WO2012148311A2 - Микровихревой дезинтегратор - Google Patents

Микровихревой дезинтегратор Download PDF

Info

Publication number
WO2012148311A2
WO2012148311A2 PCT/RU2012/000306 RU2012000306W WO2012148311A2 WO 2012148311 A2 WO2012148311 A2 WO 2012148311A2 RU 2012000306 W RU2012000306 W RU 2012000306W WO 2012148311 A2 WO2012148311 A2 WO 2012148311A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
stator
disintegrator
working
viscous medium
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000306
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012148311A3 (ru
Inventor
Владимир Иванович КЛЕШКАНОВ
Original Assignee
Kleshkanov Vladimir Ivanovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kleshkanov Vladimir Ivanovich filed Critical Kleshkanov Vladimir Ivanovich
Publication of WO2012148311A2 publication Critical patent/WO2012148311A2/ru
Publication of WO2012148311A3 publication Critical patent/WO2012148311A3/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B02C2017/165—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge with stirring means comprising more than one agitator

Definitions

  • the proposed disintegrator is used as a grinding device for creating microparticles with a characteristic size of groups of molecules, molecules or parts of molecules in the food and chemical industry, when creating artificial building materials, concrete based on an aqueous suspension of solid particles, crushed to the characteristic size of the molecules. It is used as a device for activating the effects of surface interaction in mutually immiscible and insoluble substances, with the formation of time-stable colloidal systems (structured emulsions and pasty systems); devices for enhancing the effects of surface interaction in solutions and colloidal suspensions with the formation of foamy, gel-like and gel-like colloidal suspensions and colloidal systems; devices for producing microparticles, new substances and materials.
  • It is used as a device for grinding solids, breaking intermolecular bonds, splitting molecules to form active, chemically understood ions, and a device for splitting molecules to form chemically stable molecules, as well as a device for synthesizing new substances from crushed particles and broken ions molecules. It is used as a homogenizer, a dynamic heater, pasteurizer, sterilizer, a device for intensifying mass transfer and processes of adhesive interaction of the surfaces of bodies made of various materials. It is used as a device for the destruction of intermolecular and intramolecular bonds.
  • Patent N ° 2343003 RU.
  • Patent N ° 2378216 RU A known method of creating building materials from limestone, sand and water.
  • Patent 2333402 RU A known solid surface streamlined by a viscous medium.
  • colloidal wet grinding mills grinding solid particles of a suspension located between moving relative to each other by conical surfaces.
  • the principle of operation of colloidal mills is based on the destruction of particles under the influence of tangential stress on it from the side of neighboring particles or the mill wall during impact.
  • Known rotary emitters consisting of two or more coaxial cylinders or cones, with slotted holes. Cylinders with an end surface are fixed on mutually rotating disks G.A. Axelrud, A. D. Molchanov “Dissolution of solids”, M., Chemistry, 1977, (pp. 230-232). The operation of rotary emitters is based on the occurrence of cavitation effects.
  • Known cone colloidal mills the working surfaces of which are conical in shape with grooved surfaces of both the rotor and the stator.
  • Known colloidal mill mills the working parts of which are bills and counterattacks.
  • Known vibrocavitation colloidal mills the stator and rotor of which has grooves directed along the axis on the working surfaces.
  • Known colloidal mills of the type "Reactron” the working parts of which are the rows of fingers located in the form of coaxial circles, some movable, others stationary.
  • P.M.Sidenko “Grinding in the chemical industry", M., Chemistry, 1977, (pp. 238-243).
  • grinding occurs due to the fact that the working surfaces moving relative to each other have multidirectional grooves, discrete structural elements in the form of bill or fingers, from the collision of which the particles experience both impact and abrasion, while in many colloid mills a cavitation process is generated, which leads to additional grinding of solid particles in a two-phase medium.
  • micro-vortex disintegrator which contains a location with the ability to move at least one rotor relative to the stator, while the working surfaces of the rotor and stator are made with the formation of a working area between them to accommodate a dispersible viscous medium with crushed material.
  • Work surfaces can be made with micro-relief in the form of micro-depressions.
  • This device performs vortex hydrodynamic grinding and restructuring of crushed particles in a viscous liquid medium, including the destruction of solid particles of the crushed material by microvortices, which create at the interface between the stream of viscous liquid medium and the surfaces of a solid body or at the interface between the stream of viscous liquid medium and layers of a stationary viscous medium under the influence of pressure and / or temperature, and the speed of the stream is set in the range from 0.5 to 3000 m / s, the pressure of a viscous liquid medium in the range from 1 technical atmosphere to 5000 technical atmospheres, and the temperature is set in the range from -270 to 3000 ° C depending on the used moving viscous liquid medium, while the distance between the surfaces of the solid body or layers of the stationary viscous medium is taken in the range from 0, 5 to 10,000 microns, depending on the type and size of destructible solid particles (RU N ° 2343003, prototype).
  • a disadvantage of the known devices is the low degree of grinding (disintegration) of the crushed material. They are unable to crush solids to high sizes less than 1x10 "5 ... 1x10 " 6 meters.
  • An object of the invention is the creation of an effective micro-vortex disintegrator and the expansion of the arsenal of micro-vortex disintegrators.
  • the technical result that provides the solution of the problem lies in the fact that it is possible to increase the degree of grinding (disintegration) of the crushed material to particle sizes less than 1 x 10 "5 ... 1x10 " 6 meters by ensuring the maximum possible intensification of microvortices and activation of twisting effects on particles insoluble crushed material, and thereby obtaining more stable colloidal systems in time (structured emulsions and pasty systems).
  • the micro-vortex disintegrator contains a sealed housing, inside of which at least one rotor and at least one stator are placed with the possibility of mutual displacement, the working surfaces of which are made in the form of rotation surfaces with the formation of a working area between them for a dispersible viscous medium supplied through an input device with crushed material under pressure in the range from 0.5 atm to 10,000 atm and with a temperature in the range from minus 270 ° C to plus 3000 ° C,
  • the rotor surfaces are removed from the axis of rotation by a distance of 1.0 mm to 3500 mm, and the distance between the working surfaces of the rotor and the stator according to the normal drawn from any point on the rotor working surface to the working surface of the stator is made from 0.0005 mm to 10 mm, this working surface of the rotor and stator are made of heat-resistant and / or wear-resistant material.
  • the working surfaces of the rotor and stator are made equidistant to each other.
  • the distance between the rotor and the stator is made smoothly changing from the center of rotation to the periphery.
  • the disintegrator contains more than one, a pair of rotor - stator.
  • the implementation of the disintegrator is made with the supply of a viscous medium on both sides of the rotor.
  • the rotor is made with at least one hole at the axis of rotation of the rotor.
  • the implementation of the disintegrator is made with the supply of a viscous medium from one pair of rotor - stator to another through channels in the housing.
  • the disintegrator is equipped with a pre-pump mounted on one shaft with a rotor and made at least one-stage, and the input device is made in the form of a channel for supplying a viscous medium to the working area of the disintegrator.
  • the pre-pump is made integral with the rotor.
  • the working surfaces of the rotor and stator are made in the form of a comb with ribs and depressions between them, while the edges of the stator surface enter the depressions of the rotor surface, and the ribs of the latter enter the depressions of the stator surface.
  • a throttle valve is installed at the exit from the working area.
  • the microrelief is made
  • the disintegrator contains at least two rotors rotating in opposite directions, while the supply of a viscous medium to the working area of the disintegrator is carried out through the housing and the holes in the rotors and / or through the hollow shafts of the rotors.
  • the implementation of the disintegrator is made with the possibility of regulating the distance between the working surfaces of the rotor and the stator, as well as regulating the rotational speed of the rotor.
  • the disintegrator is configured to control the temperature and pressure of a viscous medium, and with forced cooling of the stator.
  • Figure 1 shows a diagram with a plot of speeds in the boundary layer of the colloidal system, explaining the formation of microvortices, Figure 2.
  • Figure 2. - a diagram illustrating the occurrence of microvortices between two moving surfaces
  • Fig.Z. - structural diagram of a single-stage disintegrator with an equidistant arrangement of the working surfaces of the rotor and stator, Figure 4.
  • FIG. 1 - structural diagram of a single-stage disintegrator with a pre-pump, made integral with the rotor of the disintegrator, Figure 1 1.
  • - structural diagram of a single-stage disintegrator with a developed working surface Fig.12.
  • Fig.13. - Schematic diagram of the microrelief deposited on the working surface of the disintegrator
  • Fig.14. structural diagram of the disintegrator with two rotors rotating in different directions
  • Microvortex disintegrator operates as follows.
  • the present application proposes the design of a device, hereinafter referred to as a “disintegrator”, generating micro-vortex structures in a viscous liquid medium 1 with foreign inclusions solid, liquid or gaseous, hereinafter referred to as “crushed material”.
  • the disintegrator generates microvortex structures, hereinafter referred to as "microvortices" 2, under the influence of which there is disintegration, destruction of the crushed material into smaller parts, with the formation of homogeneous systems.
  • microvortices are generated in the boundary layer, which always occurs when a viscous solid flows around Wednesday.
  • microvortices 2 The formation of microvortices 2 and their intensification leads to:
  • Figure 1 presents a plot of speeds 1 1 of a colloidal suspension consisting of a viscous medium 1 and foreign particles 6, moving relative to a solid surface 3.
  • a foreign particle 6 near a solid surface 3 will flow around a viscous suspension 1 at different points in space along in different ways.
  • the flow velocity will be VA
  • the flow velocity will be VA
  • the foreign particle 6 is involved in a circular motion in the “C” direction.
  • the foreign particle 6 begins to make a rotational motion, it carries away the contacting parts of the viscous medium, which leads to the formation of a vortex motion of the viscous suspension 1 around the foreign particle 6.
  • Foreign inclusion means the spatial zone inside a viscous medium, which differs from the viscous medium in density, phase state, chemical composition and / or other physicochemical properties.
  • FIG. 1 The picture of vortex formation taking place in a viscous medium 1 located between two solid surfaces 3 located at a distance h from each other and moving with different speeds V] and V 2, respectively, is presented. Viscous medium 1 is carried away by solid surfaces 3, which leads to the appearance of circular (vortex) motion in a viscous medium, i.e. to the formation of a vortex 2.
  • the viscous medium has a temperature t °, viscosity ⁇ , and the absolute pressure in the viscous medium outside the microvortex is equal to P 0 .
  • the disintegrator the circuit of which is shown in FIG.
