УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОГОМОГЕННЫХ, МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СУСПЕНЗИЙ, СМЕСЕЙ, ПОРОШКОВ И МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2013 года по МПК B01F7/24 

Изобретение относится к оборудованию для получения высокогомогенных, многокомпонентных суспензий, смесей, порошков и материалов и может быть востребовано в различных отраслях промышленности, например, в пищевой, медицинской, в сельском хозяйстве, строительстве, нефтяной, горнорудной, электронной и других, где требуется получить высокогомогенную смесь, высокогомогенную суспензию и высококонцентрированную вяжущую суспензию.

Известна установка для приготовления многокомпонентной суспензии на основе мазута и/или угля и воды, характеризующаяся тем, что она содержит основной полый объемный корпус с соосно установленным в нем многоступенчатым ротором, и дополнительный полый объемный корпус, который открытым торцом совмещен с открытым торцом основного корпуса и выполнен с образованными в его полости, двумя последовательно расположенными магнитными камерами, внутри одной из которых установлен ротор с ячейками для кавитирующего процесса и омагничивания компонентов суспензии, а во второй камере установлен приводной рабочий орган для омагничивания, перемешивания и диспергирования компонентов, а в открытом торце основного корпуса установлена отбойная тарелка со сквозными проемами в ее теле, причем ко второй магнитной камере дополнительного корпуса подключен патрубок отвода готового продукта, причем установка снабжена объемным фильтром с патрубком подачи компонентов, который сообщен с полостью основного корпуса при помощи трубопровода подачи отфильтрованных компонентов (RU, Патент №2.380.147 от 04.04.2008).

Данное изобретение в представленном виде является излишне материалоемким и сложным в конструктивном исполнении.

Известна мелющая мельница, состоящая из аппарата, представляющего собой мельницу из двух коаксиальных конусов. Конуса смонтированы таким образом, что они могут взаимно приближаться (выдвигаться) один относительно другого. Таким образом, что расстояние между стенками двух конусов уменьшается от вершины к основанию конусов. Причем внешний конус имеет на своей внутренней поверхности (рабочей) зоне спиралевидные внутренние ребра (внутренние бороздки), а внутренний конус имеет на своей внешней поверхности (рабочей зоне) выступающие спиралевидные ребра (внешние бороздки). Вышеуказанные ребра (внутренние и внешние) соотносятся между собой таким образом, что они взаимно пересекаются. Это позволяет измельчаемому материалу проходить между двумя конусами по направлению от вершины конуса к его основанию. Взаимно пересекающиеся ребра внешнего и внутреннего конусов протягиваются в обратном направлении соотносительно друг друга, например, ребра одного конуса могут иметь правостороннюю закрутку спирали, а ребра другого - форму левосторонней закрутки спирали (US Пат. №3.933.317, Int CL B02C 4/10, от 20.06.1976).

Данное изобретение в представленном виде имеет ограниченные функциональные возможности, так как не может обеспечить возможность измельчения и обработки различных видов материалов в заданных средах, и получения материалов с заданными свойствами.

Наиболее близким техническим решением по простоте исполнения и достигаемому результату является Устройство для измельчения и получения высокогомогенных смесей и высококонцентрированных вяжущих суспензий, содержащее корпус с приемной воронкой в верхней части, размещенный внутри корпуса по его оси шнековый питатель, привод шнекового питателя и наружный и внутренний конусы со свободно расположенными между ними в рабочей зоне веретенообразными коническими элементами, установленными вершинами в сторону основания конусов, а обращенные навстречу друг к другу внутренняя поверхность наружного конуса и наружная поверхность внутреннего конуса выполнены с футеровкой из износостойкого материала с образованием в каждом конусе между его корпусом и футеровкой полости для протекания термостабилизирующего агента, при этом наружный конус снабжен индивидуальным приводом возвратно-поступательного перемещения относительно его продольной оси, а внутренний конус - индивидуальным приводом его вращения. Корпус снабжен расположенным в приемной воронке ворошителем, установленным на валу шнекового питателя в верхней его части. Ворошитель выполнен с возможностью независимого от шнекового питателя вращения и/или возвратно-поступательного перемещения. Наружный конус снабжен форсункам для подачи под давлением промывочной жидкости в рабочую зону конусов (RU, Патент №2.238.799, МПК, B02C 2/04 от 27.10.2004).

Не умоляя достоинств данного технического решения, тем не менее необходимо отметить, что без раскрытия дополнительного оборудования, являющегося для патентообладателя данного изобретения как "ноу-хау", не представляется возможным уяснить достижения технического результата и расширения функциональных возможностей данного технического решения.

