SU1788910A3

SU1788910A3 - Mixer

Info

Publication number: SU1788910A3
Application number: SU904890136A
Authority: SU
Inventors: Robert F Smirnov; Valerij P Pilyavskij; Vadim A Ryzhov
Original assignee: Cmиphob Poбept Фeдopobич;Пиляbckий Baлepий Пabлobич;Pыжob Baдиm Ahдpeebич
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1993-01-15

Description

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности, к аппаратам для смешения и диспергирования жидких гетерогенных систем, пигментов, наполнителей и различных растворов полимеров с целевыми добавками.The invention relates to chemical engineering, in particular, to devices for mixing and dispersing liquid heterogeneous systems, pigments, fillers and various polymer solutions with target additives.

Известны различные аппараты для смешения и диспергирования пигментов, наполнителей с различными жидкими системами. К ним прежде всего относятся краскотерочные машины, шаровые и бисерные мельницы, дисольверы. Краскотерочная машина представляет собой аппарат открытого типа, состоящий из 2 - 3 валков расположенных горизонтально и вращающихся с различной скоростью от электрического привода.Various devices are known for mixing and dispersing pigments and fillers with various liquid systems. These primarily include paint grinding machines, ball and bead mills, and dissolvers. The paint grinding machine is an open type apparatus, consisting of 2 - 3 rolls located horizontally and rotating at different speeds from an electric drive.

Недостатками краскотерочных машин является низкая производительность, частые наладки, большая пожароопасность, т.The disadvantages of paint grinding machines are low productivity, frequent adjustments, high fire hazard, i.e.

к. аппараты открытого типа, большие потери растворителей и готовой продукции.because open-type devices, large losses of solvents and finished products.

Шаровая мельница представляет собой цилиндрическую емкость расположенную горизонтально и вращающуюся от электрического привода. Внутри емкости помещают металлические, керамические шары.A ball mill is a cylindrical container located horizontally and rotating from an electric drive. Metal and ceramic balls are placed inside the container.

Недостатками шаровых мельниц являются: низкая производительность, невозможность за короткий промежуток времени провести качественное смешение; низкое качество диспергирования, частые поломки, повышенный шум при работе.The disadvantages of ball mills are: low productivity, the inability to carry out high-quality mixing in a short period of time; low quality of dispersion, frequent breakdowns, increased noise during operation.

Бисерная мельница представляет собой цилиндрическую емкость, расположенную вертикально, внутри емкости находится вал, вращающийся от электрического привода, на валу расположены металлические диски на которых находится бисер (стеклянный), для фильтрации бисера и ограничения его перемещения в замкнутом пространстве над каждым диском расположена металлическая сетка.A bead mill is a cylindrical container located vertically; inside the container there is a shaft rotating from an electric drive; on the shaft there are metal disks on which beads (glass) are located; to filter the beads and limit their movement in a confined space, a metal mesh is located above each disk.

