Аппарат с перемешивающим устройством Советский патент 1992 года по МПК B01F7/10 

Изобретение относится к химическому аппаратостроению и предназначено для интенсивной обработки - отмывки суспензий, содержащих твердые волокнистые частицы, с постоянным отводом жидкой промывной среды. Предпочтительное применение оно найдет для проведения технологических процессов водной отмывки волокнистых частиц хлопковой целлюлозы от посторонних включений, которая используется как фильтровальный материал при производстве желатина и других продуктов.

Это техническое решение может быть также использовано в отрасли синтетических волокон, полимерных материалов (промывка частиц полиэтилена и полистирола от стабилизаторов и катализаторов) и в микробиологической промышленности при проведении процессов биосинтеза, где имеет место обработка суспензий с твердой фазой в виде волоконных частиц.

Известно техническое решение, в котором для повышения эффективности стирки на вращающемся активаторе на его верхней (внешней) поверхности установлены лопасти-ребра, в которых выполнены открытые сверху пазы, при этом каждый паз имеет ширину, уменьшающуюся от центра к периферии, а в центральной части активатора пазы лопастей сообщаются между собой.

Однако, основным недостатком известного решения является то, что активатор выполнен таким образом, что интенсифицирует процесс стирки только со своей внешней-наружной поверхности, т. к. пазы у него выполнены только с этой наружной стороны, а поверхность активатора с внутренней стороны (полость между этой поверхностью и корпусом) не усовершенствована и не пригодна для обработки волокнистых суспензий в силу того, что эта полость является застойной и частицы твердого продукта будут налипать на поверхности.

Известно техническое решение для перемешивания моющего раствора в стиральной машине, в котором используются два встроенных друг в друга активатора на параллельных валах, причем один активатор расположен по отношению к другому с эксцентриситетом. Такое выполнение позволяет эффективно обрабатывать моющий раствор как с внешней стороны активаторов, так и с внутренней. Однако, большим отрицательным моментом у этого решения является то, что оно конструктивно сложно. Наличие внутренних подшипников, элементов контактного уплотнения, соединение эксцентрично расположенных валов плане- тарно зубчатой передачей, специальное электрическое устройство для реверсирования направления вращения активаторов и др. делает данное техническое решение сложным, дорогостоящим, ненадежным в эксплуатации особенно при обработке жидких сред, содержащих твердые волокнистые включения.

В качестве прототипа принято техническое решение стиральной машины, в донной части которой установлен активатор. В

0 этом техническом решении установлено, что в полости расположенной между внутренней поверхностью активатора и стенкой корпуса при вращении активатора возникает вакуум, который отрицательно сказыва5 ется на работоспособности машины (увеличивает осевую нагрузку на активатор, а, следовательно, и на подшипники, создает вибрацию машины и др.). Для ликвидации этого нежелательного эффекта вакуумная

0 полость путем установки специального обратного подпружиненного клапана sa стенке днища сообщается с атмосферным давлением окружающей среды, и атмосферный воздух всасывается в эту полость и лик5 видирует вакуум. Наряду с положительным эффектом, данное техническое решение имеет следующие недостатки:

-подача (засасывание) воздуха в нижнюю часть корпуса в котором содержится

0 стиральный раствор, вызовет барботаж этого воздуха через раствор, его энергичное вспенивание и выброс частиц моющих средств в окружающую атмосферу;

-воздух является все же сжимающимся 5 веществом, поэтому полностью исключить

осевую нагрузку на подшипники активатора невозможно;

-подпружиненный обратный клапан, да к тому же расположенный на днище может

0 надежно работать только на чистых моющих растворах, что практически недостижимо, т. к. даже небольшие содержания твердых частиц в растворе, которые в момен остановов активатора будут оседать на днище

5 неминуемо попадут под седло клапана и вызовут протечки стирального раствора наружу.

Целью изобретения является снижение металлоемкости и повышение эффективно0 сти работы аппарата.

Указанная цель достигается тем, что в аппарате за активатором на стенке корпуса установлен фильтрующий элемент, например перфорированный лист, а в самом акти5 ваторе выполнены сквозные каналы, входные отверстия которых расположены на внешней стороне на радиусах R3x, а выходные отверстия на внутренней стороне направлены в сторону фильтрующего элемента и расположены на радиусах РВых с

соблюдением условия RBUX RBX., причем входные отверстия упомянутых каналов расположены на кормовой стороне ребер активатора по направлению его вращения в месте пересечения плоскостей ребра и активатора,

На фиг. 1 изображены продольный разрез аппарата; на фиг. 2 - в укрепленном масштабе узел активатора-фильтрующий элемент; на фиг. 3 - вид на внешнюю сторону активатора; на фиг. 4 - разрез по ребру активатора.

Аппарат состоит из корпуса 1, при необходимости он может быть снабжен теплооб- менной рубашкой (не показана). На боковых стенках корпуса противоположно друг другу установлены перемешивающие устройства в виде дисковых сребренных с внешней стороны, активаторов 2, укрепленных на валах 3. Эти валы вращаются в подшипниковых станциях 4 от электродвигателей (не показаны). За активаторами, на боковых стенках корпуса, концентрично осям активаторов, установлены круговые фильтрующие элементы 5 в виде перфорированных листов с мелкими отверстиями. С наружной стороны стенок корпуса, в местах установки фильтрующих элементов 5 приварены прикрывающие листы 6, образующие кольцевые плоскости Б для сбора и отвода загрязненной промывной жидкости через штуцер 7.

