СМЕСИТЕЛЬ-ДИСПЕРГАТОР Российский патент 1995 года по МПК B01F7/10 

Изобретение относится к устройствам для смешения и диспергирования жидких и газожидкостных сред и может быть использовано в различных химических реакторах как для смешения вводимых компонентов и их диспергирования, так и для гомогенизации смеси насмешивающихся жидкостей при ее транспортировании, а также для поддержания требуемых физических свойств эмульсии при ее длительном хранении.

Известен смеситель для жидких и газообразных сред, содержащий корпус, в котором имеются каналы для подачи компонентов, ротор в виде конуса с лопастями и цилиндра с лопастями, причем цилиндр расположен со стороны большего основания конуса [1] Лопасти расположены на конусе и цилиндре по образующей, а каналы для подачи реагентов расположены перпендикулярно к поверхности лопастей конуса. Конус и цилиндр разделены перегородкой. Смеситель снабжен камерой, выполненной в виде перфорированного цилиндра и крышки, в которой расположен цилиндр с лопастями.

Однако конструкция данного смесителя предусматривает его использование при вводе компонентов в емкостной реактор для обеспечения их смешения перед попаданием непосредственно в аппарат. Это является существенным недостатком этого смесителя. Кроме того, конструкция смесителя является весьма сложной в изготовлении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является гидродинамический диспергатор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода компонентов, вкладыш с многозаходной спиральной нарезкой, образующей с корпусом тангенциальные каналы, вихревую камеру с установленной в ней на оси соосно вкладышу ступицей с крыльчаткой, лопасти которой расположены перпендикулярно тангенциальным каналам [2]
Такой смеситель устанавливается на транспортном трубопроводе или патрубке, подсоединенном к реактору.

Недостатком данной конструкции является подача подлежащих смешению компонентов в общий патрубок входа, что может привести к локальным неоднородностям распределения компонентов в потоке. Неоднородности концентрации компонентов в ряде случаев приводят к значительным потерям целевого продукта. Так на стадии химической очистки пенициллина плохое смешение нативного раствора с серной кислотой приводит к безвозвратным потерям пенициллина из-за локального перекисления.

Другой недостаток данного смесителя проявляется при смешении компонентов со значительно различающимися физическими свойствами (плотностью, вязкостью и пр.). Так при подаче во входной патрубок компонентов с сильно различающимися плотностями, более тяжелый компонент в закрученном потоке под действием центробежных сил оттеснится к стенке смесителя и выйдет из него с недостаточной степенью гомогенизации.

Задачей изобретения является повышение качества эмульсии при смешении компонентов со значительно различающимися физическими свойствами и расходными характеристиками.

Для этого в вихревой камере в направлении движения потока за крыльчаткой перпендикулярно оси установлен диск с аксиально закрепленными на нем цилиндрическими стержнями. Далее по направлению потока установлен перфорированный диск с закрепленными на нем лопатками. Патрубок входа более легкого по сравнению с основным потоком компонента расположен на уровне крыльчатки и ориентирован тангенциально к корпусу в направлении нарезки вкладыша. Патрубок входа более тяжелого по сравнению с основным потоком компонента расположен на уровне цилиндрических стержней и ориентирован радиально к корпусу.

Кроме того, для повышения гомогенности получаемой эмульсии цилиндрические стержни и ближайший к ним срез патрубка входа тяжелого компонента могут быть установлены таким образом, чтобы расстояния от оси до среза патрубка и до наружной кромки стержней не превышали радиуса ступицы крыльчатки.

Для дополнительного устранения проскока негомогенизированных компонентов через смеситель диаметр патрубка входа легкого компонента выполнен меньшим, чем высота крыльчатки, а диаметр патрубка входа тяжелого компонента меньшим, чем высота цилиндрических стержней.

На фиг. 1 представлен продольный разрез смесителя-диспергатора; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1.

Смеситель-диспергатор состоит из корпуса 1, вкладыша 2 с винтовой нарезкой 3, установленной на оси 4 ступицы 5 с крыльчаткой 6, диска 7 с цилиндрическими стержнями 8, перфорированного диска 9 с лопатками 10 и патрубков 11-14 входа основного потока, легкого и тяжелого компонентов и выхода эмульсии соответственно.

Смеситель-диспергатор работает следующим образом.

Основной компонент подается в патрубок 11, попадает в винтовые каналы, образованные корпусом 1 и винтовой нарезкой 3 вкладыша 2, закручивается и попадает на крыльчатку 6. Под воздействием закрученного потока крыльчатка 6 приводится во вращение и через ступицу 5 передает его оси 4. Установленные на оси 4 диск 7 с цилиндрическими стержнями 8 и перфорированный диск 9 с лопатками 10 вращаются вместе с осью 4.

