АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ, СЫПУЧИХ ИЛИ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК B01J2/00 

Предлагаемое изобретение относится к химической промышленности, а именно к оборудованию для обработки жидких, сыпучих или кусковых материалов, и может быть использовано также в пищевой, медицинской, биохимической промышленностях и в промышленности строительных матеpиалов.

При проведении многих процессов используют аппараты с перемешиванием в них обрабатываемого материала. В таких аппаратах используют вращающееся перемешивающее устройство, расположенное внутри неподвижного аппарата, или вращают сам аппарат. Предлагаемое изобретение относится именно к последнему случаю.

Известны многочисленные конструкции вращающихся аппаратов, используемых для механической (смешение, измельчение), термической (сушка, выпаривание, обжиг), химико-термической (кристаллизация, растворение) и других видов обработки различных материалов и их смесей. При этом аппараты могут иметь различную форму (цилиндра, двух цилиндров, соединенных под углом, одно- или двухконусную, грушевидную и т.д.) [1, c.194,793] и вращаться как вокруг горизонтальной или вертикальной оси, так и под некоторым углом к горизонту, в цапфах или на опорных роликах (см. там же, а также [2, c.711]).

Во многих случаях по ходу технологического процесса в аппарат подводятся или из него отводятся те или иные вещества, в том числе жидкие или газообразные, что требует для герметизации вводов и выводов этих веществ применения подвижных (сальниковых, торцевых и т.п.) уплотнений, которые при всем разнообразии конструкций обладают общим признаком наличием плотно контактирующих трущихся частей, т.е. относительно подвижных трущихся элементов уплотнений. Причем, по мере увеличения давления, вакуума, температуры или роста агрессивности или токсичности среды с одной стороны и ужесточения требований к герметичности аппарата с другой стороны, требования к надежности уплотнений повышаются, а их конструкция, как правило, усложняется. Однако и при этом подвижные уплотнения не могут обеспечить высокую (до 100%) герметичность, требуемую при определенных обстоятельствах, а следовательно, нередко и нормального функционирования аппарата [3]
Известна [4, c.421] барабанная сушилка непрерывного действия, содержащая барабан, установленный под небольшим углом к горизонту и снабженный бандажами, каждый из которых катится по двум опорным роликам. Барабан приводится во вращение с помощью насаженного на него зубчатого венца. У торцов барабана имеются входной и выходной каналы, снабженные подвижными уплотнениями.

В сушилке для измельченной древесины [5] содержащей вращающийся барабан со спиральной пневмотрубой на входном участке, подключенной к неподвижному питателю влажного материала и газоходу, и продольную пневмотрубу с регулирующим клапаном, питатели расположены с противоположных сторон барабана и сообщаются с ним с помощью подвижных уплотнений.

Известна барабанная вакуум-сушилка для сушки капроновой крошки [6,c.69] представляющая собой цилиндрический горизонтальный, вращающийся с помощью электропривода барабан с паровой рубашкой и сферическими съемными днищами. На внутренней поверхности барабана имеются винтовые ребра, которые при вращении барабана по часовой стрелке способствуют перемешиванию крошки, а при вращении барабана против часовой стрелки способствуют ее выгрузке через люк.

Таким образом, перемена направления вращения барабана производится по чисто технологическим соображениям всего один раз в несколько часов.

Барабан вращается в цапфах, установленных в опорных узлах. Через одну цапфу внутрь рубашки подводится пар и выводится конденсат, через вторую цапфу с помощью червяка выводится пыль, а полость барабана через эту же цапфу подсоединена к вакуум-насосу и к приборам для контроля температуры и давления. Обе цапфы оснащены специальными подвижными уплотнениями, которые предупреждают утечку пара и позволяют поддерживать вакуум 4 5 мм рт.ст.

Данная сушилка наиболее близка по конструкции к заявляемому аппарату и принята авторами за прототип.

Недостатком описанной сушилки является наличие подвижных уплотнений, которые не обеспечивают достаточно надежное поддержание герметичности мест соединения с аппаратом подводящих и отводящих трубопроводов и требуют постоянного и непрерывного ухода за ними.

Цель изобретения устранение указанных недостатков,
Для достижения цели изобретения в аппарате для обработки жидких, сыпучих или кусковых материалов, содержащем вращающийся корпус, крышку, опорные узлы, привод вращения аппарата, подводящие и отводящие коммуникации, согласно изобретению, коммуникации выполнены упруго деформируемыми и соединены с вращающимся корпусом аппарата неподвижными уплотнениями, а привод аппарата выполнен регулярно реверсируемым, причем угол поворота аппарата вокруг своей оси между двумя реверсами составляет (0,5 50) π радиан, что обеспечивается кинематикой привода и упругостью деформируемых коммуникаций.

Под коммуникациями здесь понимаются материальные трубопроводы, импульсные трубки пневмосистем автоматики, электропривода, соединяющие, например, термопары с регуляторами, или вращающиеся вместе с аппаратом электронагреватели с источником питания.

