Аппарат для перемешивания вязкожидких и порошкообразных веществ Советский патент 1984 года по МПК B29B1/06 B01F11/00 

Изобретение относится к химическому машиностроению и может найти применение в химической промышленности, в частности, для перемешивания вязко-жидких и порошкообразных веществ, полимерных систем.

Известен аппарат, содержаш.ий горизонтальный корпус, в котором установлен червячный ротор с прерывистой спиральной нарезкой, выполненный таким образом, что на каждом витке образовано по четыре лопасти, причем ротор имеет привод врашения и отдельный привод для возвратнопоступательного перемеш,ения 1.

При вращении ротора в результате взаимодействия подвижных выступов спирали с веществом последнее перемешается вдоль оси аппарата, подвергаясь интенсивной деформации сдвига в зазоре между выступами, 3 результате чего появляется большая величина крутящего момента, обусловленная значительной площадью поверхности вещества, одновременно подвергающегося сдвигу. Этим обуславливается образование застойных зон, а также обратное расслоение перемешиваемого вещества , Таким образом, недостатком данного аппарата является неоднородность получае мой смеси из-за наличия застойных зон, образующихся между поверхностью ротора и спиральными лопастями. Кроме того, в данном аппарате возможно образование застойных зон из-за возвратно-поступательного движения и сравнительно малых скоростей вращения червячного ротора (до 200 об/мин).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для перемешивания вязкожидких и порошкообразных веществ, содержащий вертикально расположенный корпус, штуцеры для загрузки и выгрузки перемешиваемых веществ, вертикально закрепленный в подшипниковых узлах ротор с мешалкой, выполненной с отверстиями на поверхности лопастей, расположенными рядами в шахматном порядке относительно отверстий смежных лопастей 2.

Недостатком известного аппарата является плохое перемешивание систем вязкая жидкость - порошок из-за отсутствия достаточной степени перемешивания в вертикальном направлении. Кроме того, выполнение отверстий одинакового диаметра и отсутствие возвратно-поступательного движения приводит к образованию застойных зон и, как следствие, получению неоднородной смеси. Необходимость использования сравнительно малых скоростей вращения ротора до 500 об/мин (так как при больших скоростях, даже при скорости 500 об/мин, наблюдается обратное

расслоение) замедляет процесс перемешивания.

Цель изобретения - интенсификация процесса перемешивания и повышение

однородности смеси при использовании веществ с вязкостью 50-300 Пз.

Указанная цель достигается тем, что в аппаратедля перемешивания вязко-жидких и порошкообразных вешеств, содержащем вертикально-расположенный корпус, штуцеры для загрузки и выгрузки перемешиваемых веществ, вертикально закрепленный в подшипниковых узлах ротор с мещалкой, выполненной с отверстиями на поверхности лопастей, расположенньши рядами в шахматном порядке относительно отверстий смежных лопастей, корпус аппарата снабжен приводом возвратно-поступательного его перемещения относительно продольной оси ротора, а отверстия в каждом ряду лопастей выполнены с переменными диамет0 рами, равномерно увеличивающимися от продольной оси к его периферии и составляющими 0,03-0,1 диаметра корпуса аппарата, причем количество рядов отверстий каждой лопасти выбрано В пределах 3-5.

С изменением диаметра отверстий на

лопастях от центра работа, проводимая различными равными участками лопасти по мере удаления участков от центра к периферии, остается постоянной по всей длине лопасти. Благодаря уменьшению пло0 щади этих участков и за счет увеличения диаметра отверстий (без учета краевых эффектов на концах лопастей) силы, действующие на перемешиваемые вещества, равным образом распределяются по всей длине лопасти.

