ДИСПЕРГАТОР Российский патент 1995 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к технике приготовления дисперсных систем в жидкостных средах, в частности эмульсий, суспензий, растворов, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен диспергатор для жидкостных сред, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с жестко закрепленными на его внутренней поверхности радиально установленными пластинчатыми пружинами и вертикальным валом вращения, на котором установлены лопастная мешалка и кулачок с боковым вырезом, контактирующий с пружинами [1] При работе данного устройства пластинчатые пружины, периодически контактируя с вращающимся кулачком, совершают высокочастотные колебания, возбуждающие в жидкости волны давления, повышающие качество диспергирования среды. Однако эффективность данного диспергатора невысока вследствие малой амплитуды колебаний пружин, концы которых контактируют с поверхностью кулачка, и малой площади взаимодействия активной части пластин с жидкостью. Увеличение количества пластинчатых пружин, контактирующих с кулачком, не дает эффекта, так как разнонаправленными пластинами создаются разнонаправленные волны давления и происходит их взаимное демпфирование (ослабление). Недостатком диспергатора является также значительное трение концов пружин о поверхность кулачка, что приводит к быстрому износу пружин и кулачка и связано с повышенными энергозатратами.

Наиболее близким к предложенному является диспергатор для жидкостных сред, содержащих вертикальный цилиндрический корпус с жестко закрепленными на нем одним концом пластинчатыми пружинами, контактирующими с кулачками, установленным на валу вращения, причем часть пружины от точки закрепления до точки соприкосновения с кулачками выполнена в виде логарифмической спирали с заданным углом развертки, а часть пружины, контактирующая с кулачком, выполнена удлиненной с обратным радиусом кривизны. В этом диспергаторе пластинчатые пружины выполнены удлиненными, что увеличивает амплитуду колебаний их активной части и площадь взаимодействия с жидкостью. При этом криволинейная форма пружинящей пластины с разными радиусами кривизны обеспечивает в точке контакта кулачка с пластиной момент касательных сил меньше момента нормальных сил, что исключает ударные нагрузки и повышает срок службы пластины. Однако криволинейная форма пластин, особенно их концевой (активной, т.е. с наибольшей амплитудой колебаний) части, не является оптимальной для создания в жидкости значительных по величине волн давления, поскольку жидкость обтекает пластину. Для создания в жидкости интенсивных волн давления пластинчатая пружина должна быть выполнена жесткой, однако при этом резко увеличивается трение между кулачком и удлиненной контактной частью пластины, что ведет к повышенному износу пластины и кулачка, увеличению затрат энергии на диспергирование. При снижении же жесткости пружинящей пластины снижается интенсивность возбуждаемых волн давления, так как пластина не может совершать резких акцентированных колебаний в жидкостной среде вследствие большого гидросопротивления последней и вследствие значительных упругих деформаций пластины, демпфирующих ее динамическое воздействие на жидкость. Это позволяет обеспечить высокое качество диспергирования жидкостной среды. К недостаткам диспергатора относится также сложность установки и изготовления пластинчатой пружины ввиду ее специальной расчетной формы и сложность замены при выходе из строя, при потере ее пружинящих свойств.

Целью изобретения является повышение качества диспергирования жидкостной среды за счет увеличения турбулизации жидкости, а также улучшение эксплуатационных свойств диспергатора.

Поставленная цель достигается тем, что в диспергаторе, содержащем вертикальный корпус, размещенный в корпусе центральный вал вращения, на котором установлен кулачковый элемент, и закрепленные на корпусе одним концом пружинящие пластины, взаимодействующие с кулачковым элементом, пластины закреплены на корпусе шарнирно и снабжены закрепленными на их контактной части и параллельными им жесткими дополнительными пластинами, смещенными от кулачка к стенке корпуса, концевые части которых взаимодействуют с пружинами, установленными на внутренней поверхности корпуса, а кулачковый элемент выполнен в виде диска с радиальными пазами, образующими между собой радиальные выступы, симметричные относительно оси вращения диска.

Шарнирное закрепление пластин на стенке корпуса дает им возможность свободно поворачиваться в опорах при колебаниях в горизонтальной плоскости, при этом повышается надежность и долговечность пластин за счет устранения их упругой деформации при колебаниях. Наличие дополнительных жестких пластин, жестко закрепленных на контактной (концевой) части основных пластин и смещенных к стенке корпуса, позволяет значительно увеличить общую длину пластины и площадь взаимодействия с жидкостью, а также амплитуду возбуждаемых колебаний жидкости. Это способствует увеличению волн давления и турбулизации жидкости в диспергаторе. Наличие у пластины самостоятельной пружины (вместо пружинной пластины в прототипе) позволяет разгрузить пластину от значительных изгибающих моментов при ее колебаниях, повысить ее долговечность, а также выполнить пластину более жесткой, что повышает эффективность создания акцентированных волн давления в жидкости. Облегчается также операция установки и замены пластины в корпусе. Наличие самостоятельной пружины и размещение ее в концевой части дополнительной пластины, т.е. наиболее удаленной от точки закрепления пластины, позволяет использовать относительно мягкую пружину, снизить трение в месте контакта пластины и кулачка, увеличить их долговечность. Выполнение кулачкового элемента в виде диска с радиальными выступами, симметричными относительно оси его вращения, позволяет сделать минимальной площадь поверхности контактирования пластины и кулачка, что обеспечивает их минимальный износ. Одновременно увеличивается частота колебаний пластины, которая прямо пропорциональна количеству выступов кулачка, что позволяет повысить турбулизацию жидкостной среды и степень диспергирования компонентов дисперсной системы. При этом появляется возможность в несколько раз уменьшить число оборотов вала.