Техническая задача предложенного изобретения - расширение функциональных возможностей и области использования, повышение производительности, обеспечение обработки практически любых материалов с широким диапазоном твердости и разности температур, получения чистых и сверхчистых материалов с заданными свойствами при низких температурах и обеспечение экологически чистого процесса производства.

Техническая задача обеспечивается тем, что установка для получения высокогомогенных, многокомпонентных суспензий, смесей, порошков и материалов, характеризующаяся тем, что она содержит исполнительный механизм и технологически связанные с ним блок управления, станцию термостатирования, емкость с жидкой рабочей средой, емкость с промывочной жидкостью, ресивер с газообразной средой для сушки и барботирования, ресивер с газообразной рабочей средой, источник электромагнитного излучения и пульт управления и контроля данных, при этом исполнительный механизм содержит корпус с системой загрузки и с системой выгрузки, приемную воронку, механизм принудительной подачи обрабатываемого материала, конусное основание внешнего элемента рабочей зоны с индивидуальным приводом возвратно-поступательного перемещения относительно его продольной оси и конусное основание внутреннего элемента рабочей зоны с индивидуальным приводом его реверсивного вращения, причем конусные основания внешнего и внутреннего элементов рабочей зоны выполнены с полостями и каналами для протекания термостабилизирующего агента, а конусное основание внешнего элемента рабочей зоны - с каналами для подачи жидкостных и/или газообразных ингредиентов в рабочую зону для создания рабочей среды и с каналами для подачи жидкостной и/или газообразной среды для промывки, сушки и барботирования, при этом внутренняя поверхность внутреннего элемента рабочей зоны соответствует внешней поверхности его основания, а его внешняя поверхность выполнена по ограниченной одной или двумя секущими плоскостями образующей заданной конфигурации, описанной вокруг продольной оси рабочей зоны по направляющей или направляющим заданной конфигурации, с углом наклона этой образующей к секущей плоскости у основания элемента рабочей зоны, лежащим в пределах от 0 до 90°, а внешняя поверхность внешнего элемента рабочей зоны соответствует внутренней поверхности его основания, а внутренняя поверхность внешнего элемента рабочей зоны выполнена по ограниченной двумя секущими плоскостями образующей заданной конфигурации, описанной вокруг продольной оси рабочей зоны по направляющим заданной конфигурации с углом наклона этой образующей к секущей плоскости у основания рабочей зоны, лежащим в пределах от 0 до 90, причем внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с зоной калибровки, образованной расположенным у основания калибратором в виде поверхностей, образованных параллельными образующими, а внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с переменно чередующимися гладкой и/или спиральной рабочей поверхностью.

Внутренний элемент рабочее зоны имеет на своей поверхности спирально направленные рабочие элементы, расположенные на 2/3 его высоты, а 1/3 его поверхности к основанию выполнена гладкой.

Внутренний элемент рабочей зоны на 2/3 высоты своей поверхности выполнен гладким, а 1/3 снизу до зоны калибровки - со спирально направленными рабочими элементами.

Внутренний и внешний элементы рабочей зоны на 2/3 высоты своей поверхности выполнены гладкими, а на 1/3 снизу до зоны калибровки выполнены со спиральными канавками с противоположным направлением спиралей канавок.

Внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с гладкой рабочей поверхностью.

Внутренний и внешний элементы рабочей зоны на всю высоту своей поверхности до зоны калибровки выполнены со спирально направленными рабочими элементами с противоположным направлением спиралей относительно друг друга.

Механизм принудительной подачи выполнен в виде шнекового питателя. Корпус исполнительного механизма снабжен расположенным в приемной воронке ворошителем, установленным на валу шнекового питателя в верхней его части.

Ворошитель выполнен с возможностью независимого от шнекового питателя вращения и/или возвратно-поступательного перемещения.

Продольная ось каждого из конусных оснований расположена соосно вертикально или под углом.

Элементы рабочей зоны выполнены съемными.

Спиральные рабочие элементы выполнены линейно прерывистыми.

Спиральные рабочие элементы выполнены линейно сплошными.

Спиральные рабочие элементы выполнены перфорированными

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид установки, вид в плане, на фиг.2 изображен исполнительный механизм в разрезе (вариант), на фиг.3 изображен фрагмент исполнительного механизма, на фиг.3а и 3б - элементы рабочей зоны, на фиг.4 - перфорированный спирально направленный рабочий элемент, на фиг.5 - противоложнонапровленные спирально направленные перфорированные рабочие элементы, на фиг.6 - спирально направленный рабочий элемент на внешнем элементе рабочей зоны, на фиг.7 - линейно прерывистый спирально направленный рабочий элемент.