1788910 АЗ1788910 AZ

Недостатками бисерных машин является низкая производительность, ограниченный полезный объем (максимум 175 дм²), повышенный износ всех рабочих элементов, частый ремонт, потери растворителей за счет испарения в окружающее пространство. Известны также: ротационный смеситель-диспергатор непрерывного действия, который представляет собой цилиндрический аппарат, имеющий статор с входными и выходными штуцерами, в статоре концентрически расположены ротор с винтовыми лопастями, снабженных трапециевидными зубцами и крыльчатка насоса; смеситель, представляющий собой емкость в которой 15 установлена широкая ленточная мешалка, прикрепленная штырями к валу, емкость снабжена нагревательной рубашкой; смеситель циркуляционного типа, представляющий собой резервуар, стенка которого у 20 кромки верхнего отверстия загнута внутри, средний цилиндр расположен в резервуаре и проходит через 'зону циркуляции, внутри цилиндра расположен вал, на котором смонтирована дисковая мешалка, имеющая 25 заданное число концентрических ножей на верхней и нижней поверхностях вблизи ее периферии. Однако эти аппараты малопроизводительны и не позволяют проводить смешение и диспергирование, например, 30 различных жидких гетерогенных систем в широком диапазоне вязкостей, кроме того, они не позволяют проводить и физико-химические процессы в широком диапазоне температур. Прототипом предполагаемого 35 изобретения выбран типовый аппарате герметичным приводом перемешивающего устройства. Данный аппарат представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из перемешивающего устройства со- 40 держащую вал с лопастью, диффузор, осуществляющего циркуляцию перемешиваемой среды в корпусе аппарата, и специального герметичного привода. Нагревание перемешиваемой жидкости осуществляет- 45 ся, как за счет электрообогрева с помощью элементов, встроенных в аппарат, так и за счет теплоносителя, подаваемого в змеевик, установленный в рабочем пространстве. 50The disadvantages of bead machines are low productivity, limited usable volume (maximum 175 ^dm2 ), increased wear of all working elements, frequent repairs, loss of solvents due to evaporation into the surrounding space. Also known are: a continuous rotary mixer-disperser, which is a cylindrical apparatus having a stator with inlet and outlet fittings; a rotor with helical blades equipped with trapezoidal teeth and a pump impeller are concentrically located in the stator; a mixer, which is a container in which 15 a wide ribbon mixer is installed, attached with pins to the shaft, the container is equipped with a heating jacket; a circulation-type mixer, which is a tank, the wall of which at the 20 edge of the upper hole is bent inside, the middle cylinder is located in the tank and passes through the circulation zone, inside the cylinder there is a shaft on which a disk mixer is mounted, having 25 a given number of concentric knives on the top and lower surfaces near its periphery. However, these devices are low-performance and do not allow mixing and dispersing, for example, 30 different liquid heterogeneous systems in a wide range of viscosities; in addition, they do not allow physical and chemical processes to be carried out in a wide temperature range. The prototype of the proposed 35 invention is a typical apparatus with a sealed drive of a mixing device. This apparatus is a monoblock structure consisting of a mixing device containing a shaft with a blade, a diffuser that circulates the mixed medium in the apparatus body, and a special sealed drive. Heating of the stirred liquid is carried out both due to electrical heating using elements built into the apparatus, and due to the coolant supplied to the coil installed in the working space. 50

Недостатком этого аппарата является низкое качество диспергирования летерогенных систем, невысокая производительность, . 55The disadvantage of this device is the low quality of dispersion of etherogenic systems, low productivity. 55

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение производительности и качества смешения и диспергирования ломогенных и летерогенных систем. гоThe purpose of the present invention is to expand the functionality, increase the productivity and quality of mixing and dispersing lomogenic and letherogenic systems. th

Это достигается тем, что смеситель с высокоскоростным перемешивающим устройством (1500 - 3000 об/мин), содержащего вал с лопастью, системой теплообмена, диффузора, со сменными рабочими емкостями, выполненными в зависимости от необходимости проведения тех или иных процессов, имеет в верхней части вала отбойное устройство, выполненное в форме усеченного конуса, на дно емкости помещены мелющие тела (стеклянные, металлические, алундовые, керамические, резиновые, фторопластовые и др.), нижний штуцер снабжен фильтром и расположен на боковой поверхности корпуса на 3 - 5 см выше уровня мелющих тел. С целью уменьшения износа и улучшения условий выгрузки рабочие поверхности смесителя выполнены с износостойким покрытием. Под рабочими поверхностями понимаются: поверхности вала, перемешивающего устройства, диффузора, внутренние стенки емкости.This is achieved by the fact that the mixer with a high-speed mixing device (1500 - 3000 rpm), containing a shaft with a blade, a heat exchange system, a diffuser, with replaceable working containers, made depending on the need for certain processes, has in the upper part of the shaft a fender device made in the shape of a truncated cone; grinding media (glass, metal, alundum, ceramic, rubber, fluoroplastic, etc.) are placed at the bottom of the container; the lower fitting is equipped with a filter and is located on the side surface of the body 3 - 5 cm above the level of the grinding media tel. In order to reduce wear and improve unloading conditions, the working surfaces of the mixer are made with a wear-resistant coating. Working surfaces mean: surfaces of the shaft, mixing device, diffuser, internal walls of the container.

