Кавитационный реактор Советский патент 1984 года по МПК B01J19/00 D21B1/36 B01F3/08 B01J14/00 

Изобретение относится к устройствам для обработки жидких систем (растворов, эмульсий, суспензий и т.д.) в гидродинамическом кавитационном поле с целью интенсификации технологических процессов и повышения качества продукции в химической пищевой, целлюлозно-бумажной и строительной промышленности. Известен гидродинамический кавитационный реактор для размола волокнистой массы, состоящий из проточной камеры с установленными в ней кавитаторами, выполненными в виде усечен ных конусов СОНедостаток указанного устройства заключается в невысокой интенсивности перемешивания. Наиболее близким к предлагаемому .является кавитационный реактор, содержащий цилиндрический корпус с установленным в нем соосно на стержне кавитатором, выполненным в виде усеченного конуса, патрубки подачи и от вода смеси t2J. Недостаток известного устройства состоит в невысокой интенсивности перемешивания, так как оно работает в одном заданном режиме, определенном заданной стационарной скоростью течения смеси и геометрией проточиной камеры корпуса и кавитатора. В результате этого качество смеси получается недостаточно высоким. Цель изобретения - интенсификация перемешивания и повышение ка.чества смеси. Поставленная цель достигается тем, что кавитационный реактор, содержащий цилиндрический корпус с пат рубками подачи и отвода смеси и установленный в нем коаксиально стержень с закрепленным на его свободном конце кавитатором, выполненным в виде усеченного конуса, снабжен цилинд рической мембраной, размещенной коаксиально между кавитатором и корпусом и образуклцей с последним коль7 цевую герметичную камеру, и пневмоисточником, соединенным с камерои посредством трубопровода с золотниKOBbiM устройством. На чертеже изображен предлагаемый кавитационный реактор, общий вид. Кавитационный реактор состоит из -цилиндрического корпуса 1, патруб

ков подачи 2 и отвода 3 смеси. Внутри корпуса 1 соосно расположен на стержне 4 кавитатор 5, выполненный

волны, создающие значительные градиенты напряжений, что.приводит к увеличению гомогенизации смеси, интен822в виде усеченного конуса, а также цилиндрическая упругая мембрана 6, установленная в корпусе 1 соосно с образованием кольцевой герметичной камеры 7. Полость камеры 7 соединена трубопроводом 8 через золотниковое устройство 9, имеющее привод, например электродвиг.атель 10, с пневматическим источником. Кавитациойный реактор работает следующим образом. Поток обрабатываемой смеси под давлением с большой скоростью через вхоцной патрубок 2 поступает в корпус 1, обтекая кавитатор 5, укрепленный на стержне 4. Да кавитатором 5 образуется кавитационная каверна, при смыкании которой возникают поля микррпузырьков. Схлопываясь, микропузырьки образуют кумулятивные микроструи со скоростями 250-300 м/с и ударными местными давлениями до 1 1/Па, которые оказывают диспергирующее, перемешивающее, активизирующее воздействие на обрабатываемую смесь. Сжатый воздух и вакуум подводятся от пневматического источника к золотниковому устройству 9. При вращении электродвигателем 10 золотникового устройства 9 сжатый воздух и вакуум подаются поочередно по трубопроводу 8 в полость камеры 7. При поступлении в камеру 7 сжатого воздуха упругая мембрана 6, деформируясь, сужает проточную часть корпуса, в которой размещен кавитатор 5. В результате этого скорость обтекания кавитатора 5 потоком обрабатываемой смеси возрастает, что приводит в свою очередь к развитию кавитационных явлений, увеличивается кавитационная каверна, возрастает количество активных микропузырьков. Расширение активной кавйтационной зоны продолжается до того момента, когда упругая мембрана 6 достигнет кавитатора 5 и произойдет перекрытие проточной части корпуса реактора. При этом подача обрабатываемой смеси в кавитационную зону прекращается и происходит полное схлопывание всей кавйтационной каверны, сопровождаемое гидроударом в торцовую часть кавитатора 5 потока, заполняющего полость каверны. В результате гидроудара в обрабатываемой среде возникают ударные сификации процесса -перемешивания, к повьшению качества смеси. -Подача вакуума в полость камеры 7 возвращает упругую мембрану 6 в исходное положение. В течение этого цикла проис ходит возобновление подачи обрабатываемой смеси и образование кавитационной каверны, которая при расширении проточной части корпуса 1 реактора уменьшается в размерах и в KO це цикла достигает своего первоначал ного размера. Обработанная смесь выво дится из реактора через патрубок 3 отвода смеси. Работа кавитационного реактора в пульсирующем режиме развитой кавитации с наложением на смесь гидроударных волн интенсифицирует процесс перемешивания, позволяет повысить качество смеси, увеличивая степень диспергирования и гомогенизации. Применение предлагаемого кавита.цйонного реактора в качестве эмульгатора позволит за счет высокой интенсивности кавитационно-гидроударных явлений эмульгировать почти до 90% всех частиц до размеров порядка 0,1 мкм, т.е. получать коллоидный раствор. Он может найти применение в строительной промышленности в качестве активизатора цементного моло ка. Высокое качество получаемой сме си, дополнительное диспергирование цементных зерен и слипшихся комков способствует более полной гидратаци цемента, равномерному распределению воды вокруг зерен цемента, увеличению числа коллоидных частиц в единице объема и, в конечном счете, приводит к повьшшнию прочности бетона на активизированном цементе на 50-55%. В качестве базового объекта для сравнения выбран акустический активизатор цемента непрерывного действия АЦ-3. При равных с АЦ-3 энергозатратах на активизацию цементного молока производительность кавитационного реактора на 60-70% выше, а металлоемкость на40-50% ниже; Прочность бетона, приготовленного на активизированном в кавитационном реакторе цементном молоке, првьш1ается на 50-55%, что на 10-15% выше по сравнению с бетоном, прошедшим активизацию в АЦ-3. Это позволит сократить расход цемента на 5%,не ухудшая технических показателей бетона. . Предлагаемый кавитационный реактор более прост по кЬнструкции и менее подвержен абразивному износу, чем активизатор АЦ-3. В таком реакторе отсутствует унос мелких частиц цемента отработанным воздухом, что характерно для работы АЦ-3. Экономический эффект от использования изобретения в промьшшенности строительных материалов для приготовления цементного молока и на его основе бетонов составит 1,6 руб./м готового продукта.

КАВИТАЦИОННЫН РЕАКТОР, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подачи и отвода смеси и установленный в нем коаксиально стержень с закрепленным на его свободном конце кавитатором, выполненным в виде усеченного конуса, о тличающийся тем, что, с целью интенсификации псремешивания и повышения качества смеси, он снабжен цилиндрической мембраной, размещенной коаксиально между ка1зитатором и корпусом и образующей с последним кольцевую герметичную камеру, и пневмоисточником, соединенным с камерой посредством трубопровода с золотниковым устройством. (Л