SU1169721A1 - Роторный аппарат - Google Patents

Description

Изобретение относится к аппаратам химической технологии с нестационарными течениями и может быть использовано в химической, нефтяной, автомобильной, пищевой, машиностроитель- 5 ной, целлюлозно-бумажной, авиацион- —· ной и других отраслях промышленности для получения тонких эмульсий, суспензий, насыщенных растворов, гомогенных смесей.

Целью изобретения является интенсификация процесса диспергирования путем повышения степени кавитационной обработки.

На фиг. 1 схематично изображен аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - зависимость площади проходного сечения прямоугольных отверстий от времени; на фиг. 4 - зависимость 20 скорости рабочей среды на выходе из модулятора при прямоугольной форме отверстий; на фиг. 5 - зависимость площади проходного сечения отверстий треугольной формы от времени; на " фиг. 6 - зависимость скорости рабочей среды на выходе из модулятора при треугольной форме отверстий.

Роторный аппарат содержит корпус 1, ротор 2 с отверстиями 3, кон- 30 центрично установленный в корпусе, статор 4 с отверстиями 5, патрубок входа среды 6, патрубок выхода среды 7, вертикальные стержни 8, установленные в рабочей камере 9 напро- 35 тив каждого отверстия 5 статора 4. Отверстия 3 и 5 выполнены в форме равнобедренных треугольников, основа- . ния которых параллельны оси вращения ротора. При этом основания треуголь- 40 ников ротора параллельны основанию треугольников статора 4, а вершины направлены навстречу друг другу.

Вертикальные кавитирующие стержни 8 выполняются таким образом, что 45 их горизонтальное поперечное сечение есть треугольник со сглаженными углами, причем к отверстию статора обращен наиболее острый из углов.

Это необходимо для того, чтобы не 50 гасить энергию вытекающих из. отверстия статора струй (не тормозить их), а лишь изменять направление течения, с целью получения гидродинамической присоединенной кавитации. 55

При прямоугольной форме отверстий площадь проходного сечения моду· лятора аппарата (модулятор образованы отверстием ротора и отверстием статора) зависит от времени так, как' показано на фиг. 3. При этом скорость рабочей среды на выходе из модулятора изменяется во времени так, как изображено на фиг. 4, т.е. ее характер не повторяет 3₁(ь)., кривая (с) сдеформирована в сторону больших времен. Физически это ясно. Проходное сечение с момента уменьшается, а скорость, жидкости по инерции еще некоторое время нарастает.

В проблеме возбуждения акустической кавитации в рабочей камере решающую роль играет крутизна спадающей части

ч άν

ν<Λ), так как -- пропорциональна отрицательному давлению, генерируемому на выходе из модулятора и возбуждающему кавитацию.

При треугольной форме отверстий и при выполнении условия движения их вершин навстречу друг другу соответствующие функции 5₂(ύ) и У^(г) при прочих равных условиях выглядят так, как изображено на. фиг. 5 и 6. Очевидна большая крутизна ν₂(£) по сравнению с V (с) после прохождения ее через максимум. Таким образом,

άν₂1

^--|, соответствующая указанному

участку времени, больше, чем

а следовательно, и амплитуда отрицательного акустического импульса во втором случае больше. Отличие

тем значительнее, чем

больше скорость вращения ротора и перепад давления на модуляторе, так как при этом увеличивается инерция жидкости и спадающая часть функции ν₂(ε) становится круче.

Роторный аппарат работает следующим образом.

Обрабатываемый жидкий материал поступает через патрубок 6 в цолость вращающегося ротора 2 и, периодически пульсируя, вытекает через отверстия 3 и 5 при их совпадении в рабо-* чую камеру 9. При нестационарном истечении на стадии торможения жидкости в отверстиях 5 генерируется акустический импульс отрицательного давления, возбуждающий в рабочей камере кавитацию.

Кавитация (разрыв сплошной жидкости среды), сопровождаемая мощны3

1169721

ми акустическими, электрическими импульсами, кумулятивными струями, генерируемыми при захлопывании в рабочей среде парогазовых пузырьков, всегда присутствующих в реальных жидкостях, является основным интенсифицирующим фактором процессов диспергирования, эмульгирования, гомогенизации смешения, т.е. тех, в которых необходимо увеличить площадь фазового контакта реагирующих компонентов, один из которых обязательно жидкость.

Стержни 8 позволяют использовать кинетическую энергию струй, вырывающихся из стержней 5, которая расходуется на возбуждение вторичной (гидродинамической) кавитации при обтекании стержней-кавитаторов. При этом дополнительной энергии не требуется, 20 просто меньшая часть кинетической энергии струй идет на нагревание рабочей среды. Кроме того, наличие стержней турбулизирует поток жидкости, что наряду с кавитацией ин- 25 тенсифицирует массообменные процессы. Обработанная в камере 9 жидкая среда выходит из аппарата через патрубок 7.

Предлагаемый способ выполнения эо отверстий ротора и статора и их расположение по отношению к направлению вращения позволяет получить большие импульсы отрицательного давления при тех же скоростях вращения и том же перепаде давления на модуляторе, либо такой же импульс отрицательного давления, что и в случае прямоугольных отверстий, но при существенно меньших скоростях вращения ротора и меньшем перепаде давления, приводящего рабочую среду в отверстиях в движение. Тем самым снижаются энергетические затраты на возбуждение акустической кавитации, повышается интенсивность кавитационных эффектов, а наличие стержней-кавитаторов позволяет использовать оста4·

точную кинетическую энергию струй, преобразуя ее в энергию гидродинамической кавитации.

Эффективность работы предлагаемо5 го аппарата выше по сравнению с известным. Уменьшается время обработки и уменьшается необходимый для возникновения кавитации перепад давления на аппарате (что эквивалентно 10 снижению энергозатрат, так как они пропорциональны перепаду давления) по сравнению с теми же характеристиками, полученными при использовании известного роторного аппарата 15 (см. таблицу).

Частота вращения Перепад давления, ротора, об/мин необходимый для воз-

	никновения кавитации в рабочей камере в аппарате
предлагаемом	известном
300	5,1 ~	6,4
600	з,з	4,3
900 .	2,4	3,2
1200	2,1	2,6
1500	1,9	2)2

За 2 с обработки объема эмульсии средний диаметр частиц эмульсии для известного аппарата 2,5 мкм, для предлагаемого - 1,9 мкм.

При среднем диаметре частиц эмульсии 2,4 мкм время обработки объема эмульсии, равного объему камеры аппарата, необходимое для достижения, данного среднего диаметра частиц эмульсии, для предлагаемого аппарата 1,5 с, для известного - 2,1 с.

1169721

л-л

Фиг. 2

ФиъМ

, 1169721

Claims (3)

1. РОТОРНЫЙ АППАРАТ, содержащий концентрично размещенные в рабочей камере ротор и статор с отверстиями на боковой поверхности, патрубки входа и выхода среды, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса диспергирования путем повышения степени кавитационной обработки среды, отверстия ротора и статора выполнены в форме треугольников, при этом основания треугольников ротора параллельны основаниям треугольников статора, а вершины направлены навстречу друг другу. ' .

2. Аппарат, отличающийся тем, что отверстия выполнены

в форме равнобедренных треугольников, основания которых параллельны оси вращения ротора.

3. Аппарат, отличающий- _с с я тем, что он дополнительно снаб- ® жен вертикальными стержнями, размещенными в рабочей камере напротив каждого отверстия статора.

5У 1169721

1

1169721

2