Диспергатор Советский патент 1990 года по МПК B01F11/00 B01F5/06 

Изобретение относится к горной, в частности к горноперерабатываклдей промьшшенности, и может быть использовано для приготовления тонкодисперсных систем, диспергирования гли- нистопесчаных горных пород, смешивания, эмульгирования и растворения в воде реагентов различного рода, а также для подготовки пульпы к флотации.

Цель изобретения - повышение эффективности приготовления дисперсных систем за счет усиления турбулизации формируемых потоков.

На фиг.1 изображен предлагаемый диспергатор, вертикальный разрез; на фиг.2 - углы раскрытия конических частей отверстий в насадке; на фиг.З сечение А-А на фиг. 1 (в случае двух.

цилиндрических отверстий); на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1 (в случае шести цилиндрических отверстий). -Диспергатор содержит источник 1 колебаний, корпус 2, подводящий 3 и отводящий 4 патрубки и насадку 5с цилиндроконическими отверстиями 6, причем углы 7 раскрытия смежных конических частей отверстий 6 в насадке 5 последовательно увеличиваются в интервал.е от 13 до 60. При этом корпус 2 разеделен насадкой 5 на верхнюю 8 и нижнюю 9 камеры.

Диспергатор работает следукяцим образом.

После заполнения корпуса 2 суспензией включают источник 1 колебаний. В суспензии создается низкочастотное акустическое поле, в резульСП

СО

со о vl

ел

.-

тате чего на выходе цилиндрических частей отверстий 6 насадки 5 формируются вибрационные затопленные струи. Насадка 5 обладает гидродина- мическсй анизотропией сопротивлений движению суспензии в различных направлениях. Так, при движении источника 1 колебаний вверх объем Q прошедший через насадку 5, больше объе- ма Q , прошедешго через насадку 5 при движении источника 1 колебаний. Таким образом, осуществляется направленное виброперемещение суспензии:

Q Q4 - Qi-(1)

При движении суспензии вверх в каждом цилиндроконическом отверстии возникают растягивающие напряжения, приводящие (из-за высокой скорости движения суспензии) к формированию развитой кавитации. В каждый полупериод колебаний кавитационные пузырьки выбрасьгоаются вибрационными затопленными струями вверх, а в случае одинаковых отверстий всплывают и лопаются,В случае нескольких отверстий с различными углами 7 раскрытия коничеких частей картина воздействия ка- чественно меняется.

Отверстия 6 насадки 5 имеют различные углы 7 раскрытия, т.е. различные местные гидродинамические сопротивления. Физический смысл местно го гидродинамического сопротивления вытекает из выражения

. . (2)

гдеЛН - .потери напора на местном сопротивлении;

- коэффициент местного гидродинамического сопротивления который, в основном зависит от угла раскрытия конической части, диаметра цилиндрической части отверстия и диамера камер;

V - средняя скорость потока; g - ускорение свободного падени При увеличении угла 7 раскрытия в интервале 13-60 коэффициент сопротивления уменьшается, следовательно, уменьшаются потери напора ДН и возрастает скорость пот ока.

Расход, определяемый классическо гидродинамикой, т.е. интегральным уравнением

Q jvds,(3)

где S - площадь сечения конической части отверстия, при уменьшении Г возрастает. Дця двух конусов насадки 5 (фигоЗ) один из которых имеет больший угол 7 раскрытия, наблюдается следующая картина. Напор и скорость гидродинамической струи на выходе цилиндрической части отверстия с большим углом раскрытия больше напора и скорости на выходе цилиндрической части отверстия с меньшим углом раскрытия. Это приводит к формированию в верхней камере 8 корпуса 2 сложного, неравномерного , последовательно изменяющегося гидродинамического профиля, эффекта запаздывания струй, что приводит к интенсивному вращательному движению суспензии в вертикальной плоскости.

Вращательное движение суспензии увлекает кавитационные пузырьки и они, осциллируя и пульсируя в поле создаваемого вибрационными струями давления, производят дополнительное воздействие на суспензию. При этом каждый пузырек является своего рода излучателем колебаний, воздействующи на микроструктуру суспензии. Охлопывающиеся кавитационные пузырьки вызывают мощные микроударные волны, разрушающие частицы твердой фазы суспензии, пульсирующие с собственной частотой пузырьки интенсифицируют процесс межфазного массопереноса, осциллирующие с частотой.возбуждающих колебаний пузырьки усиливают общий уровень турбулизации потоков суспензии и, наконец, движущиеся во вращающемся потоке пузырьки увеличивают перемешивание фаз и компонентов суспензии.

Более сложный вид движения суспензии можно организовать в объеме обрабатываемой среды за счет варьи-. рования количества и размещения ци- линдроконических отверстий.

