SU1745322A1 - Центробежный смеситель - Google Patents

Abstract

Использование: в оборудовании дл  эффективного смешивани  и диспергировани  грубодисперсных жидких и сыпучих веществ в пищевой, химической и других отрасл х промышленности. Сущность изобретени : центробежный смеситель содержит корпус с патрубками входа и выхода, роторы, вращающиес  навстречу друг другу , радиальные лопасти в зоне входа, кольцевой канал зоны предварительного диспергировани , образованный зубь ми концентрических выступов и впадин с радиИзобретение относитс  к оборудованию дл  смешени  и диспергировани  грубодисперсных сред различной в зкости, как жидких фаз, так и твердых сыпучих гелеоб- разующих веществ в жидкой среде, и может быть использовано в пищевой, химической и других отрасл х промышленности. Известна конструкци  роторно-пульса- ционного аппарата, содержащего корпус, входной и выходной патрубки, ротор на вращающемс  валу, статоры, расположенные концентрически на роторе и статор, пальцы альными проточками, концентрически расположенные пальцы роторов в зоне окончательного диспергировани  и смешени , а также конусообразную перфорированную перегородку между зонами входа и окончательного диспергировани  и смешени , причем отверсти  в диске ротора соедин ют зоны входа и предварительного диспергировани . Кроме того, глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов равна половине высоты выступов и просвет I между впадинами радиальных проточек равен зазору Z между выступами и впадинами роторов. Пальцы роторов в зоне окончательного диспергировани  и смешени  снабжены перпендикул рными к их ос м выступами и прорез ми, вход щими друг в друга, причем между соседними концентрически расположенными р дами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическа  перфорированна  перегородка. Кроме того, размер отверстий перфорации тарели не более ра змера зазора Z и просвета I в зоне предварительного диспергировани . 6 ил., 1 табл. (с СП взаимно вход щие друг в друга, лопасти в зоне входа продукта. Недостатком известной конструкции подобного типа  вл етс  невозможность совмещени  операций смешени  и диспергировани  жидкости и грубодисперсных порошков , так как рабочие органы: зубь  роторов и статоров, пальцы не измельчают твердые частицы сыпучего вещества, а оказывают лишь перемешивающее воздействие , поскольку при совмещении радиальных проточек на роторах и статорах смесь сво2 СЛ Ы Ю N3

Description

бодно пульсирует в радиальном направлении .

Известна конструкци  устройства дл  смешени , содержаща  корпус с патрубками входа и выхода продукта, роторы, с концентрически расположенными р дами пальцев, вращающиес  навстречу друг другу , кольцевые, радиальные лопасти дл  создани  центробежного пол . Кольцевой канал образован двум  неподвижными относительно друг друга поверхност ми.

Недостатком известной конструкции  вл етс  то, что кольцевые каналы образованы плоскими поверхност ми, неподвижными относительно друг друга. В этом случае при наличии в эмульсии грубодис- персных твердых частиц с размерами большими размеров каналов не происходит их измельчени  из-за отсутстви  сдвиговых и срезывающих усилий. Частицы большого размера сплющиваютс  (если они пластичные ) и, мен   форму, проход т сквозь каналы или застреоают в них (если частицы достаточно непластичные). В последнем случае каналы забиваютс , а частицы -не подвергаютс  измельчению. Кроме того, поскольку в камере смещени  известного устройства пальцы имеют гладкую поверхность, частицы не подвергаютс  дис- пергации, а простому смешению без их разрушени .