Смеситель (см. чертеж) представляет собой аппарат с герметичным приводом перемешивающего устройства 1, имеет емкость 2 с крышкой 3. В емкости расположены диффузор 4, который крепится к стенкам емкости крепежными штангами 5, теплообменное устройство 6. входной 7 и выходные 8, 9 штуцера. Выходной штуцер 8 расположен на расстоянии 3 - 5 см от поверхности мелющих тел. В верхней части вала 12 расположено отбойное устройство 10, конус которого направлен в сторону мешалки и находится под углом 100 - 300° к оси вала 12,поверхность отбойного устройства находится на расстоянии 3 - 5 см от верхнего края диффузора. Мешалка 11 расположена в 3 - 20 см от поверхности мелющих тел. В верхней части вала на крышке 3 выполнено уплотнение 13.The mixer (see drawing) is an apparatus with a sealed drive of the mixing device 1, has a container 2 with a lid 3. The container contains a diffuser 4, which is attached to the walls of the container with fastening rods 5, a heat exchange device 6, inlet 7 and outlet fittings 8, 9 . The outlet fitting 8 is located at a distance of 3 - 5 cm from the surface of the grinding media. In the upper part of the shaft 12 there is a breaker device 10, the cone of which is directed towards the mixer and is at an angle of 100 - 300° to the axis of the shaft 12, the surface of the breaker device is located at a distance of 3 - 5 cm from the upper edge of the diffuser. Mixer 11 is located 3 - 20 cm from the surface of the grinding media. In the upper part of the shaft on the cover 3 there is a seal 13.

Коэффициент заполнения смесителя 1.Mixer filling factor 1.

В целях обеспечения автономности, надежности в работе, проведения процессов в оптимальном режиме смеситель может быть снабжен микропроцессорным устройством обеспечивающим автоматическое регулированиескорости перемешивания в зависимости от вязкости среды, а также времени пребывания рабочей среды в емкости при работе смесителя в полунепрерывном или периодическом режимах. Кроме того, указанное микропроцессорное устройство поддерживает заданный температурный режим в емкости. Таким образом обеспечивается режимно-технологическая гибкость. Конструкция смесителя допускает оперативную смену его рабочих элементов: перемешивающего устройства, мелющих инертных тел и самой емкости. Тем самым обеспечивается аппаратурно-технологическая гибкость. Смеситель в случае необходимости может перемещаться в производственном пространстве в силу своей автономности и может выполнять роль контейнера, как основной части гибкой производственной системы.In order to ensure autonomy, reliability in operation, and carrying out processes in optimal mode, the mixer can be equipped with a microprocessor device that provides automatic control of the mixing speed depending on the viscosity of the medium, as well as the residence time of the working medium in the container when the mixer is operating in semi-continuous or periodic modes. In addition, the specified microprocessor device maintains a given temperature regime in the container. This ensures operational and technological flexibility. The design of the mixer allows for quick replacement of its working elements: the mixing device, grinding inert bodies and the container itself. This ensures hardware and technological flexibility. The mixer, if necessary, can move in the production space due to its autonomy and can act as a container as the main part of a flexible production system.