На фиг. 1 изображен диспергатор, общий вид; на фиг. 2 расположение в корпусе пружинящих пластин и кулачкового элемента, разрез А-А на фиг. 1.

Диспергатор содержит вертикальный корпус 1 с герметичной крышкой 2, внутри которого в опорах вращения установлен вертикальный вал 3, верхний конец которого подсоединен к приводу вращения (не показан). В нижней части корпуса 1 установлены две пружинящие пластины 4, закрепленные одним своим концом на стене корпуса в поворотных шарнирах, включающих вертикальную ось 5 и охватывающую ее втулку 6, выполненную на пластине. Пластины 4 размещены в корпусе 1 напротив друг друга и взаимодействуют с закрепленным на валу 3 кулачковым элементом 7, выполненным в виде диска с радиальными пазами, образующими между собой радиальные выступы 8, симметричные относительно оси вращения диска. Пластины 4, размещенные по разные стороны от кулачка 7 и контактирующие с выступами 8 кулачка, снабжены параллельными им жесткими дополнительными пластинами 9, смещенными от кулачка к периферии корпуса 1. Дополнительные пластины 9 жестко закреплены на контактной (концевой) части пластин 4 с помощью перпендикулярных им жестких ребер 10, длина которых превышает высоту выступов 8 кулачка. Длина дополнительной пластины 9 в 1,5-2 раза превышает длину пластины 4 (ширина также может превышать ширину пластины 4), при этом концевая часть пластины 9 взаимодействует с цилиндрической пружиной 11, закрепленной на внутренней поверхности корпуса 1 и поджимающей пластину 4 к кулачковому элементу 7. В верхней и нижней частях корпуса 1 имеются патрубки 12 и 13 для подвода исходных жидких компонентов и отвода полученной дисперсной системы.

Диспергатор работает следующим образом. В корпус 1 заливаются исходные компоненты до уровня, составляющего примерно 0,85 высоты корпуса, и внутренняя полость корпуса герметизируется. Затем включается привод, обеспечивающий вращение вала 3 с заданной угловой скоростью. Установленный на валу 3 кулачковый элемент 7 при своем вращении взаимодействует с контактной частью пластин 4, импульсно отжимая их ребрами (выступами) 8 в сторону пружин 11. При выходе выступа 8 из контакта с пластиной 4 последняя под действием пружины 11, воздействует на дополнительную пластину 9, импульсно отбрасывается в противоположную сторону и вступает в контакт со следующим выступом кулачкового элемента 7. В результате происходят резкие периодические колебания пружинящих пластин, включающих пластины 4 с закрепленными на них дополнительными пластинами 9, последние из которых совершают свободные колебания в жидкости, не касаясь выступов кулачкового элемента. Колебания дополнительных пластин 9 происходят со значительно большей амплитудой, чем пластин 4, и активная поверхность дополнительных пластин значительно превышает поверхность пластин 4. Резкие высокоамплитудные колебания дополнительных пластин 9 возбуждают интенсивные волны гидродинамического давления, турбулизирующие жидкость и обеспечивающие тонкое диспергирование составляющих фаз дисперсной системы во всем объеме аппарата. Наличие пружин 11, установленных на концах дополнительных пластин, позволяет разгрузить пластины от пружинящих усилий и выполнить их жесткими, что необходимо для создания акцентированных периодических волн давления в жидкости, обеспечивающих наибольшую турбулизацию жидкости. При этом достигается максимальный КПД преобразования вращательной энергии, подводимой к валу 3, в волновую энергию жидкости. Кроме того, высокая степень турбулизации жидкости при наличии периодических волн давления позволяет за счет захвата жидкостью свободного газа из верхней части корпуса и образования нелинейной колебательной системы получить в аппарате высокоэффективный резонансный режим вибротурбулизации, обеспечивающий за счет повышения в 3-4 раза амплитуды волн давления и увеличения гидродинамического возмущения жидкости проведение массообмена между фазами дисперсной системы на молекулярном уровне и значительное повышение качества диспергирования. Этот режим может быть получен при частоте колебаний пластин 25-45 Гц, что достигается за счет соответствующей скорости вращения диска. Например, для диска с шестью выступами данная частота колебаний пластин обеспечивается при скорости вращения 250-450 об/мин.

Использование изобретения: интенсификация процесса массообмена между перемешиваемыми фазами при получении дисперсных систем в жидкостных средах. Сущность изобретения: диспергатор содержит вертикальный корпус, размещенный в корпусе центральный вал вращения с кулачковым элементом и взаимодействующие с ним пружинящие пластины, закрепленные одним концом шарнирно на корпусе и снабженные дополнительными пластинами, смещенными к стенке корпуса, концевые части которых подпружинены в сторону вала вращения. Кулачковый элемент выполнен в виде диска с радиальными пазами, образующими между собой радиальные выступы, симметричные относительно оси вращения диска. При вращении кулачкового элемента подпружиненные пластины совершают периодические высокоамплитудные колебания, возбуждающие интенсивные волны гидродинамического давления, турбулизирующие жидкость и обеспечивающие тонкое диспергирование составляющих фаз дисперсной системы. 2 ил.

ДИСПЕРГАТОР, содержащий вертикальный корпус, размещенный в корпусе центральный вал вращения, на котором установлен кулачковый элемент, и закрепленные на корпусе одними концами пружиняющие пластины, взаимодействующие с кулачковым элементом, отличающийся тем, что корпус снабжен установленными на его внутренней поверхности пружинами, а пластины закреплены на нем шарнирно и снабжены закрепленными на их контактной части и параллельными их жесткими дополнительными пластинами, смещенными от кулачка к стенке корпуса, концевые части которых взаимодействуют с пружинами, а кулачковый элемент выполнен в виде диска с радиальными пазами, образующими между собой радиальные выступы, симметричные относительно оси вращения диска.