  • rotor 3 consists of a housing 10, a rotating rotor formed by two surfaces of rotation, hereinafter referred to as “rotor” 9, a fixed stator, the working surface of which is a surface of rotation, hereinafter “stator” 12, input 15 and output 14 devices and seal assembly 19.
  • stator the working surface of which is a surface of rotation
  • stator the working surface of which is a surface of rotation
  • the rotor and stator move relative to each other.
  • the viscous medium 1 moves relative to the working surface of the rotor 17 and relative to the working surface of the stator 18.
  • the working area of the disintegrator 16 is the space between the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18.
  • the seal 19 is necessary to prevent the viscous medium from leaving the cage differently than through the output device 14.
  • Fig. 3 shows a structural diagram of a disintegrator with an equidistant arrangement of the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18.
  • the distance between the surfaces 17 and 18 does not change with the distance from the axis of rotation of the rotor 8 and amounts to the size di, as shown in Fig.Z.
  • the rotor 9 and the stator 12 are moved relative to each other in the speed range from 0.001 m / s to 700 m / s.
  • Such a speed range is dictated by various physicochemical properties of a viscous medium 1, various physicochemical properties of foreign particles 6, and various tasks posed to a particular technological process.
  • the distance between the working surfaces of the rotor and the stator measured in the direction of the normal drawn from any point on the working surface of the rotor to the working surface of the stator is from 0.0005 mm to 10 mm.
  • Such a range of distances between the working surfaces of the rotor 9 and the stator 12 depends on the physicochemical properties of the viscous medium 1, the physicochemical properties of the foreign particles 6, and the technological problems facing a particular process.
  • a pressure from 0.5 atm to 10,000 atm and a temperature in a viscous medium from -270 ° C to + 3000 ° C are created and maintained in the working zone 16.
  • Such a large range of temperatures and pressures also depends on the physicochemical properties of the viscous medium 1, the physicochemical properties of the foreign particles 6, and the technological problems facing a particular process.
  • the housing 10 in which the rotor 9 and the stator 12 are moved relative to each other, is sealed, and a seal 19 is placed on the shaft of the cage 26 that is illustrated in Fig.Z.
  • the housing 10 may not be airtight, for example, under conditions when the disintegrator is completely immersed in a viscous medium.
  • the stator of the disintegrator can be forced to cool, and the parts of the rotor and stator are made of heat-resistant materials.
  • the working surfaces of the rotor and stator of the disintegrator are impacted, which leads to wear of the working surfaces, which can lead to a change in the shape of the working surfaces of the rotor and stator.
  • the rotor and stator of the disintegrator are made of wear-resistant materials and / or are coated with wear-resistant coatings.
  • Figure 4. shows a structural diagram of the disintegrator, the distance between the rotor 9 and the stator 12 smoothly varies from di to d 2 . (di> d 2 ).
  • the distance between the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18 decreases along the movement of the viscous medium from the center of rotation to the periphery.
  • Such a design can be used to disperse relatively low strength materials, for example, humates in the manufacture of finely divided humic preparations or for the preparation of time-stable emulsions.
  • the disintegrator shows a structural diagram of the disintegrator, in which in order to increase productivity and reduce the material consumption of the structure, the disintegrator consists of more than one pair of rotor-stator, as shown in the structural diagram of Fig.5. In this case, both surfaces of 17 rotors 9 participate in the generation of microvortices.
  • Figure 6 shows a structural diagram of the disintegrator, in which the supply of a viscous medium with the processed material is carried out through the housing on both sides of the rotor. Such a design is resorted to when the cage 10 is free from all sides and there is no need to complicate the design of the rotor 9.
  • FIG. 7 shows a structural diagram of a disintegrator in which the rotor 9 is made with at least one hole 23 at the axis of rotation of the rotor. This hole is intended to facilitate the mass of the rotor 9 and to bypass the dispersible viscous medium to the second side of the rotor 9, which is further from the input device 15.
  • This design solution achieves two goals: firstly, the mass of the rotating rotor is reduced and secondly, the viscous medium is supplied to the second side of the rotor 9, which ensures a doubling of the performance of the disintegrator.
  • Fig. a structural diagram of a multi-stage disintegrator is shown in which a viscous medium is supplied through channels 27 in the housing simultaneously to two sides of the rotor, which increases productivity, while a viscous medium with ground material is transferred from one stage (rotor-stator pair) to another through channels in the housing disintegrator.
  • the distance between the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18 can vary from step to step. In the particular case, decrease from step to step to intensify the crushing of foreign particles 6 in a viscous medium 1.
  • This design scheme is selected in the case when the dispersible material in a viscous medium 1 is not completely crushed in a single pass through the working zone 16, and production needs high performance disintegration process.
  • the design scheme can be replaced by a cascade of disintegrators, but this leads to an increase in the metal consumption of the entire technological complex and a decrease in its reliability.
  • Figure 9 shows a structural diagram of the disintegrator, in which a pump (pre-pump) 21 is installed on the same shaft with the rotor 9, which provides the supply of viscous liquid through the inlet device 15 to the working area of the disintegrator 16.
  • a pump pre-pump
  • the input device 15 ensures delivery of the viscous liquid medium from the external container 25 to the working area of the disintegrator 16.
  • the output device 14 discharges the viscous liquid medium back to the tank 25, the input device and the pre-pump 21 provide mixing of the viscous liquid medium.
  • the pre-pump 21 creates additional overpressure at the inlet to the disintegrator to provide process pressure in the working area of the disintegrator 16.
  • Figure 10 shows a structural diagram of the disintegrator, in which the pre-pump 22 is made as a unit with the rotor of the disintegrator.
  • Such a design scheme is used when it is necessary to create excess pressure at the inlet of the disintegrator, but there is no need to overcome the resistance to movement of a viscous medium.
  • multistage pumps can be used in the structural schemes shown in FIG. 9 and FIG. 10.
  • Figure 1 1 shows a structural diagram of a disintegrator, in which the working surfaces of the rotor and stator, being rotation figures, are made with thickenings and recesses, which in the section along the axis of rotation of the rotor have the form of a comb, consisting, for example, of coaxial ribs 24 on the rotor and 20 on the stator.
  • the space between two adjacent ribs forms a coaxial cavity.
  • the stator ribs enter the cavity of the rotor and vice versa, the rotor ribs enter the cavity of the stator, the working area of the disintegrator 16 is formed by the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18, while the rotor and the stator are not in contact.
  • the distance h between the working surface of the rotor 17 and the stator 18 in different sections shown in Figure 1 1 has the following regularity: hi ⁇ h 2 ⁇ h 3 ⁇ h4 ⁇ h 5 ⁇ h (n- i) ⁇ h n the distance between the working surface of the rotor 17 and the working surface of the stator 18 in discrete sections can be equidistant.
  • This design allows you to increase the area of the working surface of one pair of rotor - stator and as a result to increase the efficiency of the entire stage of the disintegrator. In addition, this design allows to reduce the material consumption of the entire design of the disintegrator.
  • FIG. 12 shows a structural diagram of a disintegrator in which a throttle valve 28 is installed in front of the output device from the disintegrator 14, through which a viscous medium with crushed material passes after leaving the working area 16 between the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18.
  • a throttle valve can be used to maintain high pressure viscous medium in the working area 16, in particular to prevent the occurrence of cavitation phenomena.
  • Figure 13 shows the microrelief with which the working surfaces of the rotor 17 and the stator 18 can be covered.
  • the surface 5 of the local recess 4 is a truncated figure of rotation, the axis of rotation of which is an angle a from 0 ° to 70 ° with a streamlined viscous medium with a working surface 3 in the plane formed by the intersection point of the axis of rotation of the surface 5 of the microrelief with surface 3 and the normal dropped from this axis on the working surface 3.
  • the direction of motion of the viscous medium and the axis of rotation of the surface of the local cavity is an angle ⁇ in the range from 0 ° to 90 °.
  • Such a microrelief contributes to the intensification of the vortex formation process, which increases the efficiency of destruction processes on the one hand, and on the other hand intensifies heat and mass transfer, which contributes to the transfer of excess heat from a viscous medium to the walls of the disintegrator, while cooling the viscous medium. Lowering the temperature of a viscous medium lowers the threshold for the onset of cavitation phenomena, which is extremely important for the normal operation of the disintegrator.
  • On Fig shows a structural diagram of a disintegrator, consisting of at least two rotors 9 on one axis of rotation 8, rotating in different directions.
  • the viscous medium is supplied through the input device 15 in the housing 10 and the openings in the rotors 23, in order to prevent the viscous medium from flowing from the input device to the output device bypassing the working area 16 of the disintegrator, seals 19 are installed between the body 10 and the rotors 9, in particular a mechanical seal .
  • the working zone 16 is located between the coaxial ribs 24 of the rotors 9. This scheme is implemented in cases where there is a need to increase the speed of the relative movement of the viscous medium and the solid surface streamlined by the viscous medium.
  • On Fig shows a structural diagram of the disintegrator, consisting of at least two rotors 9 on the same axis of rotation 8, rotating in different directions, while the supply of viscous liquid 1 is carried out in the working area of the disintegrator 16 through the hollow shafts 26.
  • Such a scheme is applied in that case when the shafts of the rotors 9 are not too heavily loaded and their execution in the form of hollow, tubular structures is possible, which simplifies the design of the seal assemblies.
  • the proposed disintegrator can be equipped with means for monitoring and regulation of the distance between the working surfaces of 17.18 of the rotor 9 and the stator 12, as well as regulation of the rotational speed of the rotor 9. This is advisable to maintain the intensity of the formation of microvortices in the boundary layer of the working surfaces of 17.18 of the rotor 9 and the stator 12. Regulation of the rotational speed of the rotor 9 is necessary to change the speed of movement of the rotor 9 and the stator 12, which also affects the intensity of the vortex formation.
  • the proposed disintegrator is also equipped with a system for monitoring and controlling the temperature and pressure of a viscous medium. This is necessary to maintain the stability of technological processes. With increasing temperature and lowering pressure, the threshold for the occurrence of cavitation decreases, which extremely negatively affects the process of vortex hydrodynamic grinding and restructuring in a viscous medium.
  • the present invention is implemented using universal equipment widely used in industry.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

