UA125344C2 - Змішувач-реактор безперервної дії - Google Patents

Abstract

Винахід належить до конструкції змішувача-реактора роторного типу і може бути використаний, зокрема, для промислового одержання пористої селітри. Змішувач-реактор безперервної дії містить циліндричний корпус, закритий кришкою, вхідний і вихідний штуцери, корпус підшипників, в якому встановлено вал, до одного кінця якого під'єднаний шків приводу обертання ротора, а до другого - ротор з лопатками. Ротор має насосну частину з лопатками, змішувальну частину ротора з лопатками, по зовнішньому краю яких виконані отвори, та зону розподілення другої рідини, яка знаходиться між насосною та змішувальною частинами та з якої виходять трубки, які розміщені за лопатками змішувальної частини. На внутрішній поверхні стінки циліндричного корпусу радіально виконані нерухомі лопатки, а на його днищі встановлений штуцер виходу суміші та прикріплені гальмівні лопатки. До гальмівних лопаток закріплений диск гідравлічного затвору, під яким знаходиться переливне кільце, прикріплене до внутрішньої поверхні стінки циліндричного корпусу. Кришка корпусу виконана у вигляді з'єднаних між собою двох зрізаних конусів. В верхньому зрізаному конусі встановлені штуцер входу першої рідини, штуцер входу другої рідини, так, що нижній його кінець знаходиться у зоні розподілення другої рідини, та штуцер виходу газу, а в нижньому зрізаному конусі кришки корпусу виконані отвори для розподілення першої рідини. Використання пропонованої конструкції змішувача реактора дозволяє значно поліпшити якість змішування рідин та забезпечити протікання реакції поміж цими рідинами всередині апарата. Використання пропонованої конструкції змішувача реактора в технологічній схемі отримання пористої селітри дозволить, поряд зі значною знижкою витрати пороутворюючої добавки, значно підвищити якість пористої селітри, підвищити її вбираючу та утримуючу здатність.

Description

Винахід належить до апаратури для хімічних процесів, які протікають в рідинному або газорідинному середовищі, а саме до варіанта конструкції змішувача реактора роторного типу.

Винахід може бути використаний, зокрема, для промислового одержання пористої селітри.

Відомий відцентровий пульсаційно-кавітаційний пристрій, який містить корпус, ротор з крильчатками і кільце з перфорованими отворами, статор з конфузорно-дифузорними насадками (сопло Лаваля). Ротор і статор встановлені з можливістю генерувати високочастотні пульсації кавітаційного потоку, чим забезпечується глибоке диспергування, гомогенізація і зміна фракційного складу рідин з різними фізичними властивостями (ША 119351 0, ВОТЕ 5/00, ВОТЕ 3/00, 2017). Недоліком такого пристрою є низька ефективність диспергування та конструктивна складність виготовлення статора з конфузорно-дифузорними насадками.

Найбільш близьким аналогом змішувача, що заявляється, вибраним як прототип, є роторно- пульсаційний апарат, який містить корпус з кришкою, вхідний і вихідний патрубки та встановлені в корпусі ротор і статор з робочими елементами у вигляді концентрично розташованих зубів, привід-мультиплікатор з регульованою частотою обертання, на вертикальному валу якого жорстко закріплений ротор, а вал приводу-мультиплікатора встановлений в пружних опорах з можливістю вертикальних і горизонтальних переміщень (Патент на винахід НО Ме 2584539, опубл. 20.05.2016, ВОТЕ 7/00).

Недоліки роторно-пульсаційного апарата наступні: вплив механічних та гідродинамічних пульсацій тиску на змішувані рідини здійснюється короткочасно за рахунок дрібномасштабних пульсацій, які виникають при миттєвому суміщенню лопаток ротора і статора і їх недостатньо для глибокого змішування (диспергування) рідин; оскільки змішувані рідині подаються в апарат по вхідному патрубку неперемішаними, то реакція між рідинами розпочнеться вже у вхідному патрубку та у внутрішній порожнині ротора і на змішування буде надходити як не прореаговані рідини, так і продукти їх реакції, що приведе до неоднорідності продукту на виході із апарата; загальним недоліком для апарата є відсутність можливості виходу газу, який може утвориться внаслідок дегазації змішуваних рідин або реакції між ними; неможливість регулювання часу перебування змішуваних рідин в апараті без зміни геометрії (розмірів) всієї конструкції.