Расположение отверстий на лопастях мешалки в шахматном порядке с переменным диаметром создает при вращении ротора воздушные потоки, которые, проникая через одну лопасть, ударяются в стен0 ку последующей, чем вызывают хаотичные движения воздущного потока. В результате возникает сильное вихревое движение, что исключает налипание вещества к лопастям мещалки и корпусу аппарата. Таким образом, именно выполнение лопастей мешалки с отверстиями переменного диаметра, составляющего 0,03-0,1 диаметра аппарата, при числе рядов 3-5 достигаются высокие производительность и однородность смеси, а степень слипания смеси понижа0 ется до минимума.

На фиг. 1 показан предлагаемый аппарат, общий вид; на фиг. 2 - с.межные лопасти с шахматным расположением отверстий.

Аппарат содержит вертикально размещенный корпус 1, штуцеры 2 и 3 соответственно для загрузки и выгрузки перемешиваемых веществ, ротор 4 с мешалкой, содержащей на поверхности лопастей 5 отверстия 6. Ротор 4 закреплен вертикально в подщипниковых узлах 7 и 8. Корпус 1 снабжен направляющей 9 и приводом 10 для возвратно-поступательного перемещения относительно продольной оси ротора 4, соединенного с приводом 11 для вращения ротора 4. В данном варианте аппарат имеет четыре лопасти 5 прямоугольной формы. Возможны и другие формы лопастей. Отверстия 6 на поверхности лопастей 5 расположены рядами в щахматном порядке относительно отверстий 6 смежных лопастей 5, причем отверстия 6 (одного диаметра) смещены в смежных лопастях 5 относительно продольной оси ротора 4 и также в поперечном направлении. Диаметр отверстий 6 равномерно увеличивается от продольной оси ротора 4 к его периферии и составляет 0,03-0,1 диаметра корпуса 1 аппарата, причем количество рядов отверстий 6 каждой лопасти 5 выбрано в пределах 3-5 Аппарат работает следующим образом. Загружают через щтуцер 2 сг)ешиваемые вещества в тот момент, когда, лопасти 5 находятся на крайнем верхнем уровне. Вначале загружают порошкообразное вещество, затем вязко-жидкое. С помощью привода 11 приводят во вращение ротор 4 с лопастями 5 мещалки. После достижения постоянного числа оборотов корпус 1 с помощью привода 10 подается в крайнее верхнее положение. После перемешивания веществ корпус 1 переводится в крайнее нижнее положение, и через щтуцер 3 производится выгрузка смеси. Таким образом за цикл осуществляется одно поступатель-ное перемещение корпуса 1. При вращении лопастей 5 мещалки в крайнем верхнем положении приводится в движение перемешиваемая смесь (из-за образования вихревого движения), что исключает налипание вязкой жидкости к лопастям 5 мещалки и корпусу 1 аппарата (т. е. образование застойных зон). При подъеме корпуса 1 и продолжающемся вращении лопастей 5 мешалки образуются вертикальные вихревые потоки, а также вих ревые движения между рядами отверстий 6 как вертикально, так и горизонтально перемешиваемых веществ, что приводит к высокой однородности и интенсификации процесса перемещивания. Кроме того, именно возвратно-поступательное движение корпуса 1 в вертикальном направлении (резкое встряхивание) позволяет избежать слипания смеси с дном аппарата. Расположение отверстий 6 на лопастях 5 мешалки в шахматном порядке позволяет увеличить мощность хаотичного движения воздушного потока, что создает сильное вихревое движение перемешиваемых веществ и исключает их налипание к лопастям 5 и корпусу 1 аппарата. Диаметр отверстий 6 лопастей 5 мешалки равномерно увеличивается от центра к периферии и равен 0,03-0,1 диаметра корпуса 1 аппарата, причем число рядов меняется от 3 до 5. Необходимость изменения диаметров отверстий 6 можно объяснить следующим: для равномерности перемешивания веществ от центра к периферии необходимо, чтобы работа, производимая различными равными участками лопасти 5 мешалки, была одинакова и силы, дейртвующие на перемешиваемые вещества, равным образом распределялись по всей длине лопастей 5, при этом количество рядов отверстий 6 определяет число вихрей в горизонтальном направлении. Данные по конструктивным параметрам аппарата и полученной смеси приведены в таблице. Для получения экспериментальных данных были выбраны следующие вещества: N - бензтиазолинтион-(ЫЫ-тетраэтилдиамидо)- фосфат-вязко-жидкое вещество (70% смеси) и аэросил-175 - порощкообразное вещество (30% смеси) - Фокаптам с вязкостью 180 Пз. Из данных таблицы видно, что именно при наличии возвратно-поступательного движения корпуса 1 и выполнения лопастей 5 мещалки с отверстиями 6 переменного диаметра, равного 0,03-0,1 диаметра корпуса 1 аппарата, и числе рядов 3-5 (при меры 3-5) достигаются высокие производительность и однородность смеси, а степень слипания веществ понижается до минимума. Изменение числа рядов и соответственно количества отверстий на одной лопасти приводит к уменьщению производительности аппарата, а также ухудшает степень однородности и увеличивает степень слипания (примеры 6 и 7). Изменение диаметра отверстий первого и последнего ряда, выход за указанные пределы, хотя и сохраняет высокую производительность, приводит к еще большему ухудшению степени однородности смеси, а также увеличивает степень слипания (примеры 8-10). Если оставить размеры на требуемом уровне или изменить диаметры отверстий 6, но при этом исключить возвратно-поступательное движение корпуса 1, то получим наиболее высокую производительность аппарата. Однако степень однородности и степень слипания в этих случаях получаются наиболее низкими, а также наблюдается обратное расслоение (примеры 11 и 12). Экспериментальными данными подтверждено, что поставленная цель достигается при переработке веществ с вязкостью 50 и 265 Пз. Но при переработке веществ с вязкостью менее 50 или более 300 Пз, наблюдается резкое ухудшение однородности в первом случае и обратное расслоение во втором.