Микровихревой дезинтегратор содержит герметичный корпус, внутри которого размещены с возможностью взаимного перемещения, по меньшей мере, один ротор и, по меньшей мере, один статор, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения с образованием между ними рабочей зоны для подаваемой через входное устройство диспергируемой вязкой среды с измельчаемым материалом под давлением в диапазоне от 0,5 атм до 10000 атм и с температурой в диапазоне от минус 270°С до плюс 3000°С, причем рабочие поверхности ротора удалены от оси вращения на расстояние от 1,0 мм до 3500мм, а расстояние между рабочими поверхностями ротора и статора по нормали, проведенной от любой точки рабочей поверхности ротора к рабочей поверхности статора, выполнено от 0,0005 мм до 10 мм, при этом рабочие поверхности ротора и статора изготовлены из термостойкого и/или износостойкого материала. В частных случаях рабочие поверхности ротора и статора выполнены эквидистантными друг другу или расстояние между ротором и статором выполнено плавно изменяющимся от центра вращения к периферии. В частных случаях он содержит более, чем одну, пару ротор - статор. В частных случаях он выполнен с подводом вязкой среды с двух сторон ротора. В частных случаях ротор выполнен с, по меньшей мере, одним отверстием у оси вращения ротора. В частных случаях он выполнен с подводом вязкой среды от одной пары ротор - статор к другой по каналам в корпусе. Дезинтегратор может быть снабжен преднасосом, установленным на одном валу с ротором и выполненным, по меньшей мере, одноступенчатым, а входное устройство выполнено в виде канала подачи вязкой среды в рабочую зону дез интегратора. Преднасос может быть выполнен заодно с ротором. Рабочие поверхности ротора и статора могут быть выполнены в виде гребенки с ребрами и впадинами между ними, при этом ребра поверхности статора входят во впадины поверхности ротора, а ребра последней входят во впадины поверхности статора. Ротор и статор могут быть выполнены с микрорельефом в виде локальных углублений на рабочих поверхностях В результате обеспечено повышение степени измельчения (дезинтеграции) измельчаемого материала до размеров частиц меньше 1x10-5 ... 1x10-6 метра.

