Аппарат для проведения физико-химических процессов Советский патент 1984 года по МПК B01F13/08 

Изобретение относится к химическому и нефте-химическому машиностро ению и может найти применение для п | оведения физико-химических процес сов, преимущественно для проведения процессов окисления, нейтрализации, непрерывного и циклического смешени многокомпонентных систем, получения эмульсий и суспензий и других процессов, требуюпдах интенсивного пере мешивания и диспергирования компонентов при долговременном ьвоздействии магнитного поля. Известно устройство для непрерыв ного смешения вязких веществ включающее статор, создающий вращающее электромагнитное поле, камеру, свободно размещенный в ней рабочий орган, выполненный в виде полого тела внутри которого размещен пакет элек тротехнического железа с клеткой короткозамкнутых проводников Cl3Недостатком устройства является малая производительность, так как с.увеличением скорости порачи компонентов в смесительную.камеру рат бочий орган будет прижиматься к патрубку отвода продукта. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому.результату к предлагаемому является аппарат дл обработки материалов, содержащий ка меру смешения из немагнитного матер ала, рабочий орган, статор, создающий вращакидее, электромагнитное поле . Недостатками известного устройст ва являются ограниченная производительность, потери мощности на трени /в упорныхподшипниках, обусловленны тем, что в результате взаимодействи вра.щающихся поверхностей перемешива щих элементов с потоком обрабатывае лаых. компонентов возникают осевые си лы, действующие на рабочий орган, что в свою очередь, влечет за собой необходимость применения упорных подшипников. Цель изобретения - увеличение производительности аппарата и повышение надежности в работе. Поставленная цель достигается тем, что в аппарате для проведения физико-химических процессов, содержащем камеру смешения из немагнитного материала, рабочий орган, статор, создающий вращающее электромагнитное поле, внутренняя поверхность статора выполнена конической. При этом угол конусности внутрен ней поверхности статора составляет 5-Т. Кроме того, рабочий орган и статор могут быть расположены вертикал но. Рабочий орган выполнен в виде конического ротора с закрепленными на нем перемешивающими элементгили. Ротор рабочего органа выполнен ступенчатым. На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг.2рабочий орган с коническим ротором; на фиг. 3 - то же, со ступенчатым ротором; на фиг. 4 - график зависимости изменения отношения сил, действующих со стороны магнитного поля от угла конусности статора. Аппарат для проведенияфизикохимических процессов состоит из камеры смешения 1, например тонкостенной трубы из немагнитного материала или пластмассы, в которой расположен рабочий орган, выполненный в виде конического р отора 2, на поверхности которого жестко закреплены перемешивающие элементы 3, и статора 4, внутренняя поверхность которого выполнена конической с углом конусности 5-7. Вал 5 рабочего органа вращается в подшипниках б скольжения, которые установленыв опорах 7. К корпусу камеры прикреплены патрубки 8 и 9 для подачи и отвода компонентов. ... Ротор рабочего органа может быть выполнен ступенчатым (фиг. .3) , причем диаметры участков 10-12 подбираются так.им образом, чтобы .получилась конусность 5-7.. : . Аппарат работает следующим образом. При включении магнитное поле статора 4 создает при взаимодействии с ротором 2 вращающий момент на валу 5, а также из-за конусности статрра аксиальную силу магнитного натяжения Исходные компоненты, непрерывно поступая в камеру смешения 1 через входной патрубок 8 и проходя через отверстия в опорах 7,попадают в зону действия перемешивающих элементов 3. В этой зоне происходит их интенсивное перемешивание и обработка магнитным полем, изменяющимся во времени по неличине и направлению. Полученный продукт отводится с помощью выходного патрубка 9. Под действием осевого давления, .возникающего вследствие воздействия потока на рабочий орган, последний смещается в аксиальном направлении по ходу потока. Однако под действием аксиальной силы ( F ) , обусловленной неоднородностью магнитного поля по длине статора аппарата и направленной против действия гидродинамической силы потока,ротор удерживается в исходном положении, т.