ОДНОВАЛЬНЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ И НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ Российский патент 2024 года по МПК B01F27/1111 B01F27/1125 B01F27/70 B01F23/50 

Изобретение относится к области химического машиностроения, в частности к конструкции устройств для перемешивания твердых и жидких материалов в горизонтальном исполнении и может быть использовано в получении суспензий, эмульсий, а также в пищевой, текстильной и полимерной промышленности.

Известен (патент RU № 2166359 C2) аппарат для перемешивания суспензий, который может быть использован в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходима интенсивная гомогенизация суспензии. Устройство состоит из цилиндрического корпуса, вала с приводом, импеллеров, расположенных на валу, вогнутых коробов с входными и выходными отверстиями, расположенных на концах лопастей импеллеров, выпуклых коробов, установленных на концах лопастей нижнего импеллера, выходные отверстия которых ориентированы вниз. Заявляемая конструкция обеспечивает уменьшение энергетических и эксплуатационных затрат за счет использования энергии затопленных струй, формируемых перемешивающими устройствами, для предотвращения осаждения твердых частиц на днище аппарата.

Недостатками данного изобретения являются отсутствие системы терморегуляции, большие затраты времени приготовления суспензии из-за вертикальной конструкции аппарата, что снижает производительность смесителя, также в устройстве не предусмотрена система подачи твердых и жидких компонентов, что ограничивает функционал аппарата.

Известен (патент RU №185535 U1) смеситель, который может быть использован для механического перемешивания высоковязких структурированных ньютоновских и неньютоновских жидкостей и растворов, эмульсий и суспензий, и может найти применение в химической, нефтехимической, биотехнологической, фармакологической, машиностроительной, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дисперсных жидких систем.

Смеситель содержит корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка с отверстием овальной формы, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, и ведущей полумуфтой овальной формы, жестко закрепленной на валу, при этом в нижней части корпуса смесителя осесимметрично установлен патрубок в виде седла, а в нижней части на лопасти тихоходной мешалки - заслонка с опорами. Опоры позволяют ограничить полное опускание заслонки на патрубок, выполненные в виде седла, что позволяет сливать жидкость после остановки работы смесителя.

Недостатками данного изобретения являются отсутствие системы терморегуляции, большие затраты времени приготовления суспензии из-за вертикальной конструкции аппарата, что снижает производительность смесителя. В устройстве не предусмотрена система подачи твердых и жидких компонентов, что ограничивает функционал аппарата.

Наиболее близким (патент РФ №2781333 C1, прототип) по технической сущности к заявляемому изобретению является реактор с многорядными мешалками. Изобретение относится к аппаратам емкостного типа, предназначенным для проведения химических реакций, а также тепло и массообменных процессов, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме перемешиваемой среды при рациональных затратах мощности. Может быть использовано для проведения процессов в отраслях промышленности, в которых требуется интенсивное перемешивание маловязких сред. Реактор с многорядными мешалками содержит вертикальный корпус с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, отражательные элементы, вращающийся центральный вал с мешалками, которые выполнены в виде горизонтальных дисков с лопастями, на нижней мешалке лопасти установлены с обеих сторон диска, а на вышерасположенных мешалках только с верхней стороны дисков. На центральном валу между мешалками размещены дополнительные мешалки, выполненные в виде перфорированных дисков с закрепленными на периферии лопастями треугольной формы, причем соединение дополнительных мешалок с центральным валом подвижное - с возможностью относительного вращения, а отражательные элементы выполнены в виде полых усеченных конусов, установленных большими основаниями вниз, и размещены соосно вертикальному корпусу, напротив дополнительных мешалок. Изобретение обеспечивает высокое качество перемешивания.

Недостатками вышеупомянутого изобретения являются значительные затраты времени приготовления маловязких сред вследствие вертикальной конструкции аппарата, что снижает производительность смесителя.

Технической задачей заявляемого изобретения является интенсификация процесса перемешивания в процессе приготовления однородной суспензии в непрерывном режиме, а также увеличение производительности за счет горизонтального исполнения смесительного аппарата.