Description

Микровихревой дезинтегратор Область техники, к которой относится изобретение.
Предлагаемый дезинтегратор применяется в качестве измельчающего устройства для создания микрочастиц с характерным размером групп молекул, молекул или частей молекул в пищевой и химической промышленности, при создании искусственных строительных материалов, бетонов на основе водной суспензии твердых частиц, измельченных до характерных размеров молекул. Применяется в качестве устройства для активизации эффектов поверхностного взаимодействия во взаимно не смешиваемых и нерастворимых веществах, с образованием устойчивых во времени коллоидных систем (структурированных эмульсий и пастообразных систем); устройства для активизации эффектов поверхностного взаимодействия в растворах и коллоидных суспензиях с образованием пенообразных, гелеобразных и желеобразных коллоидных суспензий и коллоидных систем; устройства для получения микрочастиц, новых веществ и материалов. Применяется в качестве устройства для измельчения твердых веществ, разрушения межмолекулярных связей, расщепления молекул с образованием активных, в химическом понимании, ионов и устройства для расщепления молекул с образованием стабильных в химическом понимании молекул, а также устройства для синтеза новых веществ из измельченных частиц и ионов разрушенных молекул. Применяется в качестве гомогенизатора, динамического нагревателя, пастеризатора, стерилизатора, устройства для интенсификации массопереноса и процессов адгезионного взаимодействия поверхностей тел из различных материалов. Применяется в качестве устройства для разрушения межмолекулярных и внутримолекулярных связей.
Предшествующий уровень техники
Известен способ микровихревого измельчения и реструктуризации в вязкой среде. Патент N°2343003 RU.
Известен способ создания строительных материалов из известняка, песка и воды. Патент N°2378216 RU.
Известна поверхность твердого тела, обтекаемая вязкой средой. Патент 2333402 RU.
Известны коллоидные мельницы мокрого помола, измельчающие твердые частицы суспензии, находящиеся между перемещающимися относительно друг друга коническими поверхностями. А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химических технологий» Государственное научно- техническое издательство химической литературы, Москва 1961г. (стр. 796 - 797). Принцип работы коллоидных мельниц основан на разрушении частиц при воздействии на нее тангенциального напряжения со стороны соседних частиц или стенки мельницы при соударении.
Известны роторные излучатели, состоящие из двух или более коаксиальных цилиндров или конусов, со щелевыми отверстиями. Цилиндры торцевой поверхностью закреплены на взаимно вращающихся дисках Г.А.Аксельруд, А.Д.Молчанов «Растворение твердых веществ», М., Химия, 1977, (стр.230-232). Работа роторных излучателей основана на возникновении кавитационных эффектов.
Известны конусные коллоидные мельницы, рабочие поверхности которых имеют конусообразную форму с рифлеными поверхностями, как ротора, так и статора. Известны бильные коллоидные мельницы, рабочими частями которых являются биллы и контрударники. Известны коллоидные мельницы с конусным решетчатым ротором, на внутренней поверхности статора имеются продольные борозды. Известны виброкавитационные коллоидные мельницы, статор и ротор которых имеет на рабочих поверхностях направленные вдоль оси канавки. Известны коллоидные мельницы типа «Реактрон», рабочими частями которых являются ряды пальцев, расположенные в виде коаксиальных кругов одни подвижные, другие неподвижные. П.М.Сиденко «Измельчение в химической промышленности», М., Химия, 1977, (стр.238-243).
Известны универсальные дезинтеграторы-активаторы И. Хинта, рабочими частями которых являются ряды пальцев, расположенные в виде коаксиальных кругов одни подвижные, другие неподвижные. Хинт И. «УДА- технология: проблемы и перспективы» Таллин: Валгус, 1981.
Во всех перечисленных устройствах измельчение происходит за счет того, что рабочие поверхности, перемещаясь относительно друг друга, имеют разнонаправленные канавки, дискретные конструктивные элементы в виде билл или пальцев, от соударения о которые частицы испытывают как ударное, так и истирающее воздействие, при этом во многих коллоидных мельницах генерируется кавитационный процесс, который приводит к дополнительному измельчению твердых частиц в двух фазной среде.
Во всех этих машинах, устройствах для измельчения реализуется принцип ударного разрушения и/или истирания и/или кавитационного износа под воздействием кумулятивных струй.
Наиболее близким к заявляемому является микровихревой дезинтегратор, который содержит размещение с возможностью перемещения как минимум один ротор относительно статора, при этом рабочие поверхности ротора и статора выполнены с образованием между ними рабочей зоны для размещения диспергируемой вязкой среды с измельчаемым материалом . Рабочие поверхности могут быть выполнены с микрорельефом в виде микроуглублений. Данное устройство осуществляет вихревое гидродинамическое измельчение и реструктуризацию измельченных частиц в вязкой жидкой среде, включающий разрушение твердых частиц измельчаемого материала микровихрями, которые создают на границе между струей вязкой жидкой среды и поверхностями твердого тела или на границе между струей вязкой жидкой среды и слоями неподвижной вязкой среды под воздействием давления и/или температуры, причем скорость течения струи устанавливают в диапазоне от 0,5 до 3000 м/с, давление вязкой жидкой среды обеспечивают в диапазоне от 1 технической атмосферы до 5000 технических атмосфер, а температуру устанавливают в диапазоне от -270 до 3000°С в зависимости от используемой подвижной вязкой жидкой среды, при этом расстояние между поверхностями твердого тела или слоями неподвижной вязкой среды принимают в диапазоне от 0,5 до 10000 мкм в зависимости от типа и размеров разрушаемых твердых частиц (RU N° 2343003, прототип).
Недостатком известных устройств является низкая степень измельчения (дезинтеграции) измельчаемого материала. Они не в состоянии с высокой производительностью раздробить твердые вещества до размеров меньше 1x10"5 ... 1x10"6 метра.
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей изобретения является создание эффективного микровихревого дезинтегратора и расширение арсенала микровихревых дезинтеграторов . Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в том, что обеспечено повышение степени измельчения (дезинтеграции) измельчаемого материала до размеров частиц меньше 1 х 10"5 ... 1x10"6 метра за счет обеспечения максимально возможной интенсификации микровихрей и активации закручивающих воздействий на частицы нерастворимого измельчаемого материала, и тем самым, получения более устойчивых во времени коллоидных систем (структурированных эмульсий и пастообразных систем).
Сущность изобретения состоит в том, что микровихревой дезинтегратор содержит герметичный корпус, внутри которого размещены с возможностью взаимного перемещения, по меньшей мере, один ротор и, по меньшей мере, один статор, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения с образованием между ними рабочей зоны для подаваемой через входное устройство диспергируемой вязкой среды с измельчаемым материалом под давлением в диапазоне от 0,5 атм до 10000 атм и с температурой в диапазоне от минус 270°С до плюс 3000°С, причем рабочие поверхности ротора удалены от оси вращения на расстояние от 1 ,0 мм до 3500мм, а расстояние между рабочими поверхностями ротора и статора по нормали, проведенной от любой точки рабочей поверхности ротора к рабочей поверхности статора, выполнено от 0,0005 мм до 10 мм, при этом рабочие поверхности ротора и статора изготовлены из термостойкого и/или износостойкого материала.
В частных случаях реализации рабочие поверхности ротора и статора выполнены эквидистантными друг другу.