Установка для получения высокогомогенных, многокомпонентных суспензий, смесей, порошков и материалов содержит исполнительный механизм 1 и технологически связанные с ним блок управления 2, станцию термостатирования 3, пульт управления и контроля данных 4, систему загрузки 5, систему выгрузки 6, емкость с жидкой рабочей средой 7, ресивер с газообразной средой для сушки и барботирования 8, емкость с промывочной жидкостью 9, ресивер с газообразной рабочей средой для получения материала с новыми свойствами 10, и источник электромагнитного излучения 11. Исполнительный механизм 1 установлен на опорной плите 12 и содержит корпус 13 с системой загрузки 5 и с системой выгрузки 6, приемную воронку 14, ворошитель 15, механизм принудительной подачи обрабатываемого материала, в виде шнекового питателя 16, привод шнекового питателя 17, конусное основание 18 внешнего элемента рабочей зоны 19 с индивидуальным приводом 20 возвратно-поступательного перемещения относительно его продольной оси и конусное основание 21 внутреннего элемента рабочей зоны 22 с индивидуальным приводом 23 его реверсивного вращения. Конусные основания 18 и 21 соответственно внешнего и внутреннего элементов рабочей зоны 24 выполнены с полостями 25 и 26 и каналами 27 и 28 для протекании термостабилизирующего агента.

Конусное основание внешнего элемента рабочей зоны выполнено с каналами 29 для подачи жидкостных и/или газообразных ингредиентов в рабочую зону 24 для создания рабочей среды и с каналами 30 для подачи жидкостной и/или газообразной среды для промывки, сушки и барботирования. Подвод и отвод термостабилизирующего агента в полость 25 конусного основания 18 осуществляется соответственно через патрубок подвода 31 и патрубок отвода 32, а в полость 26 конусного основания 21 - через патрубок подвода 33 и патрубок отвода 34. Внешний и внутренний элементы рабочей зоны 24 выполнены с зоной калибровки 35, образованной расположенным у основания калибратором 36. Внутренний и внешний элементы рабочей зоны выполнены с переменно чередующимися - гладкой рабочей поверхностью 37 и спиральной рабочей поверхностью 38. Рабочая поверхность 38 может быть выполнена в виде прерывистой спирали 39. Внешний и внутренний элементы выполнены со спиральными канавками 40. Спиральные рабочие элементы выполнены с перфорацией 41. При обработке фрикционных и жидких материалов - внутренний элемент 22 имеет на своей поверхности спирально направленный рабочий элемент, расположенный на 2/3 его высоты, а 1/3 его поверхности к основанию выполнена гладкой. При обработке сыпучих и жидких материалов - внутренний элемент рабочей зоны 22 на 2/3 высоты своей поверхности выполнен гладким, а 1/3 снизу до зоны калибровки - со спирально направленными рабочими элементами. При обработке твердых сыпучих материалов - внутренний и внешний элементы рабочей зоны на 2/3 высоты своей поверхности выполнены гладкими, а на 1/3 снизу до зоны калибровки выполнены со спиральными канавками с противоположным направлением спиралей канавок. При обработке сверхтвердых материалов - элементы рабочей зоны выполнены гладкими. При обработке твердых материалов - внутренний и внешний элементы рабочей зоны на всю высоту своей поверхности до зоны калибровки выполнены со спирально направленными рабочими элементами с противоположным направлением спиралей относительно друг друга.

В данном случае на чертеже (фиг.2) показан один из примеров исполнения изобретения, где работа осуществляется при восходящем потоке термостабилизирующего агента, но это не является строго обязательным условием, т.к. возможна работа с таким же результатом и при нисходящем потоке. При эксплуатации установки предусмотрена ее работа с термостабилизирующим агентом с температурой от -196° до +500°C, т.е. подбор температуры зависит от обрабатываемого материала. Например, в случае охрупчивания или получения чистого и сверхчистого материала при его измельчении задается минусовая температура.

