SU1729564A2

SU1729564A2 - Cavitation dispergator

Info

Publication number: SU1729564A2
Application number: SU904867542A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Козлов; Игорь Владимирович Поворотный; Юрий Ефимович Зверховский; Викентий Константинович Недбальский; Игорь Васильевич Карпенчук
Original assignee: Белорусский Политехнический Институт
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1992-04-30

Abstract

Использование: смешение неоднородных жидких сред в различных отрасл х народного хоз йства с интенсификацией процессов диспергировани и эмульгировани и повышение качества приготавливаемой смеси со снижением удельных энергозатрат. Сущность изобретени : кави- тационный диспергатор состоит из корпуса и полого ротора, снабженного всасывающей трубой в виде трубы Вентури с винтом, нижний конец которой размещен внутри отражател , установленного в нижней части корпуса. Рассто ние Н нижней части всасывающей трубы Вентури, диаметром D, от поверхности дна корпуса составл ет величину Н (0,9-1,3) D, что позвол ет обеспечить максимальный насосный эффект при минимальных удельных энергозатратах. 3 ил.Use: mixing of inhomogeneous liquid media in various industries of the national economy with intensification of dispersion and emulsification processes and improvement of the quality of the prepared mixture with reduction of specific energy consumption. SUMMARY OF THE INVENTION: A cavitating disperser consists of a body and a hollow rotor equipped with a suction pipe in the form of a venturi tube with a screw, the lower end of which is placed inside the reflector mounted in the lower part of the body. The distance H of the lower part of the Venturi suction pipe, diameter D, from the surface of the bottom of the housing is equal to H (0.9-1.3) D, which allows for maximum pumping effect with minimum specific energy consumption. 3 il.

Description

Изобретение относитс к устройствам, используемым дл смешивани неоднородных жидких сред в различных отрасл х народного хоз йства, позвол интенсифицировать процессы диспергировани и эмульгировани , а также повысить качество приготавливаемой смеси.The invention relates to devices used for mixing inhomogeneous liquid media in various sectors of the national economy, allowing to intensify the processes of dispersion and emulsification, as well as to improve the quality of the prepared mixture.

Прототипом данного изобретени вл етс кавитационный диспергатор, состо щий из корпуса и полого ротора, снабженного всасывающей трубкой в виде трубы Вентури с винтом, нижний конец которого размещен внутри отражател , установленного в нижней части корпуса.The prototype of this invention is a cavitation disperser consisting of a housing and a hollow rotor, equipped with a suction tube in the form of a venturi tube with a screw, the lower end of which is located inside the reflector installed in the lower part of the housing.

Известный диспергатор вл етс весьма эффективным устройством, с помощью которого могут быть приготовлены дисперсии и эмульсии различных типов. Однако, весьма важным вопросом при проектировании и изготовлении таких дислергаторов вл етс определение соотношени величиныThe known dispersant is a very effective device by which dispersions and emulsions of various types can be prepared. However, a very important issue in the design and manufacture of such dislergators is the determination of the ratio of the magnitude

рассто ни нижней части всасывающей тру- - бы ротора - Н от поверхности дна корпуса к | величине ее диаметра Д. Поскольку именно А величина соотношени таких параметров существенно сказываетс на насосном эф- Г4 фекте перекачиваемой через всасывающую fO трубу жидкости, а следовательно, на величи- О не удельных энергозатрат, необходимых на СЛ реализацию самого процесса диспергиро- Qs вани , а также сказываетс и на его эффек- |ч, тивности.the distance of the lower part of the suction pipe - the rotor - H from the bottom surface of the body to | its diameter D. Because it is A that the ratio of such parameters has a significant effect on the pumping effect of the G4 effect of the fluid pumped through the suction fO pipe, and consequently, the value of O is not the specific energy consumption required for the SL implementation of the dispersion process itself Qs vani, and also affects its effectiveness.