В других частных случаях реализации расстояние между ротором и статором выполнено плавно изменяющимся от центра вращения к периферии.
В частных случаях реализации дезинтегратор содержит более, чем одну, пару ротор - статор.
В частных случаях реализации дезинтегратор выполнен с подводом вязкой среды с двух сторон ротора.
В частных случаях реализации ротор выполнен с, по меньшей мере, одним отверстием у оси вращения ротора.
В частных случаях реализации дезинтегратор выполнен с подводом вязкой среды от одной пары ротор - статор к другой по каналам в корпусе. В частных случаях реализации дезинтегратор снабжен преднасосом, установленным на одном валу с ротором и выполненным, по меньшей мере, одноступенчатым, а входное устройство выполнено в виде канала подачи вязкой среды в рабочую зону дезинтегратора.
В частных случаях реализации преднасос выполнен заодно с ротором.
В частных случаях реализации рабочие поверхности ротора и статора выполнены в виде гребенки с ребрами и впадинами между ними, при этом ребра поверхности статора входят во впадины поверхности ротора, а ребра последней входят во впадины поверхности статора.
В частных случаях реализации дезинтегратора на выходе из рабочей зоны установлена дроссельная заслонка.
В частных случаях реализации дезинтегратора ротор и статор выполнены с микрорельефом в виде локальных углублений на рабочих поверхностях, при этом соотношение глубины В локальных углублений и расстояния h между рабочими поверхностями ротора и статора выполнено в пределах от B=0,01h до B=10h, причем поверхность локального углубления выполнена в форме усеченной фигуры вращения, ось вращения которой образует угол а от 0° до 70° с рабочей поверхностью в плоскости, образованной точкой пересечения оси вращения поверхности углубления и нормалью, опущенной от этой оси на рабочую поверхность, а проекция направления движения вязкой среды на рабочую поверхность и проекция оси вращения поверхности локального углубления на рабочую поверхность составляют угол β, который находится в пределах от 0° до 90°. В частных случаях реализации дезинтегратора микрорельеф выполнен на рабочих поверхностях с максимальной плотностью, в шахматном порядке.
В частных случаях реализации дезинтегратор содержит, по меньшей мере, два ротора, вращающихся в разные стороны, при этом подача вязкой среды в рабочую зону дезинтегратора осуществляется через корпус и отверстия в роторах и/или через полые валы роторов.
В частных случаях реализации дезинтегратор выполнен с возможностью регулирования расстояния между рабочими поверхностями ротора и статора, а также регулирования числа оборотов вращения ротора. В частных случаях реализации дезинтегратор выполнен с возможностью регулирования температуры и давления вязкой среды, и с принудительным охлаждением статора.
Перечень фигур чертежей
На Фиг.1 изображена схема с эпюрой скоростей в пограничном слое коллоидной системы, поясняющая образование микровихрей, Фиг.2. - схема иллюстрирующая возникновение микровихрей между двумя движущимися поверхностями, Фиг.З. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с эквидистантным расположением рабочих поверхностей ротора и статора, Фиг.4. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с плавно изменяемым расстоянием между ротором и статором по мере удаления от оси вращения ротора, Фиг.5. - конструктивная схема многоступенчатого дезинтегратора, Фиг.6. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с подводом вязкой среды с двух сторон к ротору через входные устройства в корпусе, Фиг.7. - конструктивная схема многоступенчатого дезинтегратора с подводом вязкой среды с двух сторон к ротору через отверстия в роторе, Фиг.8. - конструктивная схема многоступенчатого дезинтегратора в котором вязкая среда подается к рабочей зоне дезинтегратора по каналам внутри корпуса дезинтегратора, Фиг.9. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с преднасосом, Фиг.10. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с преднасосом, выполненным заодно с ротором дезинтегратора, Фиг.1 1. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с развитой рабочей поверхностью, Фиг.12. - конструктивная схема одноступенчатого дезинтегратора с дроссельной заслонкой на выходе, Фиг.13. - Принципиальная схема микрорельефа, наносимого на рабочие поверхности дезинтегратора, Фиг.14. - конструктивная схема дезинтегратора с двумя роторами, вращающимися в разные стороны, Фиг.15. - конструктивная схема дезинтегратора с подводом вязкой среды к рабочей зоне дезинтегратора через полую ось вала.
Предпочтительные вариант осуществления изобретения
На чертежах обозначены следующие элементы:
Жидкая вязкая среда 1 с измельчаемыми элементами - инородными включениями твердыми, жидкими или газообразными; Вихрь (микровихрь) 2, образующийся в жидкой вязкой среде; Твердая рабочая поверхность 3, относительно которой перемещается жидкая вязкая среда 1 ; Элемент 4 микрорельефа в виде локального углубления в рабочую поверхность; Поверхность 5 локального углубления микрорельефа; Инородная измельчаемая частица 6, отличающаяся от жидкой вязкой среды своим физико-химическими свойствами; Направление 7 движения вязкой среды на поверхность 3; Ось 8 вращения подвижной части дезинтегратора; Подвижная часть дезинтегратора «ротор» 9; Корпус 10 дезинтегратора; Эпюра 1 1 скоростей вязкой жидкой среды, обтекающей твердую поверхность 3; Неподвижная часть дезинтегратора «статор» 12; Выходное устройство 14, через которое жидкая вязкая среда покидает дезинтегратор; Входное устройство 15, через которое жидкая вязкая среда поступает в рабочую зону дезинтегратора; Рабочая зона 16 дезинтегратора; Рабочая поверхность 17 ротора 9; Рабочая поверхность 18 статора 12; Уплотнение 19; Ребра 20 на рабочей поверхности статора 12, образующие гребенку; Преднасос (предварительный подпорный насос) 21 , размещенный на одной оси с ротором 9 дезинтегратора и не составляющий с ним единое целое; Преднасос 22, выполненный заодно с ротором 9 дезинтегратора и составляющий с ним единое целое; Перепускное отверстие 23 в роторе 9; Ребра 24 на рабочей поверхности ротора 9, образующих гребенку на роторе 9; Емкость 25 с вязкой жидкой средой; Вал 26 дезинтегратора; Каналы 27 в корпусе 10 дезинтегратора, по которым вязкая среда подается в рабочую зону дезинтегратора; Кран (дроссельная заслонка) 28; Корпус 29 входного устройства.
Микровихревой дезинтегратор работает следующим образом.
В настоящей заявке предлагается конструкция устройства, в дальнейшем именуемое «дезинтегратор», генерирующего микровихревые структуры в жидкой вязкой среде 1 с инородными включениями твердыми, жидкими или газообразными, в дальнейшем именуемые «измельчаемым материалом». Дезинтегратор генерирует микровихревые структуры в дальнейшем именуемых «микровихри» 2, под воздействием которых происходит дезинтеграция, разрушение измельчаемого материала на более мелкие части, с получением гомогенных систем. В предлагаемом дезинтеграторе микровихри генерируются в пограничном слое, возникающем всегда при обтекании твердого тела вязкой средой. Во всех приведенных на чертежах случаях реализации устройства под воздействием генерированных дезинтегратором микровихрей разрушаются межмолекулярные и внутри молекулярные связи, образуются устойчивые во времени эмульсии и другие гомогенные смеси веществ, находящихся в том числе в различных фазовых состояниях.
К образованию микровихрей 2 и их интенсификации приводит:
- относительное перемещение твердой поверхности 3 и вязкой среды 1 ; относительное перемещение вязкой среды между твердыми поверхностями 3;