Применение известного устройства не позвол ет получить однородные растворы при диспергировании и смешении сыпучих компонентов в жидкой среде, невозможно совмещение этих операций, необходима дополнительна  предварительна  обработка (измельчение, помол)сыпучих компонентов, на соответствующем технологическом оборудовании .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей извест- ного устройства и интенсификаци  процесса за счет совмещени  операций диспергировани  и смешени  сыпучих веществ в жидкой среде.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в центробежном смесителе, содержащем корпус с патрубками входа и выхода компонентов , дисковые роторы, выполненные с возможностью вращени  навстречу друг другу, радиальные лопасти, концентрические пальцы с радиальными проточками, за- крепленные на дисках роторов, установлена конусообразна  перфорированна  перегородка, укрепленна  большим основанием на установленном со стороны входа компонентов роторном диске и имеюща  на внутренней поверхности радиальные лопасти, в ограниченной

конусообразной перегородкой зоне указанного диска выполнены отверсти  дл  прохода компонентов, пальцы роторов снабжены перпендикул рно установленными выступами , размещенными во впадинах, образованных выступами смежных пальцев и прорез ми, причем между соседними концентрически расположенными р дами пальцев на периферии роторов установлена

0 цилиндрическа  перфорированна  перегородка , а глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов , выбрана равной половине высоты выступов .

5 На фиг.1 изображен смеситель, осевой разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - ротор с кольцевыми концентрическими выступами и впадинами, а также радиальными проточками и пальцами; на

0 фиг.4 - взаимное расположение выступов и впадин при совмещении радиальных проточек; на фиг.5 - взаимное расположение выступов и прорезей пальцев; на фиг.6 - пальцы, поперечный разрез,

5Центробежный смеситель содержит

разъемный корпус 1, состо щий из двух частей , уплотн емых уплотнителем 2. Корпус 1 имеет воронку 3 с осевым патрубком дл  подачи сыпучего компонента и тангенциаль0 ным патрубком 4 дл  жидкого компонента, а также тангенциальный патрубок 5 дл  выхода готового продукта. Обе части корпуса 1 креп тс  друг с другом фланцами, а на противоположных фланцах обеих частей

5 креп тс  двигатели 6, На валах двигателей 6 консольно насажены оси 7 и 8, на концах которых шпонками 9 и гайками 10 креп тс  роторы 11 и 12. В местах прохода оси 7 и ступицы ротора 11 сквозь корпус имеютс 

0 уплотнени  13. Роторы 11 и 12 имеют на своих дисках кольцевые концентрические выступы 14 и впадины 15, взаимно вход щие друг в друга, а также радиальные проточки 16 на выступах 14, причем глубина

5 радиальных проточек 16 равна половине высоты выступов 14, Взаимное расположение выступов 14 и впадин 15 образует кольцевой извилистый канал 17 зоны предварительного диспергировани . Величина

0 зазора между выступами 14 и впадинами 15 роторов 11 и 12 при глубине радиальных проточек 16, равной половине высоты выступов 14, будет одинакова с размером просвета между впадинами радиальных

5 проточек 16. Кроме того, далее по ходу компонентов от оси роторов 11 и 12 к периферии перпендикул рно поверхности их по концентрическим окружност м расположены пальцы 18. Пальцы 18 ротора 12 вход т в промежутки между пальцами ротора 11. Соседние концентрические р ды пальцев 18 имеют перпендикул рные к оси выступы 19 и прорези 20, которые вход т друг в друга с небольшим зазором. К диску ротора 12 крепитс  винтами 21 конусообразна  перфорированна  перегородка 22, имеюща  отверсти  перфорации диаметром, меньшим размера зазора извилистого канала 17. Перегородка 22  вл етс  перегородкой между зонами входа и окончательного диспергировани  и смешени  - зона расположени  пальцев 18. Конусообразна  перегородка образует кольцевой канал, соедин ющий зону входа компонентов через отверсти  23 в роторе 12 с зоной предварительного диспергировани . Дл  создани  дополнительного центробежного пол  перегородка 22 на внутренней поверхности имеет радиальные лопасти 24, расположенные под углом к оси таким образом, что поток компонентов направл етс  в отверсти  23. (При демонтаже перегородки 22 зона входа и окончательного диспергировани  соедин ютс  через окна 25, имеющиес  в цилиндрической поверхности ротора 12). Между соседними концентрическими р дами пальцев 18, расположенными на периферии роторов 11 и 12, имеетс  цилиндрическа  перфорированна  перегородка 26, внутренн   и наружна  поверхности которой имеют минимальный зазор с пальцами 18. Перегородка 26 крепитс  винтами к корпусу 1 и  вл етс  съемной.