Положение конусного основания 18 внешнего элемента рабочей зоны 19, т.е. его возвратно-поступательное перемещение регулируется приводом 20, а следовательно, регулируется и величина устанавливаемого значения калибратора. Регулируемый размер получаемых частиц обеспечивается шагом перемещения конусного основания 18 с точностью до 10 нМ. Габариты исполнительного механизма, скорость вращения, конструктивные материалы, шнековое давление, давление термостабилизирующего агента, его температура и др. также определяются конкретными условиями. Широкий механический и химический контакт перерабатываемых частиц исходных компонентов между собой и рабочими органами, разность скоростей перемещения компонентов в различных точках рабочей зоны и разность давления обеспечивают высокую гомогенность обработки составляющих ингредиентов смеси, соответствующую достижению высокой активности получаемых материалов. При этом процесс активного измельчения компонентов будет осуществляться преимущественно путем преодоления минимальных их сопротивлений разрушению, т.е. тангенциальных, при минимальных энергозатратах. Например, приготовление высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС) осуществляется следующим образом. Отдозированные высококремнеземистые компоненты - песок, химические добавки и воду загружают в приемную воронку и далее шнековым питателем подают под большим давлением в сужающуюся по высоте рабочую зону между конусными основаниями 18 и 21. При вращательно-поступательном продвижении через шнековую часть корпуса и при продвижении по спиральной траектории в рабочей зоне под воздействием давления смесь компонентов претерпевает первичную степень смешения. Подвергается интенсивному измельчению и дальнейшему растворению. Получаемая таким образом ВКВС выдается через калибратор.

Минимально-максимальный размер частиц на данной установке равен 10 нМ - это максимальный размер для минимальных получаемых частиц, при этом размер реально получаемых частиц, лежит в интервале от 2/3 до 3/4 от любого заданного для получения размера частиц при любом максимально заданном размере загружаемого материала. Можно получать и обрабатывать как сухие материалы, например высокогомогенный активный микрокремнезем, микрокальцит, уголь, тальк и т.д., так и жидкие ВКВС, пескоцементные суспензии, водно-угольные суспензии и др. высокогомогенные суспензии с заданным соотношением ингредиентов, обрабатывать материалы в неорганической среде с pH от 2 до 14 и в любой заданной органической среде при необходимой заданной температуре с поддержанием ее с точностью от ±0,1 до ±0,5°C в любом заданном температурном поле за счет принудительной подачи термостабилизирующего агента с необходимой заданной температурой. Изобретением обеспечивается получение точности задания и получения веществ и материалов с новыми заданными свойствами.

Общий принцип начала работы установки заключается в следующем. Перед подключением к электросети производится опрос всех систем установки и только после этого производится включение электропитания установки.

После включения станции термостатирования (ТВР) в системе управления ТВР устанавливается заданная рабочая температура в рабочей зоне исполнительной части установки (гомогенизатора). В системе управления калибратором устанавливаются заданные параметры калибратора. Задают параметры среды в рабочей камере исполнительной части (гомогенизатора). Включают главный двигатель исполнительной части установки (гомогенизатора). Включается подача обрабатываемого материала. Одновременно осуществляется подача рабочей среды в рабочую зону исполнительной части установки. При необходимости производится корректировка технологического процесса. Анализ всех задаваемых технологических параметров и последующая корректировка технологических параметров требующих изменения. Система термостатирования (ТВР) обеспечивает задание и поддержание температуры технологического процесса с точностью от ±0.1 до ±0,5°C в рабочем диапазоне температур от -196°C до +500°C.

Установка способна обрабатывать материалы в диапазоне твердости по шкале МООСА от 1 (тальк) до 10 (алмаз). Система задания и поддержания рабочей среды задает и обеспечивает поддержание заданной рабочей среды в рабочей зоне: - любой жидкой неорганической среды с любым pH индексом в интервале от 2 до 14, любой жидкой органической среды, в том числе и ЛВЖ, любой газообразной среды, например Аг, также от источника электромагнитного излучения, для обеспечения технологических процессов, в рабочую зону гомогенизатора подается электромагнитное излучение заданной длиной волны от 10⁵ до 10^-16 метра.

Во время работы установки при необходимости включается система барботирования обрабатываемого материала. Установка работает в непрерывном цикле. Сверху подается обрабатываемый материал, снизу обработанный материал поступает через систему выгрузки. Система автоматики постоянно производит мониторинг заданных технологических параметров.

Таким образом, предложенное изобретение является универсальным и обладает широкими технологическими возможностями, поскольку может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Изобретение является многофункциональным, поскольку производит не только чистое измельчение, но и обеспечивает получение заданного продукта, процесс является экологически чистым без загрязнения окружающей среды.

