РЕАКТОР ДЛЯ СРЕД С ВЫСОКОЙ ВЯЗКОСТЬЮ Российский патент 1997 года по МПК B01F7/04 

Изобретение относится к реактору для сред с высокой вязкостью.

Известен реактор для материалов в текучем состоянии, в частности для поликонденсации полимеров в полиэфир с высоким молекулярным весом, который состоит из расположенного по горизонтали корпуса реактора с загрузочным отверстием на одном конце и разгрузочным отверстием на другом конце и сепаратообразного устройства для приведения в движение и транспортировки текучего материала, расположенного с возможностью вращения вокруг проходящей в продольном направлении корпуса оси в нижней части внутреннего пространства реактора с незначительным зазором. Сепараторообразное устройство имеет продольные рейки и закрепленные на рейках кольцеобразные диски, причем кольцеобразные диски расположены последовательно друг за другом в направлении оси вращения с таким наклоном относительно нее, что при вращении сепараторообразного устройства материалы перемещаются от впуска к выпуску. С помощью такого реактора можно текучие материалы как перемешивать, так и перемещать в реакторе, при этом постоянно вновь образуются свободные поверхности [1]
Известен также реактор для сред с высокой вязкостью, содержащий горизонтальный корпус с загрузочным и разгрузочным отверстиями, в котором на консольных валах установлен с возможностью вращения первый клеткообразный ротор, погруженный при вращении в перемешиваемую высоковязкую среду [2]
Однако, эти реакторы не в достаточной степени удовлетворяют требованиям обработки высоковязких или пастообразных масс, как, например, более вязкие, по сравнению с полиэфиром, полиамид или полиэфир для непосредственно сформованных волокон корда для автомобильных шин, так как реактор, хотя и обеспечивает нужные свойства срезания и тем самым перемешивания, однако не обеспечивает равномерную самоочистку, которая была бы весьма необходимой из-за прилипания высоковязкой среды к элементам реактора.

Эта задача решается посредством того, что два ротора вращаются один относительно другого и снабжены элементами для смешивания, подачи и стряхивания, соответственно, удаления приставшей среды, обеспечивается хорошее перемешивание при одновременном прохождении и узком диапазоне выдержки высоковязкой среды, причем одновременно все поверхности, по меньшей мере, одного ротора, а также корпуса реактора, соскабливаются и очищаются. Так как не предусмотрено никакого центрального вала, и, таким образом, в распоряжении имеется достаточное свободное пространство для стекающего расплава, то могут образовываться большие поверхности и свободно падающие пленки, которые, с одной стороны, несут с собой очень хорошее перемешивание, а кроме того, улучшают часто желательный и при химических реакциях необходимый отвод летучих составляющих. Один ротор главным образом стряхивает и перемешивает среду в направлении протекания, так что другой ротор, который в основном смешивает, может быть сконструирован более просто. В целом в распоряжение предоставляется система роторов, которая при хорошем перемешивании (причем проявляется действие срезания на высоковязкую среду), равномерной транспортировке и хорошем эффекте очистки имеет легкую и простую конструкцию.

Возможны предпочтительные другие варианты выполнения и совершенствования. Первый ротор в качестве соскабливающих реек предпочтительно имеет образованные как соскабливающие рейки продольные балки, благодаря чему подвергается соскабливанию внутренняя стенка корпуса реактора и удаляются остатки среды. При расположении балок под углом оказывается дополнительное воздействие на транспортировку среды в направлении основного потока по оси через реактор.

Благодаря тому, что второй ротор состоит из расположенных друг за другом колец, на которых закреплены соскабливающие элементы и направляющие поверхности, которые соединяют кольца между собой, образуется легкий ротор, обладающий достаточной жесткостью, который имеет лишь небольшие по величине поверхности, так что прилипает небольшое количество среды. Предпочтительно второй ротор время от времени приводится во вращение в направлении, противоположном рабочему направлению вращения, чтобы можно было подвергать очистке от высоковязкой среды, например, шлейфообразных наростов, также и обратную сторону соскабливающих элементов. Образование соскабливающих элементов подобно плужному лемеху обеспечивает равномерную транспортировку среды в направлении потока при простой конструкции.

Пример выполнения изобретения представлен на чертежах и более подробно описан ниже.