На Фиг.1 представлена эпюра скоростей 1 1 коллоидной суспензии, состоящей из вязкой среды 1 и инородных частиц 6, перемещающаяся относительно твердой поверхности 3. Инородная частица 6 вблизи твердой поверхности 3 (в пограничном слое) будет обтекаться вязкой суспензией 1 в различных точках пространства по-разному. В точке «А» скорость обтекания будет VA, а в точке «В» соответственно VB, при этом VA > VB, что проиллюстрировано на Фиг.1. Находясь под различным воздействием суспензии 1 с разных сторон, инородная частица 6 вовлекается в круговое движение в направлении «С». Как только инородная частица 6 начинает совершать вращательное движение, она увлекает за собой соприкасающиеся части вязкой среды, что приводит к образованию вихревого движения вязкой суспензии 1 вокруг инородной частицы 6.
Под инородным включением (инородной частицей 6) понимается пространственная зона внутри вязкой среды, отличающаяся от вязкой среды плотностью, фазовым состоянием, химическим составом и/или другими физико- химическими свойствами.
На Фиг.2. представлена картина вихреобразования, происходящая в вязкой среде 1 , находящейся между двумя твердыми поверхностями 3 , расположенными на расстоянии h друг от друга и движущимися соответственно со скоростями V] и V2 в разные стороны. Вязкая среда 1 увлекается твердыми поверхностями 3, что приводит к возникновению кругового (вихревого) движения в вязкой среде, т.е. к образованию вихря 2. При этом вязкая среда имеет температуру t°, вязкость μ, а абсолютное давление в вязкой среде за пределами микровихря равно Р0. Дезинтегратор, схема которого показана на Фиг.З, состоит из корпуса 10, вращающегося ротора, образованного двумя поверхностями вращения, в дальнейшем именуемой «ротор» 9, неподвижного статора, рабочая поверхность которого является поверхностью вращения, в дальнейшем «статор» 12, входного 15 и выходного 14 устройств и узла уплотнения 19. Ротор и статор перемещаются относительно друг друга. Вязкая среда 1 перемещается относительно рабочей поверхности ротора 17 и относительно рабочей поверхности статора 18. Рабочей зоной дезинтегратора 16 является пространство между рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18. Уплотнение 19 необходимо для предотвращения выхода вязкой среды из корпуса дезинтегратора иначе, чем через выходное устройство 14.
На Фиг.З показана конструктивная схема дезинтегратора с эквидистантным расположением рабочих поверхностей ротора 17 и статора 18. Расстояние между поверхностями 17 и 18 по мере удаления от оси вращения ротора 8 не изменяется и составляет размер di, как показано на Фиг.З.
Ротор 9 и статор 12 перемещаются относительно друг друга в диапазоне скоростей от 0,001 м/с до 700 м/с. Такой диапазон скоростей продиктован различными физико-химическими свойствами вязкой среды 1 , различными физико-химическими свойствами инородных частиц 6 и различными задачами, поставленными перед конкретным технологическим процессом.
Элементы рабочих поверхностей 17 и 18 удалены от оси вращения 8 на расстояние «L», при этом выполняется неравенство: 1 ,0мм < L < 3500мм. Такой диапазон размеров предполагает возможность варьировать как скоростью вращения, так и производительностью дезинтегратора в достаточно большом диапазоне.
Расстояние между рабочими поверхностями ротора и статора измеренное по направлению нормали проведенной от любой точки рабочей поверхности ротора к рабочей поверхности статора составляет от 0,0005 мм до 10 мм. Такой диапазон расстояний между рабочими поверхностями ротора 9 и статора 12 зависит от физико-химических свойств вязкой среды 1 , физико-химических свойств инородных частиц 6 и технологическими задачами, стоящими перед конкретным техпроцессом. Для реализации заявленных эффектов от применения дезинтегратора, в рабочей зоне 16 создается и поддерживается давление от 0,5 атм до 10000 атм и температура в вязкой среде от -270°С до +3000°С. Столь большой диапазон температур и давлений, заявленный в патенте RU2343003, так же зависит от физико-химических свойств вязкой среды 1 , физико-химических свойств инородных частиц 6 и технологических задач, стоящих перед конкретным техпроцессом.
Из соображений безопасности, для удобства работы и для предотвращения выхода вязкой среды из корпуса дезинтегратора в местах отличных от выходных устройств 14, корпус 10, в котором ротор 9 и статор 12 перемещаются друг относительно друга, выполняется герметичным, а на валу дезинтегратора 26 ставится уплотнение 19, что проиллюстрировано на Фиг.З.
В некоторых частных случаях корпус 10 может не быть герметичным, например при условиях, когда дезинтегратор целиком погружен в вязкую среду.
Под воздействием микровихрей в вязкой среде 1 в рабочей зоне дезинтегратора 16 разрываются внутри молекулярные и межмолекулярные связи, что приводит к высвобождению энергии связи и нагреванию вязкой среды. Для предотвращения негативных явлений, связанных с перегревом вязкой среды, статор дезинтегратора может принудительно охлаждаться, а детали ротора и статора изготавливаются из термостойких материалов.
Во время дробления твердых частиц рабочие поверхности ротора и статора дезинтегратора подвергаются ударному воздействию, что приводит к износу рабочих поверхностей, что может привести к изменению формы рабочих поверхностей ротора и статора. Для увеличения ресурса работы дезинтегратора ротор и статор дезинтегратора изготавливаются из износостойких материалов и/или покрываются износостойкими покрытиями.
На Фиг.4. показана конструктивная схема дезинтегратора расстояние между ротором 9 и статором 12 плавно изменяется от di до d2. (di > d2). В конкретной конструктивной схеме дезинтегратора расстояние между рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18 уменьшается по ходу перемещении вязкой среды от центра вращения к периферии. Такая конструктивная схема может использоваться для диспергирования относительно мало прочных материалов, например гуматов при изготовлении мелкодисперсных гуминовых препаратов или для приготовления устойчивых во времени эмульсий.
На Фиг.5. показана конструктивная схема дезинтегратора, в которой в целях повышения производительности и снижения материалоемкости конструкции, дезинтегратор состоит больше чем из одной пары ротор - статор, как это показано на конструктивной схеме Фиг.5. При этом в генерации микровихрей принимает участие обе поверхности 17 роторов 9.
На Фиг.6 показана конструктивная схема дезинтегратора, в котором подвод вязкой среды с перерабатываемым материалом осуществляется через корпус с двух сторон ротора. К такой конструкции прибегают в том случае, когда корпус дезинтегратора 10 свободен со всех сторон и нет необходимости в усложнении конструкции ротора 9.
На Фиг.7 показана конструктивная схема дезинтегратора, в котором ротор 9 выполнен с не менее чем одним отверстием 23 у оси вращения ротора. Это отверстие предназначено для облегчения массы ротора 9 и для перепуска диспергируемой вязкой среды ко второй стороне ротора 9, которая находится дальше от входного устройства 15. Таким конструктивным решением достигаются две цели: во-первых уменьшается масса вращающегося ротора и во вторых вязкая среда подводится ко второй стороне ротора 9, чем обеспечивается удвоение производительности дезинтегратора.
На Фиг.8. показана конструктивная схема многоступенчатого дезинтегратора, в котором подвод вязкой среды осуществляется через каналы 27 в корпусе одновременно к двум сторонам ротора, что увеличивает производительность, при этом вязкая среда с измельчаемым материалом передается от одной ступени (пары ротор - статор) к другой по каналам в корпусе дезинтегратора. В зависимости от диспергируемого материала и вязкой среды 1 расстояние между рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18 могут изменяться от ступени к ступени. В частном случае уменьшаться, от ступени к ступени для интенсификации дробления инородных частиц 6 в вязкой среде 1. Такая конструктивная схема выбирается в том случае, когда диспергируемый материал в вязкой среде 1 полностью не измельчается за один проход через рабочую зону 16, а производственная необходимость требует высокой производительности процесса дезинтеграции. Указанная на Фиг.8 конструктивная схема может быть заменена каскадом дезинтеграторов, но это ведет к увеличению металлоемкости всего технологического комплекса и снижению его надежности.