Изобретение относится к установкам для получения высокогомогенных многокомпонентных суспензий, смесей, порошков и материалов и может быть использовано в строительной, горнорудной, пищевой, медицинской, электротехнической промышленности и других, где требуется получить высокогомогенную смесь. Установка содержит исполнительный механизм, блок управления, станцию термостатирования, емкость с жидкой рабочей средой, емкость с промывочной жидкостью, ресивер с газообразной средой для сушки и барботирования, ресивер с газообразной рабочей средой, источник электромагнитного излучения и пульт управления и контроля данных. Исполнительный механизм содержит корпус с системой загрузки и с системой выгрузки, приемную воронку, механизм принудительной подачи материала, конусное основание внешнего элемента рабочей зоны с индивидуальным приводом возвратно-поступательного перемещения относительно его продольной оси и конусное основание внутреннего элемента рабочей зоны с индивидуальным приводом его реверсивного вращения. Внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с зоной калибровки. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Установка для получения высокогомогенных, многокомпонентных суспензий, смесей, порошков и материалов, характеризующаяся тем, что она содержит исполнительный механизм и технологически связанные с ним блок управления, станцию термостатирования, емкость с жидкой рабочей средой, емкость с промывочной жидкостью, ресивер с газообразной средой для сушки и барботирования, ресивер с газообразной рабочей средой, источник электромагнитного излучения и пульт управления и контроля данных, при этом исполнительный механизм содержит корпус с системой загрузки и с системой выгрузки, приемную воронку, механизм принудительной подачи обрабатываемого материала, конусное основание внешнего элемента рабочей зоны с индивидуальным приводом возвратно-поступательного перемещения относительно его продольной оси и конусное основание внутреннего элемента рабочей зоны с индивидуальным приводом его реверсивного вращения, причем конусные основания внешнего и внутреннего элементов рабочей зоны выполнены с полостями и каналами для протекания термостабилизирующего агента, а конусное основание внешнего элемента рабочей зоны - с каналами для подачи жидкостных и/или газообразных ингредиентов в рабочую зону для создания рабочей среды и с каналами для подачи жидкостной и/или газообразной среды для промывки, сушки и барботирования, при этом внутренняя поверхность внутреннего элемента рабочей зоны соответствует внешней поверхности его основания, а его внешняя поверхность выполнена по ограниченной одной или двумя секущими плоскостями образующей заданной конфигурации, описанной вокруг продольной оси рабочей зоны по направляющей или направляющим заданной конфигурации, с углом наклона этой образующей к секущей плоскости у основания элемента рабочей зоны, лежащим в пределах от 0 до 90°, а внешняя поверхность внешнего элемента рабочей зоны соответствует внутренней поверхности его основания, а внутренняя поверхность внешнего элемента рабочей зоны выполнена по ограниченной двумя секущими плоскостями образующей заданной конфигурации, описанной вокруг продольной оси рабочей зоны по направляющим заданной конфигурации с углом наклона этой образующей к секущей плоскости у основания рабочей зоны, лежащим в пределах от 0 до 90°, причем внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с зоной калибровки, образованной расположенным у основания калибратором в виде поверхностей, образованных параллельными образующими, а внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с переменно чередующимися гладкой и/или спиральной рабочей поверхностью.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний элемент рабочей зоны имеет на своей поверхности спирально направленные рабочие элементы, расположенные на 2/3 его высоты, а 1/3 его поверхности к основанию выполнена гладкой.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний элемент рабочей зоны на 2/3 высоты своей поверхности выполнен гладким, а 1/3 снизу до зоны калибровки - со спирально направленными рабочими элементами.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний и внешний элементы рабочей зоны на 2/3 высоты своей поверхности выполнены гладкими, а на 1/3 снизу до зоны калибровки выполнены со спиральными канавками с противоположным направлением спиралей канавок.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внешний и внутренний элементы рабочей зоны выполнены с гладкой рабочей поверхностью.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус снабжен расположенным в приемной воронке ворошителем.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что механизм принудительной подачи выполнен в виде шнекового питателя.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что ворошитель сопряжен со шнековым питателем в верхней его части.

9. Установка по 8, отличающаяся тем, что ворошитель выполнен с возможностью независимого от шнекового питателя вращения и/или возвратно-поступательного перемещения.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что продольная ось каждого из конусных оснований расположена соосно вертикально или под углом.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что элементы рабочей зоны выполнены съемными.

12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что спиральные рабочие элементы выполнены линейно прерывистыми.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что спиральные рабочие элементы выполнены линейно сплошными.

14. Установка по п.1, отличающаяся тем, что спиральные рабочие элементы выполнены перфорированными.

15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний и внешний элементы рабочей зоны на всю высоту своей поверхности до зоны калибровки выполнены со спирально направленными рабочими элементами с противоположным направлением спиралей относительно друг друга.