Поставленная задача достигается путем создания уровня высоких скоростей перемешивания и скоростей сдвига в смеси в разработанном горизонтальном смесителе, содержащего цилиндрическую смесительную камеру с рубашкой, узел загрузки порошкообразных материалов, узел подачи жидкофазных веществ, вращающийся элемент, состоящий из горизонтального вала и расположенных на нем насадок для осевой транспортировки и насадок для интенсивного перемешивания, узел выгрузки готового продукта, размещенный в нижней части смесителя, узел контроля.

Отличительными конструктивными признаками заявляемого смесителя является то, что данная конструкция позволяет осуществлять осевую выгрузку смешанных компонентов, что исключает их застой в смесительной камере, а также горизонтальное исполнение аппарата позволяет избежать локальных недомесов в области центральной оси смесителя. Принцип работы заключается в продольном продвижении смешанного продукта по касательной к оси смешивания, т. е. вдоль внутренней поверхности камеры, что позволяет вводить жидкие или твердые компоненты при атмосферном давлении. Перемешивание, создаваемое центробежным вращением, позволяет тщательно перемешивать и гомогенизировать твердые и жидкие компоненты, не повреждая частицы, поскольку этот принцип не передает напряжения и трения, которые возникают при существующих принципах перемешивания. Внешняя камера смесителя обеспечивает теплообмен, что обеспечивает однородное поле температур во всем объеме перемешивающей среды при рациональных затратах мощности. Вращающийся смесительный вал работает с высокой скоростью, поэтому увеличивается скорость перемешивания и скорость сдвига в смеси, которая сокращает время перемешивания и, следовательно, время пребывания продуктов в смесителе, вследствие, уменьшение объема смесительной камеры.

Смеситель горизонтального типа для проведения смешения и гомогенизации компонентов при атмосферном давлении и низкой температуре представляет собой компактное по сравнению с емкостным вариантом исполнения реактора устройство. Топология и конструкция горизонтального смесителя определяется теми операциями, которые планируется реализовать с его использованием.

Пример 1.

В качестве исходного сырья используют порошок полиакрилонитрила (ПАН) и жидкофазный растворитель диметилацетамид (ДМАА). 200 граммов ПАН и 854 мл растворителя непрерывно подают с помощью двухшнекового бункер-дозатора 9 и нагнетают путем перистальтического насоса через форсунки туманного типа 6 соответственно в одновальный горизонтальный смеситель 1 (настоящее изобретение, фиг. 1) при температуре -10 градусов Цельсия и атмосферном давлении. Порошок подают с массовым расходом 0,2 кг/ч, и периодически досыпают его в бункер 9 для стабильной подачи, растворитель дозируется с помощью перистальтического насоса с объемным расходом 0,854 л/ч, нагнетающего давление до 3 бар. В качестве хладагента применяют коммерчески доступный этиленгликоль, который подается в рубашку 2 с помощью криостата с объемным расходом 1 л/ч. Процесс перемешивания исходных компонентов осуществляется с помощью вала 10 с насадками 4 и 5, вращающегося с скоростью 100 об/мин. В процессе приготовления отбирают пробу из зоны узла выгрузки 8 для дальнейшего анализа полученной суспензии. Качество полученной суспензии определяют с помощью сканирующего электронного микроскопа путем нанесения пробы на предметный столик. Результатом является соотношение смоченных частиц порошка к общему числу, что составляет 95%.

Пример 2.

Процесс проводят аналогично примеру 1, однако варьирует загрузку: 220 граммов ПАН и 833 мл ДМАА, а скорость подачи дозирующих устройств увеличивают до 0,22 кг/ч и 0,833 л/ч соответственно. Результатом является соотношение смоченных частиц порошка к общему числу, что составляет 93 %.

Заявляемый горизонтальный смеситель представляет собой закрытую герметичную систему для смешивания, которая позволяет свести к минимуму влияние внешних факторов окружающей среды на процессы смачивания и смешения, что позволяет повысить эффективность и технологичность процесса. Настоящее изобретение направлено на создание конструкции смесителя, обеспечивающего эффективное смешение твердых и жидких компонентов, снижение расхода реагентов и повышения селективности смачивания за счет точного контроля условий проведения процесса, при этом, позволяющей получать продукты с высоким качеством. Также за счет горизонтальной конструкции смесителя, позволяющего добиться высокой скорости перемешивания, увеличивается производительность в несколько раз. Таким образом, горизонтальный смеситель по настоящему изобретению может быть применен для отработки режимов технологии с последующим масштабированием устройства.