Смеситель работает следующим образом .

Роторы 11 и 12 вращаютс  навстречу друг другу с определенной частотой, Грубодиспер- сный неоднородный сыпучий материал, например натрийкарпоксиметилциллюлоза (NaKMU) или непросе нный фруктовый пектин , из дозатора подаетс  через центральный патрубок воронки 3, а жидкость, например вода или обезжиренное молоко,- через тангенциальный патрубок 4. В воронке 3 происходит предварительное смачивание и смешение жидкости с порошком, в результате чего образуетс  грубодисперсна  неоднородна  смесь. Наиболее мелкие частицы пор дка 0,1-100 мкм, смачива сь жидкостью , сразу раствор ютс , образу  жидкость с более высокой в зкостью, чем первоначальна , но все же не одинаковой по всему объему. Эта составл юща  смеси требует интенсивного смешени  до однородной в зкости. Крупные частицы сыпучего материала размером пор дка 100-2000 мкм, смачива сь жидкостью, частично раствор ютс  в ней и образуют агломераты с гелеподобной оболочкой, внутри которой находитс  тверда  непроконтактировавша 

с растворителем частица. Дл  разрушени  этих агломератов недостаточно простого перемешивани , необходимо создать большие усили  сдвига (среза) при одновременном интенсивном смешивании. Это достигаетс  в зоне предварительного диспергировани , куда грубодисперсна  составл юща  смеси, подхватываема  из зоны входа вместе с частью жидкости ради0 альными наклонными лопаст ми 24, двигаетс  по внутренней поверхности перфорированной конусообразной перегородке 22 и впрыскиваетс  через отверстие 23. Лопасти 24 создают дополнительное

5 центробежное поле, компенсирующее гидравлическое сопротивление канала 17 зоны предварительного диспергировани . Часть жидкой составл ющей смеси под действием центробежных сил проникает через перфо0 рацию перегородки 22 и поступает в зону окончательного диспергировани  и смешени . Агломераты грубодисперсной составл ющей смеси имеют размеры, намного превосход щие размеры отверстий перего5 родки 22, поэтому они поступают в зазор Z извилистого канала 17 зоны предварительного диспергировани , и-не проникают сразу в зону окончательного диспергировани  смешени , Размеры зазора Z извилистого

0 канала 17 значительно меньше размеров агломератов , а дл  веро тности получени  ча- стиц одинакового размера после диспергировани  просвет I между впадинами радиальных проточек 16 равен этому за5 зору. Это достигаетс  тем, что глубина радиальных проточек 16 равна половине высоты h выступов 14. С целью улавливани  агломератов с размерами, превышающими или равными размерам зазора, и направле0 ни х их в зону предварительного диспергировани , отверсти  перфорации тарели 21 имеют размеры, меньшие размеров зазора. Агломераты, имеющие размеры, большие размеров отверстий перфораций перего5 редкой 22, с частью жидкости выбрасываютс  с большой скоростью через отверстие 23 в зону предварительного диспергировани . Двига сь под действием центробежных сил, они подвергаютс  интенсивной механиче 0 ской обработке, измельча сь как под дейст- вием среза кромок выступов 14 и радиальных проточек 16, так и под действием усилий сдвига, возникающих в зазорах Z выступов 14 и впадин 15. Часть

