Роторно-винтовой аппарат Советский патент 1984 года по МПК B01F7/24 

Изобретение относится к тепломас обменной аппаратуре, а именно к аппа ратам для обработки полимерных материалов, и может найти применение в процессах полимеризации и дезактива ции при получении изопреновых каучуков. Известен роторно-винтовой аппарат включающий цилиндрический корпус с рубашкой для теплоносителя, вращающийся внутри корпуса многозаходный ротор с винтовыми канавками и винтовыми зубьями с углом наклона винтовой линии 15-90. Отличительнойособенностью этого аппарата является постоянный зазор между вершинами зубьев ротора и корпусом и скругленная форма вершины зуба 1}Недостат1сом данного аппарата является малая эффективность проводимых в нем процессов смешения и тепло массообмена вследствие перетоков жид кого материала из одного винтового каналй в другой смежный канал и умен щения интенсивности циркуляции внутри канала. Наиболее близким к предлагаемому является роторно-винтовой аппарат дли обработки вязких жидкостей, содержащий цилиндрический корпус со штуцерами для ввода и вывода обрабатьюаемого материала и многозаходный винтовой ротор с зубьями, выполненньми при вершине в виде части поверхности, ограниченной винтовыми линиями их кромок с углом наклона винтовой линии 15-90° и канавками, расположенньб4и между зубьями 2. В известном аппарате сведен к миниму 1у зазор между вершинами зубьев ротора и корпусом путем выполнения вершин винтовых зубьев в виде съемных вставок из износостойкого материала, что способствует снижению перетоков в смежных каналах однако при обработке жидкостей с вязкостью 10-10 сПз интенсивность перемешивания и тепломассообмена остается невы сокой из-за недостаточной циркуляции внутри каналов в силу большой вязкости продукта. Цель изобретения - интенсификация тепломассообмена при обрабоке вязких жидкостей с вязкостью 10-10 сПз Указанная цель достигается тем, что в роторно-винтовом аппарате, содержащем цилиндрический корпус со штуцерами для ввода и вывода обрабатываемого материала и размещенный в нем многозаходный винтовой с углом наклона винтовой линии 15-90 ротор с зубъями, поверхности которых образованы пересечением боковой поверхности ротора с поверхностями винтовых канавок расположенных между зубьями, наружная поверхность ротора выполнена в виде витка спирали Архимеда. Кроме того, поверхности вершин зубьев наклонены к цилиндрической поверхности корпуса под углом 15-30°. На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (радиальное сечение ротора, наружная поверхность которого выполнена в виде витка спирали Архимеда); на фиг. 3 и 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 (выполнение вершины зуба в двух вариантах). При вьЕПолнении наружной поверхности ротора в радиальном его сечении в виде витка спирали Архимеда с указанной величиной шага и при вращении ротора в направлении, показанном на фиг 1, в зоне и ступенчатого изменения радиуса ротора возникает местное разрежение, приводящее к микровспениванию обрабатываемого жидкого полимерного материала, что, в свою очередь, приводит к снижению его вязкости и увеличению интенсивности тепломассообмена. Шаг спирали Архимеда целесообразно выбирать из соотношения S (2,5-10 - 2,5-10)D, при этом где I - ширина зуба при вершине; сЛ- запор между корпусом и ротором;Ъ - вязкость жидкости; D - диаметр корпуса. С увеличением радиального зазора между корпусом аппарата и зубьями ротора ширина зубьев при вершине п:о ходу вращения ротора пропорционально увеличивается, что сохраняет неизменным сопротивление при перетекании жидкос и из канавки в смежную канавку через радиальный зазор и способствует созданию замкнутого контура циркуляции в пределах канавки, а следовательно, также улучшает условия тепломассообмена. Зубья ротора при верщине могут быть вьтолнены в виде частей цилиндрических поверхностей, соосных с осью ротора и наклонных к цилиндрической поверхности корпуса под углом 15-30 , что создает еще большее сопротивление перетеканию жидкости чер радиальньй зазор между корпусом и ро тором за счет создания микровихрей в зоне зазора. Аппарат включает цилиндрический корпус 1 с рубашкой для теплоносителя 2, ротор 3 и штуцеры 4 и 5 для ввода и вывода обрабатываемого материала. Ротор 3 снабжен многозаходными винтовыми каналами и разделяющими каналы зубьями 6 с углом наклона вин товой линии 75 (угол наклона винтовой линии может быть выполнен в пределах 15-90 ), Наружная поверхность ротора в радиальном его сечении выполнена в виде витка спирали Архимеда с шагом спирали S (2,5-10-3- 2,5-102)D, при этом отношение ширины зуба при вершине к радиальному зазору между корпусом и ротором аппарата равно i 3 (А ig г Аппарат работает следующим образом Полимерный материал подается чере штуцер 4 внутрь корпуса 1, попадает в винтовые каналы ротора 3 и принудительно подается к выгрузному штуцеру 5. Благодаря выполнению наружной поверхности ротора в радиальном его се

Й-Й чении в виде витка спирали Архимеда с заданным вьше шагом спирали и при вращении ротора в зоне ступенчатого изменения радиуса ротора возникает разрежение, приводящее к микровспениванизо обрабатьшаемого продукта, снижению его вязкости и увеличению интенсивности тепломассообмена, что объясняется также большими циркуляционными токами внутри каналов, снижающими величину ламинарного подслоя. При выполнении вершины винтовых зубьев в виде части поверхности, наклонной к цилиндрической поверхности корпуса под углом V 15-30°, жидкий полимер при вращении ротора сначала попадает в зону резкого сужения в зазоре между вершиной зуба и стенкой корпуса. Затем по мере увеличения зазора в потоке полимера возникают турбулентные пульсации, приводящие к значительному возрастанию сопротивления перетечке жидкого полимера из канала в канал. При этом также имеет место увеличение теплообменной поверхности за счет измененной геометрии вершины зуба. Таким образом, благодаря тому,что в предлагаемом аппарате наружная поверхность ротора выполнена в виде витка спирали Архимеда с шагом спирали и отношением ширины зуба при вершине к радиальному зазору, указанными вьппе, при обработке в аппарате жидкостей с вязкостью в пределах 10-10 сПз происходит интенсификация тепломассообмена .

1. РОТОРНО-ВИНТОВОЙ АППАРАТ, содержащий цилиндрический корпус со штуцерами для ввода и вывода обрабатываемого материала и размещенный в нем многозаходный винтовой с углом наклоUy на винтовой линии 15-90° ротор с зубьями, поверхности которьк обра-1ованы пересечением боковой поверхности ротора с поверхностями винтовых каин- вок, расположенных между зубьями, отличающийся тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена путем создания местных разрежений в канавках ротора при обрабоке жидкостей с вязкостью 10-10 сПз, наружная поверхность ротора выполнена в виде витка по типу спирали Архимеда . 2. Аппарат по п.1, отличающий с я тем, что, поверхности вершин зубьев наклонены к цилиндричес)S кой поверхности корпуса под углом 15-30°. CD 00 05

Фиг.м