Зо В основу винаходу поставлено задачу удосконалення існуючого змішувача реактора шляхом зміни його конструкції, з метою забезпечення глибокого однакового диспергування і гомогенізації рідин, а також регулювання часу перебування змішуваних рідин в змішувачі реакторі, без зміни його габаритів.

Поставлена задача вирішується тим, що змішувач-реактор безперервної дії, що містить циліндричний корпус, закритий кришкою, вхідний і вихідний штуцери, корпус підшипників, в якому встановлено вал, до одного кінця якого під'єднаний шків приводу обертання ротора, а до другого - ротор з лопатками, згідно з винаходом, ротор має насосну частину, з встановленими лопатками насосної частини, загнутими в напрямку обертання, змішувальну частину ротора з радіально встановленими лопатками змішувальної частини, по зовнішньому краю яких виконані отвори, та зону розподілення другої рідини, яка знаходиться між насосною та змішувальною частинами, та з якої виходять трубки, які розміщені за лопатками змішувальної частини, також на внутрішній поверхні стінки циліндричного корпусу радіально виконані нерухомі лопатки, а на його днищі встановлений штуцер виходу суміші та прикріплені гальмівні лопатки, загнуті в протилежну сторону до напрямку обертання, до верхньої частини яких закріплений диск гідравлічного затвору, під яким знаходиться переливне кільце, прикріплене до внутрішньої поверхні стінки циліндричного корпусу, крім того, кришка корпусу виконана у вигляді з'єднаних між собою двох зрізаних конусів, в верхньому зрізаному конусі кришки корпусу встановлені штуцер входу першої рідини, штуцер входу другої рідини, так, що нижній його кінець знаходиться у зоні розподілення другої рідини, та штуцер виходу газу, а в нижньому зрізаному конусі кришки корпусу виконані отвори для розподілення першої рідини.

Запропонована конструкція змішувача-реактора дозволяє ефективно змішати дві рідини, особливо коли витрата однієї рідини значно відрізняється від витрати другої (наприклад при змушуванні пороутворюючої добавки в розплаві аміачної селітри при виробництві пористої селітри). Завдяки тому, що кришка корпусу конструктивно виконана як розподільник рідини, рідина в який подається зверху через штуцер входу першої рідини, а витікає через ряд отворів, розташованих в нижній частині кришки в циліндричний корпус змішувача, забезпечується її рівномірне розподілення по перетину циліндричного корпусу. Друга рідина (витрата якої менша від першої рідини) через штуцер входу другої рідини подається в розподільник ротора, в якому під дією відцентрової сили рівномірно розподіляється по колу і витікає із нього через трубки, бо чим забезпечується її рівномірне розподілення в першій рідині. Рідина, витікаючи з трубок,

потрапляє в вихор рідини (що знаходиться в корпусі), який утворюється позаду лопатки насосної частини, яка рухається і інтенсивно змішується з нею. Крім того на зовнішньому краю лопаток насосної частини виконано ряд отворів, які забезпечують вирівнювання товщини шару суміші рідин по внутрішньому діаметру циліндричного корпусу, а також створюють додаткову турбулентність, що збільшує якість змішуваної суміші.

Для інтенсифікації процесу змішування на внутрішній поверхні корпусу розміщені нерухомі лопатки, на яких при їх взаємодії з рухомими вихорами, які утворюються позаду лопаток ротора, виникають пульсації тиску та швидкостей потоку рідин, що приводить до виникнення розвинутої турбулентності та інтенсивної кавітації.