е. осевая гидродинамическая сила, действующая на рабочий орган, компенсируется аксиальной силой, действующей со стороны магнитного поля статора. Неоднородность магнитного поля достигается эа счет конусности статора. Осевая гидродинамическая сила .давления на рабочий орган зависит от производительности аппарата F -с Т, где С - коэффициент сопротивлени рабочего органа, зависящий от формы его носовой боковой и кормовой частей;у - плотность обрабатываемой среды; и - производительность аппарата;Dp - наибольший диаметр рабочего органа DK - диаметр камеры смещения. Из формулы (1) следует, что увеличение производительности аппарата влечет за собой увеличение осевой . гидродинамической силы, для компенсации которой требуется дополнитель ная сила удерживания рабочего органа в смесительной камере. Такая сила создается в предлагаемом аппарате за счет конусности статора, а также за счет конического либо сту пенчатого выполнения ротора рабочего органа. С некоторыми допущениями сила,действуннцая .на ротор со стороны магнит ного потока, равна |рд, 4 ГОрВе с6 , (г) где - длина ротора; ot - односторонний угол кону. ности; 6 - индукция магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором. Условием полной компенсации осев гидродинамической силы является раBQgCTBO/ГД РМ 4раЬо C, 4irDpB Hs of. лС Р ,, в. отсюда -CXJ DP При постоянных величинах D,T)p,t и iB производительность аппарата является функцией от угла конусности, : т.е. fl f(ei,). Интервал углов 5-7, как наиболее оптимальный, выбран на основании - проведенных экспериментальных исследований. На фиг. 4 показана зависимость изменения отношения сил, действукицих на ротор со стороны магнитного поля, при различных углах конусности статора по длине .камеры смешения. При перемещении ротора на dx воздушный зазор изменяется на величину ,. т.е. при одинаковых смещениях рото-. ра увеличение.воздушного зазора зависит от угла конусности Ы . Н 1Магничивающая сила статора с некоторыми допущениями равна Bk(f() c - воздушный зазор между статором и ротором; o - магнитная постоянная. Увеличение намагничивающей силы статора приводит к увеличению тока статора, что в свою очередь приводит к увеличению потерь ( Р- Э), и увеличение ot. более 7 ° становится экономически нецелесообразным. Вертикальная компоновка аппарата позволяет использовать вес самого рабочего opSraHa для компенсации осевой гидродинамической силы давления на рабочий орган, т.е. в данном случае компенсирующая сила равна сумме двух сил, т.е. Это позволяет увеличить осевую гидродинамическую силу давления на рабочий орган на величину его веса, а значит, увеличить производительность аппарата. . . Кроме того, вертикальное расположение аппарата позволяет облег-г чить pa6oty радиально-опорных подшипников, которые в этом случае не воспринимают нагрузки от веса рабочего органа, что также повышает надежность работы. .Конический ротор выполняется для . создания равномерного воздушного зазора .между.ротором и.статором, что.. обеспечивает создание равномерного магнитного поля .в.воздушном зазоре. Ступенчатый ротор применен для.этой цели, он -более технологичен в изготовлении, так как можно применять роторы статорных двигателей. Использование изобретения в сравнении с известными устройствами обеспечивает существенное увеличение производительности, например, применение его в процессеобезвреживания промывных кислотно-щелочных стоков позволит (Увеличить производительность в 2-2,5 раза. Кроме того, создание из-за конус-, ности статора и ротора дополнительной осево силы удерживания ротора в расточке статора позволяет разгрузить1порные подахипники, повысив тем самым надежность работы.

1. АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, содержащий камеру смешения из немагнитного материала, рабочий орган, статор. создающий вращающее электромагнитное поле, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности и повышения надежности в работе, внутренняя поверхность статора выполнена конической. 2.Аппарат по п.1, отличающий с я тем, что угол конусное тй внутренней поверхности статора составляет 5-7. 3.Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что рабочий орган и статор расположены вертикаль но. 4.Аппарат по пп. 1 - 3, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что рабо- i чий орган выполнен в виде конического ротора с закругленными на нем перемешивающими элементами. 5.Аппарат по пп.1-4, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что ротор рабочего органа выполнен ступенчатым. IsD СО

Fd V

Цо i 2 3 If S е 7. в 9 to и i2 Л

Фаг.