Принцип работы смесителя заключается в следующем: при заполнении емкости 2 смесителя через входной штуцер 7 реакционной средой включается перемешивающее устройство с герметичным приводом 1 и мешалкой 11, закрепленной на валу 12. Реакционная среда при этом вместе с мелющими телами, которые перемещаются за счет высокой турбулизации и направленности реакционной среды вверх через диффузор 4, проходит внутри диффузора снизу-вверх, и отбрасывается отбойным устройством 10 на внутреннюю поверхность емкости 2, затем проходит между стенкой емкости И наружной поверхностью диффузора в нижнюю часть емкости, где поток снова направляется во внутреннюю часть диффузора мешалкой 11. При необходимости реакционная среда может нагреваться или охлаждаться с помощью теплообменного устройства 6. Выгрузка реакционной среды осуществляется через штуцер 8, в котором размещен фильтр 14, Выгрузку промывных растворителей и отработанных мелющих инертных тел осуществляют через штуцер 9.The principle of operation of the mixer is as follows: when the mixer container 2 is filled through the inlet fitting 7 with the reaction medium, a mixing device with a sealed drive 1 and a stirrer 11 mounted on the shaft 12 is turned on. The reaction medium, together with the grinding media, moves due to high turbulence and the direction of the reaction medium upward through the diffuser 4, passes inside the diffuser from bottom to top, and is thrown by the fender 10 onto the inner surface of the container 2, then passes between the wall of the container and the outer surface of the diffuser to the lower part of the container, where the flow is again directed into the inner part of the diffuser by the stirrer 11 If necessary, the reaction medium can be heated or cooled using a heat exchange device 6. The reaction medium is discharged through fitting 8, which houses the filter 14. Wash solvents and spent grinding inert bodies are discharged through fitting 9.

Таким образом, за счет высокой турбулизации потока, включающего мелющие инертные тела, а также дополнительного диспергирования на рабочей поверхности отбойного устройства, стенке емкости и диффузора достигается тонкое диспергирование гетерогенной системы.Thus, due to the high turbulization of the flow, including grinding inert bodies, as well as additional dispersion on the working surface of the fender, the wall of the container and the diffuser, fine dispersion of the heterogeneous system is achieved.

В смесителе можно проводить процессы диспергирования и смешения жидких гетерогенных систем и различных жидкостей в широком диапазоне вязкостей (20 - 10000 сПз). В качестве мелющих инертных тел может быть применен бисер изготовленный из различного материала (стекло, сталь, фторопласт, резина, керамика и др.). Данный смеситель более производителен и надежен в работе, чем, например, бисерные мельницы широко используемые в настоящее время в лакокрасочной промышленности, поскольку полезный объем смесителя может быть от 0,5 - 300 л (наибольший полезный объем бисерной мельницы, 75 л), включение смесителя без реакционной среды не приводит к его поломке (в случае бисерной мельницы поломка неизбежна). Кроме того, конструкция смесителя допускает оперативную смену рабочих элементов, перемещение в рабочем пространстве, что обеспечивает его аппаратурно-технологическую гибкость и использование его как части гибкой производственной системы.The mixer can carry out processes of dispersion and mixing of liquid heterogeneous systems and various liquids in a wide range of viscosities (20 - 10,000 cP). Beads made of various materials (glass, steel, fluoroplastic, rubber, ceramics, etc.) can be used as grinding inert bodies. This mixer is more productive and reliable in operation than, for example, bead mills currently widely used in the paint and varnish industry, since the useful volume of the mixer can be from 0.5 - 300 l (the largest useful volume of a bead mill is 75 l), turning on the mixer without a reaction medium does not lead to its breakdown (in the case of a bead mill, breakdown is inevitable). In addition, the design of the mixer allows for quick change of working elements and movement in the workspace, which ensures its hardware and technological flexibility and its use as part of a flexible production system.