На Фиг.9 показана конструктивная схема дезинтегратора, в которой на одном валу с ротором 9 устанавливается насос (преднасос) 21 , обеспечивающий подачу вязкой жидкости через входное устройство 15 в рабочую зону дезинтегратора 16. Такая конструктивная схема используется, когда вязкая жидкость должна доставляться в рабочую зону дезинтегратора, преодолевая сопротивление, например силу гравитации. При этом входное устройство 15 обеспечивает доставку вязкой жидкой среды из внешней емкости 25 в рабочую зону дезинтегратора 16. В том случае, если выходное устройство 14 сбрасывает вязкую жидкую среду обратно в емкость 25, то входное устройство и преднасос 21 обеспечивают перемешивание вязкой жидкой среды. Преднасос 21 создает дополнительное избыточное давление на входе в дезинтегратор для обеспечения технологического давления в рабочей зоне дезинтегратора 16.
На Фиг.10 показана конструктивная схема дезинтегратора, в которой преднасос 22 выполнен как единое целое с ротором дезинтегратора. Такая конструктивная схема применяется когда на входе в дезинтегратор необходимо создать избыточное давление, но нет необходимости в преодолении сопротивления перемещению вязкой среды.
В зависимости от потребной величины избыточного давления, в конструктивных схемах, показанных на Фиг.9 и Фиг.10, могут быть использованы многоступенчатые насосы.
На Фиг.1 1 показана конструктивная схема дезинтегратора, в которой рабочие поверхности ротора и статора, являясь фигурами вращения, выполнены с утолщениями и углублениями, которые на сечении вдоль оси вращения ротора имеют вид гребенки, состоящей, например, из коаксиальных ребер 24 на роторе и 20 на статоре. Пространство между двумя соседними ребрами образует коаксиальную впадину. Ребра статора входят во впадины ротора и наоборот, ребра ротора входят во впадины статора, рабочая зона дезинтегратора 16 формируется рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18, при этом ротор и статор не соприкасаются. По мере перемещения вязкой среды 1 с инородными частицами 6 от оси дезинтегратора к периферии, инородные частицы дробятся, габариты их уменьшаются, и расстояние между рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18 может также быть уменьшено. Расстояние h между рабочей поверхностью ротора 17 и статора 18 на разных участках, показанных на Фиг.1 1 , имеет следующую закономерность: hi < h2 < h3 < h4 < h5 < < h(n-i) < hn При этом расстояние между рабочей поверхностью ротора 17 и рабочей поверхностью статора 18 на дискретных участках может быть эквидистантным.
Такая конструкция позволяет увеличить площадь рабочей поверхности одной пары ротор - статор и как следствие повысить эффективность всей ступени дезинтегратора. К тому же указанная конструкция позволяет снизить материалоемкость всей конструкции дезинтегратора.
На Фиг.12 показана конструктивная схема дезинтегратора, в котором перед выходным устройством из дезинтегратора 14 устанавливается дроссельная заслонка 28, через которую проходит вязкая среда с измельчаемым материалом после выхода из рабочей зоны 16 между рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18. Такая дроссельная заслонка может быть использована для поддержания повышенного давления вязкой среды в рабочей зоне 16, в частности для предотвращения возникновения кавитационных явлений.
На Фиг.13 показан микрорельеф, которым могут быть покрыты рабочие поверхности ротора 17 и статора 18. Микрорельеф представляет из себя локальные углубления 4 в поверхности 3, при этом соотношение глубины «В» локальных углублений 4 и расстояния h между рабочими поверхностями ротора 17 и статора 18 находятся в пределах от B=0,01h до B=10h. Поверхность 5 локального углубления 4 является усеченной фигурой вращения, ось вращения которой составляет угол а от 0° до 70° с обтекаемой вязкой средой рабочей поверхностью 3 в плоскости, образованной точкой пересечения оси вращения поверхности 5 микрорельефа с поверхностью 3 и нормалью, опущенной с этой оси на рабочую поверхность 3. Кроме этого проекции на плоскость 3 направления движения вязкой среды и ось вращения поверхность локального углубления составляет угол β в диапазоне от 0° до 90°.
При обтекании вязкой средой локальных углублений 4 образуются саморегулируемые вихревые течения, которые стягивают пограничный слой с обтекаемой твердой поверхности и выбрасывают его в поток, тем самым интенсифицируя тепло и массоперенос.
Такой микрорельеф способствует интенсификации процесса вихреобразования, что повышает эффективность процессов деструкции с одной стороны, а с другой стороны интенсифицирует тепло и массообмен, что способствует передаче избыточного тепла от вязкой среды стенкам дезинтегратора, охлаждая при этом вязкую среду. Снижение температуры вязкой среды снижает порог наступления кавитационных явлений, что крайне важно для нормальной работы дезинтегратора.
На Фиг.14 показана конструктивная схема дезинтегратора, состоящего как минимум из двух роторов 9 на одной оси вращения 8, вращающихся в разные стороны. Подача вязкой среды осуществляется через входное устройство 15 в корпусе 10 и отверстия в роторах 23, при этом для предотвращения перетекания вязкой среды от входного устройства к выходному устройству минуя рабочую зону 16 дезинтегратора, между корпусом 10 и роторами 9 устанавливаются уплотнения 19, в частном случае торцевое. Рабочая зона 16 находится между коаксиальными ребрами 24 роторов 9. Такая схема реализуется в тех случаях, когда есть необходимость увеличить скорость относительного перемещения вязкой среды и твердой поверхности, обтекаемой вязкой средой.
На Фиг.15 показана конструктивная схема дезинтегратора, состоящего как минимум из двух роторов 9 на одной оси вращения 8, вращающихся в разные стороны, при этом подача вязкой жидкости 1 осуществляется в рабочую зону дезинтегратора 16 через полые валы 26. Такая схема применяется в том случае, когда валы роторов 9 не слишком сильно нагружены и возможно их исполнение в виде полых, трубчатых конструкций, что упрощает конструкцию узлов уплотнений.
Для поддержания постоянства выдаваемых технологических параметров предлагаемый дезинтегратор может быть снабжен средствами для контроля и регулирования расстояния между рабочими поверхностями 17,18 ротора 9 и статора 12, а также регулирования оборотов вращения ротора 9. Это целесообразно для поддержания интенсивности процесса образования микровихрей в пограничном слое рабочих поверхностей 17,18 ротора 9 и статора 12. Регулирование оборотов вращения ротора 9 необходимо для изменения скорости перемещения ротора 9 и статора 12, что так же влияет на интенсивность вихреобразования.
Для поддержания постоянства выдаваемых технологических параметров предлагаемый дезинтегратор так же оборудуется системой контроля и регулирования температуры и давления вязкой среды. Это необходимо для поддержания стабильности технологических процессов. При повышении температуры и снижении давления понижается порог возникновения кавитации, которая крайне отрицательно влияет на процесс вихревого гидродинамического измельчения и реструктуризации в вязкой среде.
Таким образом, обеспечено повышение степени измельчения
(дезинтеграции) измельчаемого материала до размеров частиц меньше 1x10"5 ... 1x10"6 метра за счет максимально возможной интенсификации микровихрей и активации закручивающих воздействий на частицы нерастворимого измельчаемого материала, и тем самым, получения более устойчивых во времени коллоидных систем (структурированных эмульсий и пастообразных систем) в течение до 9 месяцев.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение реализуется с помощью универсального оборудования, широко распространенного в промышленности.