5 агломератов разрушаетс  окончательно и раствор етс  в жидкости, а друга  часть, имеюща  размеры (после обработки в зоне предварительного диспергировани ) достаточно малые, поступает в зоне окончательного диспергировани   и смешени , где интенсивно перемешиваетс  с составл ющей потока, проникшей через перфорированную перегородку 22. Попада  в зазоры между выступами 19 и прорез ми 20 пальцев 18, частицы подвергаютс  дополнительному измельчению, а поток интенсивному перемешиванию. Это достигаетс  одновременным рассечением радиально двигающегос  потока взаимно перпендикул рными плоскост ми поверхностей пальцев 18, выступов 19 и прорезей 20, После окончательного разрушени  агломератов и растворителей твердых частиц в зкость жидкости еще недостаточно однородна по объему из-за возникновени  геле- вых включений большей в зкости, образующихс  вместо проконтактировав- ших с жидкостью частиц, подвергшихс  дис- пергированию в зоне выступов 19 и прорезей 20 пальцев 18. При прохождении с большой скоростью под действием центробежного пол  сквозь цилиндрическую перфорированную перегородку 26, установленную между соседними концентрическими р дами пальцев 18 на периферии роторов 11 и 12, поток разбиваетс  на отдельные мелкие струйки, а затем снова перемешиваетс  периферийными пальцами роторов, в результате чего в зкость окончательно стабилизируетс  по объему и готовый продукт выходит из смесител  через патрубок 5. При обработке жидких компонентов , а также сыпучих веществ с высокой степенью дисперсности и хорошей растворимостью перфорированные перегородки 22 и 26 могут быть сн ты и тогда смеситель будет выполн ть одну операцию смешени  компонентов.

Конусообразна  перфорированна  перегородка 22 крепитс  своим фланцем к ди- ску ротора 12 шестью винтами 21 диаметром Мб. Во избежание самоотвинчивани  винты раскерниваютс .

Диаметр каждого отверсти  перфорации перегородки 22 должен быть меньше размера зазора Z и просвета I, например при величине Z - 0,75 оптимальный диаметр отверстий перфорации должен быть 0,5 мм. Это необходимо дл  того, чтобы основна  масса грубодисперсного порошка с размерами свыше 500 мкм улавливались и направл лись на измельчение в зону предварительного , диспергировани . Процесс диспергировани  протекает наиболее интенсивно (дл  определенного порога дисперсности порошка) при определенных соотношени х диаметра отверстий перфорации перегородки 22 и зазора Z ,

Наивысша  интенсификаци  процесса,

характеризующа с  очевидно максимальной производительностью (при посто нных геометрических размерах рабочих органов и остальных параметров и стабильном качестве смеси) была достигнута при следующих

значени х диаметров отверстий перфораций d и зазоров Z I.

Эксперименты проводились при различных порогах дисперсности порошка, характеризующейс  максимальным размером

его частиц а (см. таблицу),

При Z Zom интенсивность процесса f снижаетс , что выражаетс  в уменьшении производительности. При Z Zon снижение интенсивности процесса выражаетс  в

ухудшении качества смеси при той же производительности , При Z Zom интенсивность процесса максимальна , При Z/d 1,5 процесс протекает с максимальной интенсивностью ,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Центробежный смеситель, содержащий корпус с патрубками входа и выхода компонентов , дисковые роторы, выполненные с

   возможностью вращени  навстречу друг другу, радиальные лопасти, концентрические пальцы с радиальными проточками, закрепленные на дисках роторов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и интенсификации процесса, смеситель снабжен конусообразной перфорированной перегородкой , укрепленной большим основанием на установленном со стороны входа компонентов

   роторном диске и имеющей на внутренней поверхности радиальные лопасти, в ограниченной конусообразной перегородкой зоне указанного диска выполнены отверсти  дл  прохода компонентов, пальцы роторов снабжены перпендикул рно установленными выступами , размещенными во впадинах, образованных выступами смежных пальцев и прорез ми, причем между соседними концентрически расположенными р дами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическа  перфорированна  перегородка , а глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов выбрана равной половине высоты выступов .

   6 В Н

   }t(u ife&nt

   6t

   гг t

   K t/

   SSC9WI

   ЈLФиг . 4

   ft го /

   Фиг. 5

   Фс/г.Ј