Цель изобретени - интенсификаци s процесса диспергировани путем уменыие- . ни удельных энергозатрат не его реализа- Ю цию.The purpose of the invention is to intensify the dispersion process by the skill-. neither the specific energy consumption is its realization.

Интенсификаци процесса диспергировани в кавитационном диспергаторе с центральной циркул ционной трубой может быть достигнута лишь путем увеличени величины удельного расхода - Q, перекачиваемого через ее проходное сечение.The intensification of the dispersion process in a cavitation disperser with a central circulation pipe can only be achieved by increasing the specific flow rate, Q, pumped through its flow section.

Условием дл повышени величины расхода вл етс наличие в нижней части корпуса смесител , непосредственно под всасывающим участком трубы, такого объема среды, который бы при различных значени х частоты вращени ротора п (об/мин) позвол л создать услови дл непрерывной подачи в отверстие трубы диаметром D потока жидкости , обеспечивающей требуемую величину Q. Дл формировани такого объема самым важным условием, как показали исследовани , вл етс наличие определенного значени величины Н - удалени нижней части вращающейс трубы ротора от внутренней поверхности дна корпуса.A prerequisite for increasing the flow rate is the presence in the lower part of the mixer body, directly below the suction section of the pipe, of such a volume of medium that at different values of the rotor rotation frequency n (rpm) would create conditions for a continuous flow into the pipe orifice D flow of the liquid providing the required value of Q. For the formation of such a volume, the most important condition, as studies have shown, is the presence of a certain value of the value H - removal of the lower part of the rotating pipe. ora from the inner surface of the housing bottom.

На фиг.1 представлен предлагаемый ка- витационный диспергатор, с нумерацией его основных частей, продольный разрез.Figure 1 shows the proposed cavitation disperser, with the numbering of its main parts, a longitudinal section.

Диспергатор содержит корпус 1 с крышкой 2. Входной штуцер 3 и выходной штуцер 4 установлены на корпусе 1. Полый ротор 5 с центральным и периферийными выходными каналами установлен на приводном валу 6 по оси корпуса 1. Диспергатор снабжен упругими пластинами 7, прикрепленными к внутренней поверхности корпуса 1 и ориентированными попеременно под различными углами к его оси, и отражателем 8 с окнами, установленными в нижней части корпуса 1. Ротор 5 снабжен всасывающей трубой 10, имеющей форму трубы Вентури, с винтом 11. Нижний конец всасывающей трубы диаметром D размещен внутри отражател 8 и отстоит от поверхности дна корпуса 1 на величину Н. Ротор 5 снабжен также крыльчаткой 12, установленной напротив центрального входного канала. Упругие пластины 7 установлены под выходными каналами ротора 13, выполненными в виде направленных вниз отверстий. Внутренн поверхность ротора 5 выполнена шерооватой, например, в виде микрозубьев .The disperser includes a housing 1 with a cover 2. The inlet fitting 3 and the outlet fitting 4 are mounted on the housing 1. A hollow rotor 5 with central and peripheral output channels is mounted on the drive shaft 6 along the axis of the housing 1. The disperser is provided with elastic plates 7 attached to the inner surface of the housing 1 and alternately oriented at different angles to its axis, and a reflector 8 with windows installed in the lower part of the housing 1. The rotor 5 is provided with a suction pipe 10, having the shape of a Venturi tube, with screw 11. The lower end of the suction pipe diameter D is placed inside the reflector 8 and is separated from the bottom surface of the housing 1 by the value N. The rotor 5 is also provided with an impeller 12 mounted opposite the central input channel. Elastic plate 7 is installed under the output channels of the rotor 13, made in the form of downwardly directed holes. The inner surface of the rotor 5 is made of a brownish, for example, in the form of micro-teeth.

Диспергатор работает следующим образом .Dispersant works as follows.