Нижний боковой штуцер не может быть расположен ниже 3 см, поскольку в этом случае мелющие тела будут замедлять выгрузку реакционной среды, а более 5 см его располагать нецелесообразно. Рабочая поверхность отбойного устройства не может быть расположена под углом менее 100° к оси вала, т. к. в этом случае мелющие инертные тела будут частично возвращаться во внутреннюю зону диффузора, а более 130° уменьшается сила удара гетерогенных частиц о поверхность емкости. При расстоянии отбойного элемента до края диффузора менее 3 см возрастает сопротивление потока на выходе из диффузора, ёсли более 5 см уменьшается сила удара мелющих тел и перемешиваемой среды о поверхность отбойного устройства и стенки емкости, что в обоих случаях снимает эффект диспергирования гетерогенной и гомогенной жидкой среды, В совокупности использование предлагаемых отличительных· признаков в литературе не описано.The lower side fitting cannot be located below 3 cm, since in this case the grinding media will slow down the unloading of the reaction medium, and it is not advisable to locate it more than 5 cm. The working surface of the fender cannot be located at an angle of less than 100° to the shaft axis, since in this case the grinding inert bodies will partially return to the internal zone of the diffuser, and more than 130° the force of impact of heterogeneous particles on the surface of the container decreases. When the distance of the fender element to the edge of the diffuser is less than 3 cm, the flow resistance at the outlet of the diffuser increases, if more than 5 cm, the force of impact of the grinding bodies and the mixed medium on the surface of the fender device and the walls of the container decreases, which in both cases removes the effect of dispersion of a heterogeneous and homogeneous liquid medium ,Collectively, the use of the proposed distinguishing features ,has not been described in the literature.

Пример 1. Смеситель, выполненный в соответствии с рис. 1 имел следующие характеристики: рабочая емкость 2 объемом 2 литра, герметичное перемешивающее устройство 1 мощностью 600 Вт, отбойное устройство укреплено под углом 100° по отношению к оси вала 12, фильтр сетчатый, выполненный из стали, размер ячейки 0,5 мм, штуцер 8 расположен на 3 см выше уровня бисера. Расстояние от поверхности отбойного устройства до края диффузора 4 см. Рабочие поверхности аппарата футерованы фторопластом.Example 1. Mixer made in accordance with Fig. 1 had the following characteristics: working capacity 2 with a volume of 2 liters, sealed mixing device 1 with a power of 600 W, a fender mounted at an angle of 100° relative to the axis of the shaft 12, a mesh filter made of steel, mesh size 0.5 mm, fitting 8 located 3 cm above the level of the beads. The distance from the surface of the fender to the edge of the diffuser is 4 cm. The working surfaces of the device are lined with fluoroplastic.

В смеситель загружали 2 литра замеса вододисперсионной краски с исходной дисперсностью 150 мкм по гриндометру и стеклянный бисер, включали перемешивающее устройство и диспергировали в течение 5 мин, степень дисперсности при этом составила 15 мкм по гриндометру. Диспергирование этого же состава в прототипе не позволяет достигнуть степени дисперсности в 15 мкм в течение 1 ч и более.2 liters of a mixture of water-dispersed paint with an initial dispersion of 150 μm according to the grindometer and glass beads were loaded into the mixer, the mixing device was turned on and dispersed for 5 minutes, the degree of dispersion was 15 μm according to the grindometer. Dispersing the same composition in the prototype does not allow achieving a degree of dispersion of 15 microns for 1 hour or more.

Пример 2. Смеситель, выполненный в соответствии с чертежом имел следующие характеристики: рабочая емкость 2 объемом 1 литр, герметичное перемешивающее устройство мощностью 400 Вт, отбойное устройство укреплено под углом 120° по отношению к оси вала, фильтр сетчатый, выполненный из латуни с размером ячейки 1 мм, штуцер 8 расположен на 5 см выше уровня бисера. Расстояние от поверхности отбойного устройства до края диффузора 3 см.Example 2. A mixer made in accordance with the drawing had the following characteristics: working capacity 2 with a volume of 1 liter, a sealed mixing device with a power of 400 W, a baffle device mounted at an angle of 120° relative to the shaft axis, a mesh filter made of brass with a mesh size 1 mm, fitting 8 is located 5 cm above the level of the beads. The distance from the surface of the fender to the edge of the diffuser is 3 cm.