На фиг.1 изображен общий вид клеткообразного ротора, причем расположенный с внешней стороны клеткообразный ротор дан в разрезе и показан вращающийся внутри соскабливающий ротор до конечного диска;
на фиг.2 перспективное изображение общего вида клеткообразного ротора с соскабливающим ротором, который показан штриховыми линиями;
на фиг. 3 увеличенное изображение скребкового элемента между кольцами клеткообразного ротора;
на фиг.4 вырез из соскабливающего ротора с двумя транспортирующими элементами, подобными плужному лемеху;
на фиг.5 вырез из разреза через соскабливающий ротор с скребковой поверхностью, покрытой сзади оболочкой.

На фиг.1 показан реактор, какой, например, применяется для обработки полиамида 6 или высоковязкого сложного полиэфира. Он имеет отверстие 2 для загрузки реактора высоковязкой или пастообразной средой и отверстие 3, через которое среда выгружается. В реакторе 1 среда транспортируется от отверстия 2 и при этом смешивается, перемешивается, и в ней образуется большая поверхность. Реакторный котел, или корпус реактора 4 представляет собой обычный подогреваемый посредством рубашки котел с двойной стенкой, имеющий внутреннюю стенку 4, внутренние торцевые стенки 5, 6, которыми окружена подлежащая обработке высоковязкая среда, причем далее предусмотрены наружная стенка и наружные торцевые стенки, которые с внутренними стенками образуют нагревательную или охладительную оболочку 22, в которую для нагревания или охлаждения высоковязкой среды может вводиться нагревательная или охлаждающая среда. На внутренней стороне верхней части корпуса реактора предусмотрено соединение 7, через которое могут отводиться летучие составляющие высоковязкой среды. При этом внутреннее пространство реактора многократно вакуумируется для облегчения дегазации.

Внутри корпуса реактора 4, 5, 6 расположен клеткообразный ротор с возможностью вращения с помощью установленных у торцевых стенок (консольных) валов 9,10. Клеткообразный ротор 8 состоит, как показано на фиг.2, из установленных в продольном направлении скребковых реек 11, к которым прикреплены перпендикулярно продольной оси кольцевые диски 12 (кольца). Кольца могут иметь различную форму, например, они могут быть снабжены отверстиями, быть решетчатыми или сетчатыми.

Концентрично клеткообразному ротору расположен с возможностью вращения соскабливающий ротор 13, который также опирается на консольные валы 14, 15, которые, в свою очередь, проходят в консольных валах 9, 10 для клеткообразного ротора 8. Сепараторообразный ротор 8 и соскабливающий ротор13 могут быть соединены друг с другом, например, с помощью планетарной передачи. Роторы 8, 13 могут вращаться в одном направлении или в противоположных, причем числа оборотов выбираются в соответствии с желательным эффектом перемешивания и срезания и скорости транспортировки.

Соскабливающий ротор 13 состоит из колец 16, между которыми закреплены соскабливающие элементы 17, так, что в качестве соскабливающего ротора получается жесткая система. Некоторые или все скребковые элементы 17 могут быть образованы как транспортирующие элементы 18 и иметь форму, например, плужного лемеха по фиг.4. Достаточно, если скребковые элементы 17, вместо полной поверхности образованы лишь в виде угловых рам 17б. Само собой разумеется, транспортирующие элементы могут быть сформированы в виде крюков или т.п. Скребковые или транспортирующие элементы 17 могут быть также дополнительно оснащены усилениями (ребрами жесткости). Как видно из фиг.3, скребковые элементы 17 соскабливают как боковые поверхности колец 12, так и внутренние поверхности скребковых реек 11, в то время, как скребковые рейки 11 очищают внутреннюю поверхность корпуса реактора 4. Торцевые стенки 5 и 6 могут очищаться скребковыми поверхностями 19 и 20 у соединительных элементов, в общем случае, спиц 21, между клеткообразным ротором и его консольными валами 9 и 10 от прилипшего материала. Это может также осуществляться между обоими роторами у торцевой поверхности, что здесь не показано.

Благодаря такой конструкции, не подвергаемых очистке поверхностей почти нет. Задние стороны скребковых или транспортирующих элементов 17 могут очищаться благодаря тому, что соскабливающий ротор в случае необходимости может вращаться в сторону, противоположную рабочему направлению вращения. При этом может помочь, если скребковые элементы 17 или, в данном случае, также транспортирующие элементы 18 на задней стороне оснащены обтекателями, соответствующими потоку, как это показано на фиг.5 с помощью обозначения 17а. Это подкрепляет эффект очистки при вращении в обратном направлении и служит также для предотвращения прилипания с самого начала к задним сторонам 17а этих элементов 17. Предпочтительным это может быть при особенно вязких средах, если сепараторообразный ротор подвергается нагреву.