При вращении ротора 5 в его полости за счет центробежных сил создаетс разр жение , при этом рабоча жидкость под избыточным давлением через окна 9 отражател 8, и с помощью винта 11 по трубе Вентури 10 перекачиваетс в полость ротора. При вращении лопастей винта 11 за ним образуютс кавитационные каверны по всему сечению трубы 10, образованию которых способствует форма (Вентури) трубы 10.When the rotor 5 rotates in its cavity due to centrifugal forces, the discharge is created, while the working fluid under excessive pressure through the windows 9 of the reflector 8, and using a screw 11 through the venturi 10, is pumped into the rotor cavity. When the rotor blades 11 rotate, cavitation cavities are formed behind it along the whole section of the pipe 10, the formation of which contributes to the shape (Venturi) of the pipe 10.

Плотность среды в точках возникновени кавитации значительно мен етс от плотности насыщенного пара до плотности жидкости. Посто нное возникновение и разрушение каверны приводит к непрерывным фазовым превращени м вещества по схеме жидкость - пар - жидкость. Схло- пывание каверны, осуществл емое образованием кумул тивных микроструй соThe density of the medium at the points of origin of cavitation varies significantly from the density of the saturated vapor to the density of the liquid. The constant occurrence and destruction of a cavity leads to continuous phase transformations of a substance according to the liquid – vapor – liquid scheme. The collapse of the cavity, carried out by the formation of cumulative microjets with

скоростью -1000 м/с и ударными местными давлени ми пор дка 1-10 П-а с распространением сферических волн в жидкости, аналогично действию микровзрывов . В результате таких многосторонних воз0 действий происходит диспергирование и измельчение рабочей среды.at a speed of -1000 m / s and shock local pressures of the order of 1-10 P-and with the propagation of spherical waves in a liquid, similar to the action of microexplosions. As a result of such multilateral actions, dispersion and grinding of the working environment occurs.

Далее под действием четырех лопаток крыльчатки 12 и под действием центробежных сил рабоча среда перетекает наFurther, under the action of four blades of the impeller 12 and under the action of centrifugal forces, the working medium flows to

5 периферию ротора. При движении по шероховатой внутренней поверхности (в виде микрозубьев) она также кавитирует, дробитс , измельчаетс и перемешиваетс .5 periphery of the rotor. When moving on a rough inner surface (in the form of micro-teeth), it also cavitates, crushes, crushes and mixes.

Затем через ориентированные вниз от0 версти 13 в роторе 5 рабоча среда под действием центробежных сил свободно падает на короткие упругие пластины 7, расположенные на некотором рассто нии между собой и установленные под различным уг5 лом к оси корпуса, и, разбрызгива сь, перемешиваетс в верхних сло х жидкости.Then, through the downwardly oriented 13 in the rotor 5, the working medium under the action of centrifugal forces freely falls on short elastic plates 7 located at some distance between them and installed at different angles to the axis of the body, and splashing out in the upper layers x liquids.

Таким образом, жидкость и диспергируемый материал подвергаютс многократному гидродинамическому воздействию, вThus, the liquid and the dispersible material are subjected to multiple hydrodynamic effects, in

0 результате чего происходит интенсивное перемешивание, дробление, диспергирование рабочей среды.As a result, intensive mixing, crushing, dispersion of the working environment occurs.

При этом ротор контактирует с перемешиваемой средой своей внешней поверх5 ностью только через нижнюю часть всасывающей трубы 10., что снижает общее гидродинамическое сопротивление по сравнению с действием при полностью загруженном роторе.In this case, the rotor is in contact with the stirred medium with its external surface only through the lower part of the suction pipe 10, which reduces the total hydrodynamic resistance compared to the action with a fully loaded rotor.