В аппарат загружали замес эмали ХС413 в количестве 1 л и диспергировали в течение 10 мин, степень дисперсности составила 40 мкм по гриндометру. Диспергирование замеса эмали ХС-413 в прототипе не позволяет получить степень дисперсности 40 мкм.A batch of XC413 enamel in an amount of 1 liter was loaded into the apparatus and dispersed for 10 minutes, the degree of dispersion was 40 μm according to the grindometer. Dispersing a batch of XC-413 enamel in the prototype does not allow obtaining a degree of dispersion of 40 microns.

Пример 3. Смеситель, выполненный в соответствии с чертежом имел следующие характеристики: рабочая емкость 2 объемом 2 л. герметичное перемешивающее устройство мощностью 600 Вт. отбойное устройство 10 укреплено под углом 130° по отношению к оси вала 12 и расположено на расстоянии 5.см от края диффузора, фильтр сетчатый, выполненный из стали, размер ячейки 1 мм. штуцер 8 расположен на 4 см выше уровня бисера.Example 3. A mixer made in accordance with the drawing had the following characteristics: working capacity 2 with a volume of 2 liters. sealed mixing device with a power of 600 W. the fender device 10 is fixed at an angle of 130° relative to the axis of the shaft 12 and is located at a distance of 5.cm from the edge of the diffuser, the filter is a mesh made of steel, the cell size is 1 mm. fitting 8 is located 4 cm above the level of the beads.

В смеситель загружали сополимер винилацетата с винилхлоридом (А-15-0) 350 г и смесь растворителей (ацетон, толуол, бутилацетат) 1500 г, диспергировали в течение 5 мин, а результате получили однородный раствор.A copolymer of vinyl acetate with vinyl chloride (A-15-0) 350 g and a mixture of solvents (acetone, toluene, butyl acetate) 1500 g were loaded into the mixer, dispersed for 5 minutes, and the result was a homogeneous solution.

В прототипе для получения однородного раствора требуется диспергирование в течение 15 мин.In the prototype, dispersion for 15 minutes is required to obtain a homogeneous solution.

Таким образом, совокупность отличительных признаков в предлагаемом смесителе позволяет практически в три раза повысить производительность при растворении полимеров, диспергировании жидких гетерогенных систем и изготовлении лакокрасочных материалов. Конструктивные особенности смесителя позволяют расширить функциональные возможности аппаратов подобного типа и проводить процессы смешения жидких систем с широким диапазоном вязкостей, диспергирование жидких гетерогенных систем, растворение различных полимеров, позволяет также изготавливать лакокрасочные материалы высокого качества, эмульсии, шампуни, эссенции и пр. и может быть применен в химической, косметической и пищевой промышленности.Thus, the combination of distinctive features in the proposed mixer makes it possible to almost triple the productivity when dissolving polymers, dispersing liquid heterogeneous systems and producing paints and varnishes. The design features of the mixer make it possible to expand the functionality of devices of this type and carry out processes of mixing liquid systems with a wide range of viscosities, dispersing liquid heterogeneous systems, dissolving various polymers, it also allows the production of high-quality paints and varnishes, emulsions, shampoos, essences, etc. and can be used in the chemical, cosmetic and food industries.

Защита рабочих поверхностей смесителя повышает его надежность в эксплуатации. В силу своей автономности смеситель может выполнять роль контейнера в гибкой производственной системе.Protecting the working surfaces of the mixer increases its operational reliability. Due to its autonomy, the mixer can act as a container in a flexible production system.

Claims

Claim

1. A mixer containing a container with upper and lower fittings, a vertical shaft with a screw mixer located in a diffuser, above which a baffle element is placed on the shaft, characterized in that. in order to expand functionality, increase productivity and quality of mixing and dispersion processes, it is equipped with grinding bodies freely placed on the bottom, and the fender element is made in the form of an inverse truncated cone, the generatrix of which is 100-130° with the shaft axis.

2. Pop mixer 1, characterized in that, in order to reduce wear and improve unloading conditions, its working surfaces are made with a wear-resistant coating, and the lower fitting is equipped with a filter and is located on the side surface of the housing 3 - 5 cm above the level of the grinding media.