Скребковые рейки могут быть образованы в виде черпальных реек, а затем могут быть установлены под углом, чтобы способствовать лучшей транспортировке вязкой среды. В соответствии с требованиями прочности соскабливающего ротора 13, которая, в основном, определяется усилиями среза и перемещения, воспринимаемыми скребковыми и транспортирующими элементами 17, можно вместо колец 16 предусмотреть также в каждом случае по два, жестко соединенных между собой, трубчатых обруча, к которым прикреплены скребковые элементы 17.

Реактор может эксплуатироваться при непрерывном режиме работы, причем количества, поступающие через отверстие 2 равны количествам, выходящим из отверстия 3, или при ступенчатом режиме работы, если определенное количество обрабатывается в нем определенное время, а затем, например, опорожняется с помощью вращения ротора в обратном направлении.

Возможны другие, не описанные здесь формы конструктивного исполнения элементов, которые делают возможным смешивание, транспортировку, формование поверхностей и очистку от высоковязких масс на обоих вращающихся друг в друге роторах. Так, например, кольцеобразные элементы могут образовывать внутренний ротор, а внешний ротор может обеспечивать очистку не только цилиндрического корпуса реактора 4, но также этих смесительных элементов. Возможны также промежуточные формы. В целом это прежде всего принцип двух роторов, из которых один вращается внутри другого, с помощью которых удается хорошо промешивать среду с ее одновременной подачей и очищать поверхности соскабливанием до незначительных остающихся неочищенными поверхностей. Такой поверхностью является, например, показанная на фиг.1 внутренняя кольцевая поверхность кольца 16. Ее также можно образовать более обтекаемой для лучшего стекания массы.

Сущность изобретения: реактор для высоковязких сред с направленным по горизонтали корпусом, имеющий впуск и выпуск, в котором на консольных валах расположен клеткообразный ротор. На клеткообразном роторе закреплены элементы, например, кольца, которые погружаются в среду и ее перемешивают. Коаксиально клеткообразному ротору предусмотрен соскабливающий ротор. Оба ротора вращаются друг в друге, смешивают и транспортируют среду и очищают при этом поверхности. Кроме того, они очищаются с противоположной стороны с помощью соскабливания. 13 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Реактор для сред с высокой вязкостью, содержащий горизонтальный корпус с загрузочным и разгрузочным отверстиями, в котором на консольных валах установлен с возможностью вращения первый клеткообразный ротор, погруженный при вращении в перемешиваемую высоковязкую среду, отличающийся тем, что он снабжен вторым ротором, коаксиальным первому клеткообразному ротору, установленным на консольных валах с возможностью вращения и имеющим скребковые элементы для удаления налипшей на первый ротор среды, при этом один из роторов установлен с возможностью вращения в другом роторе, а также один из роторов снабжен транспортирующими элементами, перемещающими среду в процессе работы от загрузочного отверстия к разгрузочному. 2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что второй ротор установлен внутри первого ротора. 3. Реактор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первый ротор расположен с зазором относительно внутренней поверхности корпуса для ее очистки. 4. Реактор по пп. 1 3, отличающийся тем, что первый клеткообразный ротор выполнен с продольными стержнями в виде скребковых реек для очистки внутренней стенки корпуса. 5. Реактор по п. 4, отличающийся тем, что для улучшения транспортировки среды продольные стержни расположены под острым углом к оси реактора. 6. Реактор по пп. 1 5, отличающийся тем, что второй ротор выполнен из расположенных друг за другом колец, жестко соединенных между собой скребковыми элементами. 7. Реактор по пп. 1 6, отличающийся тем, что по меньшей мере несколько скребковых элементов выполнены в виде транспортирующих элементов. 8. Реактор по п. 7, отличающийся тем, что транспортирующие элементы выполнены в виде плужного лемеха. 9. Реактор по пп. 1 8, отличающийся тем, что роторы установлены с возможностью вращения в одном направлении при нормальном режиме работы. 10. Реактор по пп. 1 8, отличающийся тем, что роторы установлены с возможностью вращения в противоположном направлении при нормальном режиме работы. 11. Реактор по пп. 1 10, отличающийся тем, что роторы вращаются с различным числом оборотов. 12. Реактор по пп. 1 11, отличающийся тем, что второй ротор для очистки установлен с возможностью периодического вращения в противоположном направлении по сравнению с нормальным направлением вращения. 13. Реактор по пп. 1 12, отличающийся тем, что первый ротор выполнен обогреваемым. 14. Реактор по пп. 1 3, отличающийся тем, что скребковые и/или транспортирующие элементы снабжены обтекателями, расположенными на их задней по направлению потока стороне.