0 Однако, дл эффективной работы смесител важным вопросом вл етс выбор соотношени между диаметром входной (всасывающей) части трубы ротора и рассто нием ее от дна корпуса. Так при малых0 However, for effective operation of the mixer, an important issue is the choice of the ratio between the diameter of the inlet (suction) part of the rotor tube and its distance from the bottom of the housing. So with small

5 значени х параметра Н и при больших значени х величины п создаютс услови /при которых затруднено поступление жидкости в отверстие всасывающей трубы, что сказываетс на снижении величины Q, a5 values of the parameter H and at large values of n, conditions are created under which the flow of fluid into the opening of the suction pipe is difficult, which results in a decrease in Q, a

0 следовательно, на увеличении времени диспергировани , росте удельных энергозатрат и снижении эффективности самого процесса. В случае, если величина Н назначаетс слишком большой, то это сказываетс наTherefore, on the increase in the dispersion time, the increase in the specific energy consumption and the decrease in the efficiency of the process itself. If the value of H is assigned too large, then this affects

5 увеличении времени диспергировани , поскольку объем сло жидкости, в котором не вращаетс рабочий орган, неоправдано увеличиваетс , и следовательно, дл его обработки необходимо дополнительное вре- м . Поэтому наиболее целесообразным5 by increasing the time of dispersion, since the volume of a layer of liquid in which the working member does not rotate increases unnecessarily, and consequently, additional time is required for its processing. Therefore, the most appropriate

вл етс выбор величины Н (0,9-1,3)0, что следует из приведенных ниже на фиг.2 и 3 данных экспериментальных исследований конструкции диспергатора (1 - полимерный раствор, 2 - р-р феррицианидов, 3 - глиниста суспензи ).is the choice of the value of H (0.9-1.3) 0, which follows from the experimental research data on the design of the dispersant given below in Figures 2 and 3 (1 is a polymer solution, 2 is a p-solution of ferricyanides, 3 is a clay slurry) .

Так на фиг.2 приведена зависимость расхода Q перемешиваемых сред (с широким диапазоном в зкостных характеристик ) от частоты вращени ротора п дл четырех фиксированных значений параметра Н/Д 0,25; 0,5; 0,75; 1,0. Дл всех четырех случаев отмечен пр мопропорцио- нальный рост величины расхода с увеличением числа оборотов п дл рассмотренного диапазона частоты вращени п 1000-5000 об/мин. Кроме того, очевидно, что наибольший темп роста перекачиваемого расхода жидкости (независимо от характеристик перекачиваемой среды) достигаетс при наибольшем из рассмотроенных соотношений H/D, причем, чем меньше величина H/D, тем меньший расход жидкости удаетс получить.. Так, если вз ть соотношение H/D 0,25 и H/D 1,0, то, например, дл получени расхода 2 л/мин (дл диаметра Д 0,06 м), частота вращени ротора в первом случае должна составл ть пор дка 2300 об/мин, а дл второго случа - лишь 1200 об/мин,Thus, FIG. 2 shows the dependence of the flow rate Q of mixed media (with a wide range of viscosity characteristics) on the rotor speed n for four fixed values of the parameter N / D 0.25; 0.5; 0.75; 1.0 For all four cases, a direct proportional increase in the flow rate was observed with an increase in the number of revolutions n for the considered range of the rotation frequency n 1000–5000 rpm. In addition, it is obvious that the highest growth rate of the pumped fluid flow rate (regardless of the characteristics of the pumped medium) is achieved at the highest of the H / D ratios considered, and, the lower the H / D value, the lower the flow rate can be obtained. If the ratio H / D is 0.25 and H / D is 1.0, then, for example, to obtain a flow rate of 2 l / min (for a diameter D of 0.06 m), the rotor speed in the first case should be about 2300 rpm. / min, and for the second case only 1200 rpm,

Оптимальное соотношение величины рассто ни Н нижней части ротора и ее диаметра D проведены на фиг.З, на котором представлены графики изменени расхода О дл нескольких фиксированных частот вращени в широком диапазоне параметра H/D.The optimal ratio of the magnitude of the distance H of the lower part of the rotor and its diameter D is shown in FIG.