Для повного проходження реакції між рідинами необхідний деякій час. Час перебування суміші рідин в змішувачі-реакторі прямо пропорційний об'ємові, який займає суміш в ньому, і зворотно пропорційний витраті рідин. При постійній витраті рідин змінювати час перебування суміші в реакторі можливо тільки змінюючи об'єм, який займає суміш в ньому. Для зміни об'єму, який займає суміш в змішувачі реакторі, в нижній частині циліндричного корпусу передбачене переливне кільце. Змінюючи діаметр внутрішнього отвору в переливному кільці, можна змінювати товщину шару суміші вздовж внутрішньої стінки корпусу, тим самим змінюючи об'єм, який займає суміш в реакторі, а отже, і час перебування суміші в ньому, не змінюючи габарити самого змішувача реактора.

Таким чином, використання всіх істотних ознак пристрою, включаючи відмінні, дозволяє значно поліпшити якість змішування рідин та забезпечити протіканні реакції поміж цими рідинами всередині апарата.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фігурі 1 представлена схема змішувача реактора у розрізі, на фігурі 2 - розріз А - А змішувача реактора.

Змішувач-реактор (Фіг. 1) містить циліндричний корпус 1 зверху закритий кришкою 2 корпусу. На кришці 2 корпусу змонтований корпус З підшипників з встановленим в ньому валом 4. На верхньому кінці вала 4 закріплений шків 5 приводу обертання ротора 6. У верхній частині ротора 6 розташована насосна частина 7 ротора з загнутими в напрямку обертання лопатками 8 насосної частини. В нижній частині ротора 6 розташована змішуюча частина 9 з радіально встановленими лопатками 10 змішуючої частини. По зовнішньому краю лопаток 10 змішуючої

Зо частини виконані отвори 11. Між насосною та змішуючою частинами 7, 9 конструктивно виконана зона 12 розподілення другої рідини. З зони 12 розподілення другої рідини виходять трубки 13, які розташовані за лопатками 10 змішуючої частини. На внутрішній стінці циліндричного корпусу 1 радіально виконані нерухомі лопатки 14, а на днищі циліндричного корпусу 1 закріплені гальмівні лопатки 15, які загнуті в протилежну сторону до напряму обертання ротора 6. На верхніх краях гальмівних лопаток 15 закріплений диск 16, під яким розташоване переливне кільце 17. Переливне кільце 17 прикріплене до внутрішньої стінки циліндричного корпусу 1. В днищі циліндричного корпусу 1 встановлений штуцер 18 виходу суміші. Кришка 2 корпусу складається з двох з'єднаних між собою зрізаних конусів. В верхньому зрізаному конусі 19 встановлені штуцер 20 входу першої рідини, штуцер 21 входу другої рідини та штуцер 22 виходу газу. В нижньому зрізаному конусі 23 по внутрішньому його краю виконані отвори 24 для розподілення першої рідини. Верхній зрізаний конус 19 кришки та нижній зрізаний конус 23 утворюють розподільник 25 першої рідини.