Горизонтальный смеситель включает (фиг. 1) смесительную камеру с рубашкой 2 и расположенные в смесителе 1 вращающиеся насадки 4, осуществляющие осевую транспортировку, и насадки 5, отвечающие за интенсивное перемешивание суспензии, дозирование порошкообразного материала и жидкофазного компонента осуществляется с помощью шнекового бункера-дозатора 9 и не менее двух форсунок туманного типа 6, расположенных внутри смесительной камеры, соответственно. Вращающийся элемент состоит из горизонтального вала 10 и расположенных на нем не менее трех насадок 4 для осевой транспортировки жидкости и не менее двух насадок 5 для интенсивного перемешивания суспензии, выполненных в виде дисков и закрепленных с помощью разъемного соединения на его периферии лопаток, при этом лопатки 11 для создания осевого потока плоские и наклонены под определенным углом относительно плоскости вращения вала 10, а лопатки 12 для суспендирования изогнуты против плоскости вращения вала, обеспечивающие перемешивание суспензии, создаваемое центробежным вращением, что позволяет не повреждать частицы, поскольку не создается напряжения и трения, с регулированием скорости перемешивания, гомогенизации и состава суспензии в зоне узла выгрузки 8.

Таким образом, за счет такой конструкции смесителя обеспечивается интенсификация процесса перемешивания твердых и жидких компонентов для создания однородных суспензий. Регулирование скоростей вращения позволяет контролировать интенсивность перемешивания и подстраиваться под условия процесса и эксплуатируемое сырье. Горизонтальное исполнение смесителя позволяет поддерживать непрерывность процесса и исключать возникновение локальных недомесов. Кроме того, выполнение лопаток в виде дисков с закрепленными на них лопатками с помощью разъемного соединения позволит повысить ремонтопригодность конструкции.

Изобретение относится к области химического машиностроения, в частности к конструкции устройств для перемешивания твердых и жидких материалов в горизонтальном исполнении, и может быть использовано в получении суспензий, эмульсий, а также в пищевой, текстильной и полимерной промышленности. Одновальный горизонтальный смеситель для перемешивания твердых и жидких компонентов при атмосферном давлении и низкой температуре содержит цилиндрическую смесительную камеру с рубашкой, узел загрузки порошкообразных материалов, размещенный в верхней части аппарата и выполненный в виде шнекового бункера-дозатора, узел подачи жидкофазных веществ, состоящий из не менее двух форсунок туманного типа, расположенных внутри смесительной камеры, вращающийся элемент, состоящий из горизонтального вала и расположенных на нем не менее трех насадок для осевой транспортировки смеси и не менее двух насадок для интенсивного перемешивания смеси, выполненных в виде диска и закрепленных с помощью разъемного соединения на его периферии лопаток, при этом лопатки для создания осевого потока плоские и наклонены под определенным углом относительно плоскости вращения вала, а лопатки для интенсивного перемешивания изогнуты против плоскости вращения вала, узел выгрузки готового продукта, размещенный в нижней части смесителя, узел контроля. Технический результат изобретения - интенсификация процесса перемешивания в процессе приготовления однородной суспензии в непрерывном режиме, а также увеличение производительности за счет горизонтального исполнения смесительного аппарата. 1 ил., 2 пр.

Одновальный горизонтальный смеситель для перемешивания твердых и жидких компонентов при атмосферном давлении и низкой температуре, содержащий цилиндрическую смесительную камеру с рубашкой, узел загрузки порошкообразных материалов, размещенный в верхней части аппарата и выполненный в виде шнекового бункера-дозатора, узел подачи жидкофазных веществ, состоящий из не менее двух форсунок туманного типа, расположенных внутри смесительной камеры, вращающийся элемент, состоящий из горизонтального вала и расположенных на нем не менее трех насадок для осевой транспортировки смеси и не менее двух насадок для интенсивного перемешивания смеси, выполненных в виде диска и закрепленных с помощью разъемного соединения на его периферии лопаток, при этом лопатки для создания осевого потока плоские и наклонены под определенным углом относительно плоскости вращения вала, а лопатки для интенсивного перемешивания изогнуты против плоскости вращения вала, узел выгрузки готового продукта, размещённый в нижней части смесителя, узел контроля.