На фиг.4 представлено сечение насадки 5, которая содержит, например, шесть цилиндроконических отверстий 6, расположенных через равные промежутки по окружности, причем угол 7 раскрытия последовательно убьшает по часовой стрелке. Расстояние между соседними цилиндроконическими отверстиями меньше, чем расстояние между

двумя любыми другими и, следовательно, необходимо рассматривать взаимодействие двз соседних отверстий, как преобладающее.

При суперпозиции действия вибрационных затопленных струй имеет мест циклический поток суспензии, направленный от отверстия с большим углом раскрытия конической части к меньшему (как в случае двух цилиндроко- нических отверстий)что приводит к общему вращательному движению суспензии. В том месте, где происходит обратный переход от отверстия с максимальным углом раскрытия коническо части к минимальному, наблюдается пучность гидродинамического потока, но при этом вращательное движение суспензии остается направленным, а турбулизация возрастает.

Путем подбора геометрических параметров цилиндроконических отверстий и их расположения можно организовать движение жидкости как в вертикальной так и в горизонтальной плоскости.

В случае шести цилиндроконических отверстий поток суспензии направлен под углом к насадке за счет суммарных градиентов.гидродинамических потоков суспензии, организованных парой смежных отверстий. Так, для двзгх смежных, отверстий с минимальными суммарными потерями напора действие вибрационных затопленных струй и турбулизация будут максимальными, и наоборот, За счет различных геометрических параметров цилиндроконических отверстий струи поднимаются на разную высоту.

Одновременно движение суспензии в горизонтальной и вертикальной плоскостях является объемным движением, для которого справедливы сделанные выше заключения с той только разницей, что при объемном движении увеличивается общее количество кавита- ционных пузырьков, удерживаемых в суспензии потоками, что увеличивает турбулизацию и эффективность диспергирования.

Максимальная анизотропия сопротивления движению суспензии через цилиндроконические отверстия обеспечивается при углах раскрытия конических частей отверстий в интервале от 13 до 60 . Этому диапазону соответствует максимальная интенсивность формируемого цилиндроконическими от

о й

, ,

10

15

599075

вёрстиями вращательного движения и максимальная интенсивность воздействия на суспензию, что обеспечивает повышение эффективности приготовления дисперсных систем.

Зависимость скорости вращения суспензии от параметров низкочастотного акустического воздействия неоднозначна, так, при увеличении частоты до Т5-17 Гц происходит увеличение числа оборотов в единицу времени, а при дальнейшем увеличении частот скорость вращения суспензии падает в силу наличия высоких инерционных сил.

Испытания диспергатрра проводились со сменными насадками, угол раскрытия конических частей отверстий в которых изменялся, в пределах от О 20 (цилиндрические отверстия до 120 . Испытания показали, что при угле раскрытия в интервале 13-60 и при исходном содержании в суспензии 80% агрегатов глинистых частиц с размерами 50-100 мкм, 18% частиц с размером 20-50 мкм и 2% частиц с размером менее 20 мкм в процессе диспергирования в течение 1,5-2 мин гранулометрический состав стал более тонкодисперсным: класс 50-100 мкм - 6%, класс 20-50 мкм - 30%, класс менне 20 мкм- 64%. При обработке глинистой суспензии в устройстве с одинаковыми угла25

30

ми раскрытия конических частей отверстий 13 , исключающих возможность

возникновения вращательного движения, наблюдалось уменьшение количества частиц класса 50-100 мкм на 8% и увеличение количества частиц с размером 20-50 мкм на 6,5%, при этом количество тонкодисперсных частиц .. (класс менее 20 мкм) увеличилось всего на 1 , 5% .

Использование предлагаемого дис- пергатора позволяет(по сравнению с известными)увеличить эффективность приготовления дисперсных систем, т.е. обеспечить их тонкодисперсность, повысить устойчивость приготовляемых суспензий и снизить в 1,5-2 раза длительность процесса.

Формула изобретения

Диспёргатор, включающий источник колебаний, корпус, подводящий и отводящий патрубки и насадку с цилинд- роконическими отверстиями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности приготовлеНИИ дисперсньк систем за счет усиле- насадке вьшолнены с последовательным кия турбулизации формируемых потоков, увеличением углов раскрытия в интерконические части смежных отверстий в вале П-бО

Изобретение относится к горноперерабатывающей промышленности. Цель - повышение эффективности приготовления дисперсных систем за счет усиления турбулизации формируемых потоков. Диспергатор содержит источник колебаний, корпус, подводящий и отводящий патрубки и насадку с цилиндроконическими отверстиями. Углы раскрытия конических частей смежных отверстий в насадке последовательно увеличиваются в интервале 13-60°. Источник колебаний создает в суспензии низкочастотное акустическое поле. На выходе из насадки формируется турбулентное вращательное движение потоков с кавигационными пузырьками. 4 ил.

fpu2.1

А-А

иг.З

(Риг. 2

РигЛ