Змішувач-реактор працює таким чином (на прикладі змішувача реактора в виробництві пористої селітри). При включенні змішувача-реактора шків 5 приводить в обертальний рух вал 4, який починає обертати ротор 6. Перша рідина (розплав селітри) подається в змішувач- реактор через вхідний штуцер 20, потрапляє в розподільник 25 першої рідини і через отвори 24 розподіляється у вигляді струменів по всьому колу. Далі цей рівномірний по колу потік потрапляє на лопатки 7 насосної частини ротора, втягується ними в круговий рух, в результаті чого шар рідини в корпусі набуває форми порожнистого циліндра з діаметром порожнини, рівним діаметру внутрішнього отвору переливного кільця 17. Друга рідина (пороутворююча добавка) подається в змішувач-реактор через штуцер 21 входу другої рідини, потрапляє в зону 12 розподілення другої рідини, в якій рівномірно розподіляється по колу і витікає із нього в шар розплаву в корпусі через трубки 13. Оскільки кінці трубок 13 розташовані позаду лопаток 10 змішуючої частини ротора, де утворюється зона пониженого тиску, то добавка вільно витікає з трубок і потрапляє в вихор розплаву, який утворюється позаду лопаток 10 змішуючої частини ротора, і інтенсивно змішується з розплавом селітри. Змішування рідин покращується при взаємодії рухомих вихорів за лопатками 10 змішуючої частини ротора з нерухомими лопатками 14, що розміщені на внутрішній поверхні циліндричного корпусу 1. На нерухомих лопатках 14 виникають пульсації тиску та швидкостей потоку рідин, що приводить до виникнення розвинутої бо турбулентності та інтенсивної кавітації. Завдяки якісному змішуванню рідин у всьому об'ємі суміші розпочинається взаємодія (реакція) між розплавом селітри та пороутворюючою добавкою, в результаті якої утворюється газ. Бульбашки газу також попадають у вихори розплаву, подрібнюються до малих (мікронних) розмірів і разом з розплавом селітри виводяться з змішувача реактора через штуцер 18. Надлишки газу відводяться з змішувача реактора через штуцер 22 (шлях руху газу на Фіг. 1 показано лініями з стрілками). Для попередження проникнення газу, який утворюватися при реакції між рідинами, в штуцер 18 виходу суміші встановлено диск 16, зовнішній край якого занурено в шар суміші рідин в циліндричному корпусі 1, що таким чином утворює гідравлічний затвор. Регулювання часу перебування суміші в змішувачі реакторі здійснюється за рахунок зміни об'єму, який займає суміш в змішувачі реакторі. Змінюючи діаметр внутрішнього отвору в переливному кільці 17 можна змінювати товщину шару суміші вздовж внутрішньої стінка корпусу, тим самим змінюючи час перебування суміші в змішувачі-реакторі. Для того, щоб вивести суміш з корпусу змішувача-реактора, необхідно перетворити обертовий рух в корпусі апарата в поступальний та направити суміш рідин в штуцер 18 виходу суміші. Для цього на днищі циліндричного корпусу 1 встановлені гальмівні лопатки 15, які перетворюють обертовий рух суміші в поступальний.

Використання пропонованої конструкції змішувача-реактора дозволяє, в порівнянні з існуючими конструкціями змішувачів-реакторів, значно поліпшити якість змішування рідин та забезпечити протікання реакції поміж цими рідинами всередині апарата. Використання пропонованої конструкції змішувача-реактора в технологічній схемі отримання пористої селітри дозволить, поряд зі значною знижкою витрати пороутворюючої добавки (в декілька разів), значно підвищити якість пористої селітри, підвищити її вбираючу та утримуючу здатність.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

   Змішувач-реактор безперервної дії, що містить циліндричний корпус, закритий кришкою, вхідний і вихідний штуцери, корпус підшипників, в якому встановлено вал, до одного кінця якого під'єднаний шків приводу обертання ротора, а до другого - ротор з лопатками, який відрізняється тим, що ротор має насосну частину, з встановленими лопатками насосної частини, загнутими в напрямку обертання, змішувальну частину ротора з радіально

   Зо встановленими лопатками змішувальної частини, по зовнішньому краю яких виконані отвори, та зону розподілення другої рідини, яка знаходиться між насосною та змішувальною частинами та з якої виходять трубки, які розміщені за лопатками змішувальної частини, також на внутрішній поверхні стінки циліндричного корпусу радіально виконані нерухомі лопатки, а на його днищі встановлений штуцер виходу суміші та прикріплені гальмівні лопатки, загнуті в протилежну сторону до напрямку обертання, до верхньої частини яких закріплений диск гідравлічного затвору, під яким знаходиться переливне кільце, прикріплене до внутрішньої поверхні стінки циліндричного корпусу, крім того, кришка корпусу виконана у вигляді з'єднаних між собою двох зрізаних конусів, в верхньому зрізаному конусі кришки корпусу встановлені штуцер входу першої рідини, штуцер входу другої рідини, так, що нижній його кінець знаходиться у зоні розподілення другої рідини, та штуцер виходу газу, а в нижньому зрізаному конусі кришки корпусу виконані отвори для розподілення першої рідини.