Таким образом, благодаря тому, что корпус аппарата для перемешивания выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения, отверстия на лопастях имеют переменный диаметр, равномерно увеличивающийся от центральной части аппарата к периферии и равный 0,03-0,1 диаметра аппарата, а количество рядов отверстий равно 3-5, обеспечивается возможность

интенсифицировать процесс перемешивания и получить однородную смесь.

Экономический эффект от внедрения изобретения ориентировочно составит 55000 р. за счет высокопроизводительности и малых потерь данного аппарата.

За базовый объект принят аппарат с лопастными мешалками, в котором потери продукта - Фокаптама (только за счет неоднородности) составляют 5°/о. По предлагаемому решению потеря получаемого продукта составляет , т. е. в 5 раз меньше.

АППАРАТ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ВЯЗКО-ЖИДКИХ И ПОРОШКООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ, содержащий вертикально расположенный корпус, штуцеры для загрузки и выгрузки перемешиваемых вешеств, вертикально закрепленный в подшипниковых узлах ротор с мешалкой, выполненной с отверстиями на поверхности лопастей, расположенными рядами в шахматном порядке относительно отверстий смежных лопастей, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания и повышения однородности смеси при использовании веш.еств .с вязкостью 50-300 Пз, корпус аппарата снабжен приводом возвратно-поступательного его перемещения относительно продольной оси ротора, а отверстия в каждом ряду лопастей выполнены с переменными диаметрами, равномерно увеличивающимися от продольной оси ротора к его периферии и составляющими 0,03-0,1 диаметра корпуса аппарата, причем количество рядов отверстий i каждой лопасти выбрано в пределах 3-5. (Л со о 4 00 О) ОООО ОООо ОООО ОООо ооох5 ОООо

Известный 1 200 100 400 Известный 2 500 150 300 12 0,033 0,053 4

150 300

Предлагаемый 1400

12

150 300

1400

76 30 120 30 Малопроизводительно

0,033 0,10 3 94 5 35 100

0,033 0,10

25

140

97 54 40 300 12 Обратное расслоение

фиг,2