Claims

Формула изобретения
1. Микровихревой дезинтегратор, содержащий герметичный корпус, внутри которого размещены с возможностью взаимного перемещения, по меньшей мере, один ротор и, по меньшей мере, один статор, рабочие поверхности 5 которых выполнены в виде поверхностей вращения с образованием между ними рабочей зоны для подаваемой через входное устройство диспергируемой вязкой среды с измельчаемым материалом под давлением в диапазоне от 0,5 атм до 10000 атм и с температурой в диапазоне от минус 270°С до плюс 3000°С, причем рабочие поверхности ротора удалены от оси вращения на расстояние от 1 ,0 мм до
10 3500мм, а расстояние между рабочими поверхностями ротора и статора по нормали, проведенной от любой точки рабочей поверхности ротора к рабочей поверхности статора, выполнено от 0,0005 мм до 10 мм, при этом рабочие поверхности ротора и статора изготовлены из термостойкого и/или износостойкого материала.
15 2. Микровихревой дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что рабочие поверхности ротора и статора выполнены эквидистантными друг другу.
3. Микровихревой дезинтегратор, отличающийся по п.1 формулы изобретения тем, что расстояние между ротором и статором выполнено плавно изменяющимся от центра вращения к периферии.
20 4. Микровихревой дезинтегратор по п.1 , отличающийся тем, что он содержит более, чем одну, пару ротор - статор.
5. Микровихревой дезинтегратор по п.1 , отличающийся тем, что он выполнен с подводом вязкой среды с двух сторон ротора.
6. Микровихревой дезинтегратор по п.5, отличающийся тем, что ротор 25 выполнен с, по меньшей мере, одним отверстием у оси вращения ротора.
7. Микровихревой дезинтегратор по п.4, отличающийся тем, что он выполнен с подводом вязкой среды от одной пары ротор - статор к другой по каналам в корпусе.
8. Микровихревой дезинтегратор по п.1 , отличающийся тем, что он 30 снабжен преднасосом, установленным на одном валу с ротором и выполненным, по меньшей мере, одноступенчатым, а входное устройство выполнено в виде канала подачи вязкой среды в рабочую зону дезинтегратора.
9. Микровихревой дезинтегратор по п.8, отличающийся тем, что преднасос выполнен заодно с ротором.
10. Микровихревой дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что рабочие поверхности ротора и статора выполнены в виде гребенки с ребрами и впадинами между ними, при этом ребра поверхности статора входят во впадины поверхности ротора, а ребра последней входят во впадины поверхности статора.
1 1. Микровихревой дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что на выходе из рабочей зоны установлена дроссельная заслонка.
12. Микровихревой дезинтегратор по п.1 , отличающийся тем, что ротор и статор выполнены с микрорельефом в виде локальных углублений на рабочих поверхностях, при этом соотношение глубины В локальных углублений и расстояния h между рабочими поверхностями ротора и статора выполнено в пределах от B=0,01h до B=10h, причем поверхность локального углубления выполнена в форме усеченной фигуры вращения, ось вращения которой образует угол а от 0° до 70° с рабочей поверхностью в плоскости, образованной точкой пересечения оси вращения поверхности углубления и нормалью, опущенной от этой оси на рабочую поверхность, а проекция направления движения вязкой среды на рабочую поверхность и проекция оси вращения поверхности локального углубления на рабочую поверхность составляют угол β, который находится в пределах от 0° до 90°.
13. Микровихревой дезинтегратор по п.12, отличающийся тем, что микрорельеф выполнен на рабочих поверхностях с максимальной плотностью, в шахматном порядке.
14. Микровихревой дезинтегратор по п.1 , отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, два ротора, вращающихся в разные стороны, при этом подача вязкой среды в рабочую зону дезинтегратора осуществляется через корпус и отверстия в роторах и/или через полые валы роторов.
15. Микровихревой дезинтегратор по п.1 , отличающийся тем, что он выполнен с возможностью регулирования расстояния между рабочими поверхностями ротора и статора, а также регулирования числа оборотов вращения ротора.
16. Микровихревой дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью регулирования температуры и давления вязкой среды, и с принудительным охлаждением статора.
PCT/RU2012/000306 2011-04-26 2012-04-19 Микровихревой дезинтегратор WO2012148311A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116354 2011-04-26
RU2011116354 2011-04-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012148311A2 true WO2012148311A2 (ru) 2012-11-01
WO2012148311A3 WO2012148311A3 (ru) 2012-12-27

Family

ID=47072974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000306 WO2012148311A2 (ru) 2011-04-26 2012-04-19 Микровихревой дезинтегратор

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2012148311A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109174386A (zh) * 2018-08-31 2019-01-11 茂名市兴煌化工有限公司 一种超声波漩涡式磨机及具有该磨机的纳米粘土制备系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU791426A1 (ru) * 1979-04-06 1980-12-30 Всесоюзное Научно-Производственное Объединение "Союзжелезобетон" Устройство дл ультразвукового диспергировани
SU1009509A1 (ru) * 1981-10-16 1983-04-07 Ивановский Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Коллоидна мельница
SU1187872A1 (ru) * 1984-05-28 1985-10-30 Минский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института Механизированного И Ручного Строительно-Монтажного Инструмента,Вибраторов И Строительно-Отделочных Машин Центробежна мельница
SU1569032A1 (ru) * 1988-04-18 1990-06-07 Липецкое Специализированное Проектно-Конструкторское Технологическое Бюро Всесоюзного Научно-Производственного Объединения "Союзавтоматстром" Система автоматического управлени процессами измельчени и сушки материала в помольном агрегате
SU1726507A1 (ru) * 1990-03-26 1992-04-15 Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии Дезинтегратор
RU2060051C1 (ru) * 1992-01-19 1996-05-20 Сызранский завод тяжелого машиностроения Вентиляторная мельница двустороннего действия
RU2343303C1 (ru) * 2007-03-19 2009-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" Система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель
RU2399423C1 (ru) * 2009-03-12 2010-09-20 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Вихревой измельчитель материалов
RU2403547C1 (ru) * 2009-04-13 2010-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Корпорация Испытательный стенд

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU791426A1 (ru) * 1979-04-06 1980-12-30 Всесоюзное Научно-Производственное Объединение "Союзжелезобетон" Устройство дл ультразвукового диспергировани
SU1009509A1 (ru) * 1981-10-16 1983-04-07 Ивановский Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Коллоидна мельница
SU1187872A1 (ru) * 1984-05-28 1985-10-30 Минский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института Механизированного И Ручного Строительно-Монтажного Инструмента,Вибраторов И Строительно-Отделочных Машин Центробежна мельница
SU1569032A1 (ru) * 1988-04-18 1990-06-07 Липецкое Специализированное Проектно-Конструкторское Технологическое Бюро Всесоюзного Научно-Производственного Объединения "Союзавтоматстром" Система автоматического управлени процессами измельчени и сушки материала в помольном агрегате
SU1726507A1 (ru) * 1990-03-26 1992-04-15 Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии Дезинтегратор
RU2060051C1 (ru) * 1992-01-19 1996-05-20 Сызранский завод тяжелого машиностроения Вентиляторная мельница двустороннего действия
RU2343303C1 (ru) * 2007-03-19 2009-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" Система подачи воздуха с горючим газом в тепловой двигатель
RU2399423C1 (ru) * 2009-03-12 2010-09-20 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Вихревой измельчитель материалов
RU2403547C1 (ru) * 2009-04-13 2010-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Корпорация Испытательный стенд

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109174386A (zh) * 2018-08-31 2019-01-11 茂名市兴煌化工有限公司 一种超声波漩涡式磨机及具有该磨机的纳米粘土制备系统
CN109174386B (zh) * 2018-08-31 2022-04-19 林焕 一种超声波漩涡式磨机及具有该磨机的纳米粘土制备系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012148311A3 (ru) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU119261U1 (ru) Микровихревой дезинтегратор
CN204816676U (zh) 一种磨粉机
WO2012148311A2 (ru) Микровихревой дезинтегратор
JP2014521512A (ja) 粉砕ミル
KR102466450B1 (ko) 분말 밀링 장치
CN101804310B (zh) 高效分散乳化机
KR20200144620A (ko) 쿨링시스템이 구비된 로터-로터방식 임펠러구조
JP2013527021A (ja) ミルおよび粉砕方法
CN103170395B (zh) 一种凸销涡轮介质搅拌磨
CN103203265A (zh) 一种用于生物细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机
RU2108160C1 (ru) Способ измельчения материалов и устройство для измельчения материалов
RU2295390C2 (ru) Способ и устройство для измельчения материалов
KR20180003166A (ko) 고점도 페이스트용 와류 유도 고압 분산 장치
RU2340656C2 (ru) Способ получения нанодисперсной водотопливной эмульсии и устройство для его осуществления
RU2344874C1 (ru) Способ диспергирования жидкостей, их смесей и взвесей твердых тел в жидкостях
RU2399423C1 (ru) Вихревой измельчитель материалов
RU2046659C1 (ru) Способ тонкого измельчения и активации материалов и устройство для его осуществления
CN113522496B (zh) 一种流体微通道、颗粒降级微反应器及其应用
RU2284859C1 (ru) Способ разрушения материала и машина для его осуществления
US11266995B2 (en) Method and apparatus for rock disintegration
KR20070080258A (ko) 건식 분쇄 장치
CN201664589U (zh) 高效分散乳化机
KR101477555B1 (ko) 고점성 유체의 처리 장치
PL243650B1 (pl) Wysokociśnieniowe urządzenie przepływowe do wytwarzania mikro-zawiesiny
SU1146079A1 (ru) Коллоидна мельница

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12776595

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A SENT 31.03.14)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12776595

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2