Из приведенных данных совершенно очевидно, что независимо от частоты вращени ротора существует однозначна тенденци изменени расходной характеристики. Так в диапазоне H/D 0,9 характерен резкий рост величины перекачиваемого расхода Q, причем темп роста тем выше, чем больше величина частоты вращени ротора п. В диапазоне 0,9 H/D H/D 1,3 наступает этап стабилизации роста величины Q, причем, если величина H/D превышает значение более, чем 1,3, то с дальнейшим ее ростом увеличение расхода практически не происходит. Обусловлено это тем, что создаетс условие, когда достигаетс максимальное значение пропускной способности трубы ротора при неизменных значени х D и п, при котором увеличение объема сло From the above data it is abundantly clear that, irrespective of the rotor speed, there is an unambiguous tendency to change the flow characteristic. So, in the range H / D 0.9, a sharp increase in the pumped flow rate Q is characteristic, and the growth rate is the higher, the greater the magnitude of the rotor speed p. In the range of 0.9 H / DH / D 1.3, the stage of stabilization of the growth of Q , moreover, if the value of H / D exceeds a value of more than 1.3, then with its further growth, an increase in consumption practically does not occur. This is due to the fact that a condition is created when the maximum value of the throughput of the rotor pipe is reached at constant values of D and n, at which an increase in the volume of the layer

жидкости в нижней части корпуса не приводит к росту производительности смесител . Таким образом, дл достижени поставленной цели изобретени необходимо, чтобы нижн часть всасывающей трубы ротораliquid in the lower part of the body does not lead to an increase in the productivity of the mixer. Thus, to achieve the stated purpose of the invention, it is necessary that the lower part of the suction tube of the rotor

диаметром D устанавливалась на рассто нии Н (0,9-1,3) от внутренней поверхности дна корпуса диспергатора.diameter D was set at a distance H (0.9-1.3) from the inner surface of the bottom of the disperser housing.

Поскольку удельные энергозатраты определ ютс количеством энергии, затрачиваемой на перекачку диспергируемых жидкостей в единицу времени, а так как основным критерием при перекачке жидкостей вл етс их расход через внутреннее сечение всасывающей трубы ротора, то следовательно , создава услови дл перекачки максимально возможного расхода, при данной частоте вращени ротора (т.е. прикладываемой мощности силовой установки) удаетс уменьшить энергозатраты (свед Since the specific energy consumption is determined by the amount of energy spent on pumping dispersible liquids per unit time, and since the main criterion for pumping liquids is their flow through the internal cross section of the rotor suction pipe, it therefore creates conditions for pumping the maximum flow rate at a given frequency rotation of the rotor (i.e. the applied power of the power plant) succeeds in reducing the energy consumption (reduced

их к оптимальному значению) и интенсифицировать процесс самого диспергировани . Так как дл такого типа мешалок врем перемешивани т определ етс из услови , что кратность циркул ции Кц 10 имеетthem to the optimal value) and to intensify the process of dispersion itself. Since for this type of agitators, the mixing time t is determined from the condition that the circulation ratio of Kc 10 has

..

10W10W

и, следовательно, достигнув при значении Н (0,9-1,3) D оптимального значени величины расхода Q (т.е. его максимума) имеет минимальное значение г, а следовательно , и минимальные удельные энергозатраты .and, therefore, having reached at the value of H (0.9-1.3) D, the optimum value of the flow rate Q (i.e., its maximum) has a minimum value of g, and therefore a minimum specific energy consumption.

Claims

Invention Formula

Cavitation dispersant auth.St. No. 1450848, characterized in that, in order to intensify the dispersion process by reducing the specific energy consumption, the distance of the lower edge of the rotor suction pipe from the bottom of the housing is H (0.9-1.3) D, where D is the internal diameter of the suction pipe on level H, m; H is the distance of the lower edge of the rotor suction pipe from the bottom of the housing.

Q,

ID

u c

20

/eight