Легкий компонент подается в тангенциально установленный патрубок 12 в направлении закрутки потока и попадает на вращающуюся крыльчатку 6, которая диспергирует легкий компонент и смешивает его с основным потоком. Подача легкого компонента непосредственно на крыльчатку 6 в закрученный поток обеспечивает тонкое диспергирование легкого компонента и поддерживает закрутку потока. Далее поток с диспергированным легким компонентом попадает в вихревую камеру, где под действием центробежных сил легкий компонент выталкивается с периферии потока к оси смесителя-диспергатора, что способствует дополнительному смешению его с основным потоком.

Тяжелый компонент подается в патрубок 13 и попадает на вращающиеся цилиндрические стержни 8, которые при прохождении через струю тяжелого компонента вызывают в ней интенсивное образование мелкомасштабных вихрей. Под действием основного потока вихри срываются со стержней и относятся в вихревую камеру, где быстро диссипируются, что приводит к образованию мелкодисперсной гомогенной эмульсии.

Под действием центробежных сил тяжелый компонент выталкивается к стенкам корпуса 1, где снова турбулизуется вращающимися в пристенном слое лопатками 10, закрепленными на перфорированном диске 9.

Готовая эмульсия проходит через перфорацию диска 9 и выходит из смесителя-диспергатора через патрубок 14 выхода эмульсии.

Для устранения проскока недиспергированного тяжелого компонента диаметр патрубка 13 входа тяжелого компонента выполнен меньшим, чем высота цилиндрических стержней 8. Кроме того, патрубок 13 заглубляется в вихревую камеру до диаметра, меньшего диаметра ступицы 5 с крыльчаткой 6, и расстояние от оси 4 до наружной кромки стержней 8 также выполняется меньшим, чем радиус ступицы 5. Такое расположение вышеупомянутых элементов обеспечивает ввод тяжелого компонента в ядро закрученного потока основного компонента, что способствует улучшению их смешения в вихревой камере.

Патрубок 12 ввода легкого компонента выполняется диаметром меньшим, чем высота крыльчатки 6, что дополнительно обеспечивает гарантированное диспергирование легкого компонента крыльчаткой 6.

Таким образом, основным достоинством предлагаемой конструкции является гарантированное диспергирование и смешение потоков компонентов со значительно различающимися физическими свойствами.

Использование: смещение и диспергирование жидкостей и газожидкостных сред в различных химических реакторах как для смещения вводимых компонентов и их диспергирования, так и для гомогенизации смеси несмешивающихся жидкостей при ее транспортировании, а также для поддержания требуемых физических свойств эмульсии при ее длительном хранении. Сущность: смеситель диспергатор содержит цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода компонентов, вкладыш с многозаходной спиральной нарезкой, образующей с корпусом тангенциальные каналы, вихревую камеру с установленной в ней на оси соосно вкладышу ступицей с крыльчаткой, лопасти которой расположены перпендикулярно тангенциальным каналам. В вихревой камере в направлении движения потока за крыльчаткой перпендикулярно оси установлен диск с аксиально закрепленными на нем цилиндрическими стержнями перфорированный диск с закрепленными на нем лопатками. Патрубок входа легкого компонента расположен на уровне крыльчатки и ориентирован тангенциально к корпусу в направлении нарезки вкладыша. Патрубок входа тяжелого компонента расположен на уровне цилиндрических стержней и ориентирован радиально к корпусу. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. СМЕСИТЕЛЬ-ДИСПЕРГАТОР для обработки жидких и газожидкостных сред, содержащий цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода компонентов, вкладыш с многозаходной спиральной нарезкой, образующей с корпусом тангенциальные каналы, вихревую камеру с установленной в ней на оси соосно с вкладышем ступицей с крыльчаткой, лопасти которой расположены перпендикулярно к тангенциальным каналам, отличающийся тем, что он снабжен установленными по направлению движения потока за крыльчаткой перпендикулярно к оси корпуса диском с аксиально закрепленными на нем цилиндрическими стержнями и перфорированным диском с закрепленными на нем лопатками, патрубок входа легкого компонента установлен на уровне расположения крыльчатки тангенциально корпусу в направлении нарезки вкладыша, патрубок входа тяжелого компонента установлен радиально корпусу на уровне расположения цилиндрических стержней. 2. Смеситель-диспергатор по п.1, отличающийся тем, что расстояния от оси до наружной кромки цилиндрических стержней и до ближайшего среза патрубка входа тяжелого компонента не превышают радиуса ступицы крыльчатки. 3. Смеситель-диспергатор по п.1, отличающийся тем, что диаметр патрубка входа тяжелого компонента не превышает высоты стержней. 4. Смеситель-диспергатор по п.1, отличающийся тем, что диаметр патрубка входа легкого компонента не превышает высоты крыльчатки.