Упругость коммуникаций обеспечивается за счет либо упругих свойств используемого материала, либо за счет придания им специальной геометрической формы: например, стальная трубка, завитая в виде "пружины", приобретает малую жесткость при кручении, т.е. ведут себя как "гибкая".

Наличие совокупности упругих коммуникаций, неподвижно соединенных своими концами с вращающимся корпусом аппарата и неподвижным внешним устройством, и регулярно реверсируемого привода отличает заявляемый аппарат от известных, что позволяет сделать вывод о его новизне.

Ограниченность угла поворота реверсивно вращающегося аппарата с одной стороны и упругость коммуникаций с другой позволяют присоединить их к аппарату неподвижно и уплотнить стык с помощью прокладок. Такое неподвижное уплотнение стыков гарантирует их надежную герметичность практически при любых температуре, давлении (вакууме) в аппарате, принципиально недостижимую пpи подвижных (сальниковых, торцовых и т.п.) уплотнениях.

Подобный эффект не обнаружен ни у одного известного аппарата, что позволяет сделать вывод о существенности отличий.

Данные отличия могут быть присущи аппаратам, вращающимся вокруг оси, произвольно расположенной в пространстве: наклонно, вертикально или горизонтально.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен осевой разрез аппарата при вертикальном положении оси вращения; на фиг. 2 общий вид механизма реверса во фронтальной плоскости; на фиг. 3 то же, в горизонтальной плоскости.

Корпус 1 аппарата, закрытый крышкой 2, установлен на полом валу 3, проходящем через опорный подшипник скольжения 4, закрепленный на каркасе кожуха 5. В кожухе 5 расположен электронагреватель 6. Свободное пространство между кожухом 5 и нагревателем 6 заполнено теплоизоляционным материалом 7. Кожух 5 имеет две цапфы 8, образующие горизонтальную ось аппарата, установленную в опорах 9. Левая цапфы 8 снабжена приводом 10 (pучным или электрическим) для поворота аппарата в нужное положение вокруг его горизонтальной оси. На правой цапфе 8 установлен блок звездочек 11, которые вместе с другими промежуточными звездочками 12,13,14 обеспечивают передачу вращения от основного привода 15 аппарата к механизму реверса 16 и далее через цилиндрические 17 и конические 18 шестерни к полому валу 3 и корпусу аппарата 1. К концу вала 3 непосредственно присоединен с помощью хомута 19 и фланцевого соединения 20 гибкий трубопровод 21 (резинотканевый рукав). Другой конец этого рукава присоединен аналогичным образом к стационарному внешнему устройству, например, к вакуум-насосу (не показан).

В крышке 2 расположена глухая гильза 22 термопары 23, от которой ко вторичному прибору (не показан) идет компенсационный гибкий электропровод 24.

Механизм реверса 16 в данном случае представляет собой специальную зубчатую передачу, состоящую из зубчатого колеса 25 и пары шестерен 26 и 27, находящихся в постоянном зацеплении друг с другом, причем одна из них 26 ведомая, а другая 27 холостая. Колесо 25 представляет собой два жестко спаренных неполнозубых колеса, вращающихся в одном направлении. На каждом из них отсутствует чуть больше половины зубьев, причем образующиеся за счет этого зубчатые секторы спаренных колес расположены диаметрально противоположно. Величина промежутка между зубьями секторов и шестерен 26 и 27 регулируется путем изменения межцентрового расстояния этих шестерен (механизм регулировки не показан) и должна быть такой, чтобы ведущие зубья одного зубчатого сектора входили в зацепление с зубьями сопряженной шестерни в тот момент, когда последний зуб другого зубчатого сектора выходит из зацепления со второй шестерней. В результате вращение аппарату передается или через холостую шестерню 27, когда зубчатый сектор находится с ней в зацепление, или, минуя ее, когда зубчатый сектор входит в зацепление с ведомой шестерней 26, осуществляя тем самым реверс вращения корпуса аппарата.

Аппарат работает следующим образом. После загрузки корпуса 1 обрабатываемым материалом крышку 2 герметично закрывают и к ней присоединяют различные коммуникации, например, провод 24 датчика температуры 23. Снизу в корпус 1 через полый вал 3 и гибкий рукав 21 подводят или отводят какие-либо реагенты, например, подводят азот или подсоединяют вакуум-насос, причем герметичность обеспечивается за счет жесткого крепления гибкого рукава к валу 3.

Вертикальную ось корпуса 1 аппарата устанавливают под необходимым по технологическим условиям проводимого процесса углом к горизонту с помощью механизма 10. Включают обогрев аппарата нагревательным элементом 6, затем включают привод 14, с помощью которого, а также звездочек 11 14 сообщается вращение зубчатому колесу 25 механизма реверса 16, которое своими зубчатыми секторами регулярно-периодически входит в зацепление с шестерней 26 напрямую или через холостую шестерню 27. Тем самым непрерывно вращение колеса 25 преобразуется в периодически изменяющиеся по направлению повороты шестерни 26, от которой эти повороты передаются шестерням 17,18 валу 3 аппарата.

