulsation apparatus |
| SU1479088A1 (en) * | 1987-05-27 | 1989-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений | Rotary apparatus |
| RU2299091C1 (en) * | 2005-11-16 | 2007-05-20 | Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН | Rotary-pulsating apparatus for predominantly production of the "liquid-liquid" systems" |
| RU2636486C1 (en) * | 2016-12-20 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Rotary pulsating machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2653801A (en) | Process and apparatus for dispersing a substance in a liquid | |
| US5266160A (en) | Method of an apparatus for treating pulp | |
| US5024647A (en) | Centrifugal contactor with liquid mixing and flow control vanes and method of mixing liquids of different phases | |
| RU2792356C1 (en) | Rotor-pulsation apparatus for dispersion, mostly in "liquid-solid" systems | |
| RU2637216C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2299091C1 (en) | Rotary-pulsating apparatus for predominantly production of the "liquid-liquid" systems" | |
| US9821252B2 (en) | Fluid separation systems and methods | |
| RU2620652C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2633554C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2727298C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2757743C1 (en) | Dispersant | |
| NL8001569A (en) | METHOD FOR TREATING CRUDE OIL. | |
| JPH0899047A (en) | Wet-type medium dispersing apparatus | |
| KR20210017226A (en) | Gasoline fractionator with particle separation function | |
| RU2728226C1 (en) | Disintegrator | |
| KR20210017227A (en) | Gasoline fractionator with particle separation function | |
| RU2802947C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2530161C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2794796C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2041395C1 (en) | Pump-dispergator | |
| RU2797597C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2625500C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2748680C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2735425C1 (en) | Disintegrator | |
| RU2117525C1 (en) | Centrifugal mixer |