С целью предотвращения разрушения гибких коммуникаций 21,24 угол поворота корпуса 1 аппарата вокруг своей вертикальной оси 3 в ту или иную сторону ограничивается в пределах (0,05 50) p радиан. Угол поворота меньше 0,05 p радиан (0,025 оборота корпуса 1) может оказаться технологически неэффективным, а угол больше 50 p радиан нецелесообразен, т.к. потребует (чтобы избежать скручивания) увеличения длины гибких коммуникаций и может вызвать их перепутывание.

После окончания технологического процесса в аппарате привод 14 отключают, обесточивают все коммуникации, если необходимо отключают вакуум. После этого, если требуется по технологии, производят охлаждение продукта с помощью подачи через рукав 21 холодного воздуха. Затем аппарат с помощью механизма 10 поворачивают в удобное для выгрузки продукта положение и после открытия крышки 2 готовый продукт высыпается в специальный контейнер.

Описанные конструктивные особенности позволяет достигнуть при включенном вакуум-насосе падение вакууме в аппарате от сотых до десятых долей мм рт.ст. в течение часа. Во вращающихся же аппаратах, оснащенных любым типом подвижных уплотнений, в том числе и в прототипом, падение вакуума при отключенном вакуум-насосе достигает значений от нескольких до десятков мм рт.ст. в час.

Такая высокая степень герметичности вращающегося аппарата заявляемой конструкции позволяет исключить пожаро-взрывоопасность, ускорить и углубить извлечение отсасываемых газообразных продуктов реакции (например, влаги при сушке или мономеров при демономеризации и т.д.), в результате чего улучшается качество получаемого продукта и (или) увеличивается производительность аппарата.

В настоящее время разработан и изготавливается опытный аппарат для вакуумной сушки и демономеризации гранулированного полигликолида сырья для получения рассасываемых медицинских хирургических нитей.

Корпус аппарата грушевидной формы, консольно сидящий на полом валу, который через механизм реверса, описанный в данной заявке, и промежуточные передачи соединен с электроприводом. Полный объем аппарата 30 л, объем загрузки 10 15 л. Скорость вращения полого вала регулируется от 2 до 20 об./мин, угол поворота между реверсами 1,4 (252^o или 0,7 оборота аппарата). Аппарат герметично закрывается крышкой, имеющей глухую гильзу для термопары, которая электропроводом соединена с регулятором, расположенным вне аппарата. К наружному концу полого вала с помощью фланцев и штуцера типа "елочка" с хомутом жестко присоединен упругий резинотканевый рукав с внутренним диаметром 30 мм, который противоположным концом аналогичным образом присоединен к внешнему неподвижному устройству, в данном случае к вакуум-насосу.

Конструкция аппарата позволяет с помощью ручного привода изменять наклон полого вала (оси вращения корпуса аппарата) до 45^o вверх (в рабочем режиме) или вниз (при выгрузке) по отношению к горизонтальной плоскости.

Использованная литература:
1. Н.И. Гильперин "Основные процессы и аппараты химической технологии", М. Химия, 1981 (в двух томах).

2. А.Г.Касаткин "Основные процессы и аппараты химической технологии", М. Химия, 1973.

3. Н.П.Черноусов, А.Н.Кутин, В.Ф.Федоров "Герметические химико-технологические машины и аппараты", М.-Л. 1965, Машиностроение.

4. А. Н.Плановский, Н.П.Николаев "Процессы и аппараты химической и нефте-химической технологии", М. Химия, 1987.

5. Авт. свид. СССР N 1456730, F 26 B 11/04 "Сушильная установка для измельченной древесины", Б.и. N 5, 1989.

6. К.Е.Фишман, Н.А.Хрузин "Производство волокна капрон", М. Химия, 1967 прототип.

Использование: химическая промышленность, пищевая, медицинская, биохимическая, строительных материалов. Сущность: для обеспечения высокой герметичности аппарата он содержит вращающийся корпус, крышку, опорные узлы, подводящие и отводящие коммуникации, выполненные упруго деформируемыми и неподвижно соединенными своими противоположными концами с вращающимся корпусом и неподвижным внешним устройством, и регулярно-реверсивный привод аппарата с величиной угла поворота аппарата вокруг своей оси между двумя реверсами (0,05 - 50)π радиан. 3 ил.

Аппарат для обработки жидких, сыпучих или кусковых материалов, содержащий корпус, крышку, опорные узлы, привод вращения аппарата, подводящие и отводящие коммуникации, неподвижно соединенные с неподвижными внешними устройствами, отличающийся тем, что подводящие и отводящие коммуникации выполнены упругодеформируемыми и неподвижно соединены с вращающимся корпусом аппарата, а привод вращения аппарата выполнен регулярно-реверсивным, причем величина угла поворота аппарата вокруг своей оси между двумя реверсами составляет (0,5 50,0) π радиан.