На внешней стороне 8 активатора выполнены ребра 9, высота которых на периферии - максимальна, а центру плавно сходит до минимума. Активатор пронизан наклонными каналами 10, входные отверстия которых расположены на внешней стороне в местах пересечения плоскости I ребра с плоскостью II активатора, т. е. в углу на кормовой стороне ребер, если смотреть по направлению вращения активатора. Это сделано, исходя из опыта работы с суспензиями, содержащими волокнистые твердые частицы - расположение входных каналов 10 на любой стороне активаторов от набегающего потока суспензии быстро забивает каналы и жидкая фаза через них не проходит, а их расположение на кормовой стороне ребер 9 исключает забивку каналов 10, т. к. ребра отбрасывают волокнистые твердые частиц, т. е. выполняют роль защитных козырьков.

Непременным условием успешной работы каналов 10 является выполнение их таким образом, чтобы радиусы вращения выходных отверстий каналов - Рвых. всегда были большими радиусов вращения входных отверстий тех же каналов - RBx., т. е. чтобы соблюдалось условие Рвых RBX. Это

необходимо для создания насосного эффекта жидкой фазы обрабатываемой среды. При этом выходные отверстия каналов, расположенные на большем радиусе враще- ния. чем входные отверстия, имеет также и большую окружную скорость. По известному уравнению критерия Эйлера Еи ДР/

/у -й 2сила давления ДР (гидродинамический напор) прямо пропорциональна квад0о /

рату скорости ш (окружная скорость вытекающей струи жидкости), т, е. АР Еих

хо) у, где у- плотность жидкой среды. Таким образом, через каналы 10 будет про5 исходит интенсивная циркуляция жидкой среды, которая засасывается через входные отверстия и нагнетается (выбрасывается) в виде наклонных струй, направленных на фильтрующий элемент 5, расположенный за

0 активатором.

Количество и диаметры сквозных каналов 10 определяется расчетом и экспериментальным путем в зависимости от габаритов аппарата, активаторов, их скоро5 сти вращения, массового содержания волокнистых твердых частиц, их размеров и др. Наиболее оптимальным вариантом расположения входных и выходных отверстий наклонных каналов 10 является расположе0 ние на различных радиусах их вращения. Тогда каждый канал 10 будет омывать и смывать прилипшую твердую фазу на конкретном своем участке площади фильтрующего элемента 5.

5Каналы 10, кроме выполнения функций

приведенных выше, также ликвидирует вакуум, который создается в полости между внутренней поверхностью активатора и стенкой корпуса. Это способствует тому, что

0 устраняется осевая нагрузка на вал и на подшипниковую станцию, а также значительно улучшается фильтрация жидкой фазы через элементы 5, т. к. вакуум вызывал обратное течение фильтрата из полости Б

5 в реакционную зону аппарата.

Работа аппарата происходит следующим образом. Через патрубок 11 отверстия впода среды загружаются исходные продукты - загрязненная в фильтрах хлопковая

0 целлюлоза, вода, моющие добавки. Включаются приводы, которые приводят во вращательное движение валы 3 с насаженными на них активаторами 2. Количество активаторов выбирается в зависимости от габаритов

5 аппарата и может быть установлено от 1 до 3-4 шт. На последних, с наружной стороны, выполнены ребра 9 со скругленными краями для предотвращения измельчения волокон хлопковой целлюлозы. Ребра активаторов создают энергичное перемешивание водной фазы с хлопковой массой в аппарате и происходит процесс ее отмывки и непрерывного удаления загрязненной воды через фильтрующий элемент 5, представляющий собою перфорированную перегородку.

В связи с высокими скоростями вращения активаторов 2 порядка 500 - 800 об/мин в щелевой полости между их внутренней поверхностью и корпусом 1 аппарата возни- кает вакуум, из-за которого резко возрастает осевая нагрузка на вал 3 и подшипники станции 4. Так при среднем диаметре активатора 600 мм осевая нагрузка составляет 2820 кг., что заставляет увеличивать диа- метр вала 3, усложняет конструкцию подшипниковой станции 4. Поэтому выполнение в активаторах 2 наклонных каналов 10, ликвидирует вакуум, а расположение входных отверстий каналов 10 на пересечении плоскостей I и I устраняет их забивку волокнистыми частицами и обеспечивает надежность работы аппарата.

Наклонное расположение каналов 10, когда выходное отверстие располагается на большем радиусе, чем входное обеспечивает косое (под углом) наиболее оптимальное натекание струй жидкости на фильтрующий перфорированный элемент 5 (как показано стрелками на фиг. 2), энергичный смыз во- локнистых частиц с фильтровальных отверстий перфорированного листа обеспечивающий непрерывный отвод (слив) загрязненной водой фазы в полость Б и далее через штуцер 7 на ее очистку.

Расположение выходных отверстий каналов 10 на различных радиусах вращения RiBbix.; R2abix.; Рзвых. и так далее также способствует высокой производительности фильтрующего элемента 5, т. к. струи выте- кающей жидкости находятся на различных радиусах.

После проведения процесса суспензия с чистыми частицами хлопковой целлюлозы

выгружается через вентиль 12 отверстия вывода среды на дальнейшую обработку.

Экономическая целесообразность предлагаемого решения заключается в снижении металлоемкости элементов привода активаторов ввиду устранения осевой нагрузки и снижении отходов обрабатываемого продукта, так как установка фильтрующих перфорированных элементов непосредственно за активаторами, организация непрерывного и энергичного смыва частиц волоконного продукта струями вытекающей из наклонных каналов позволила, при сохранении производительности, выполнить отверстия фильтра диаметром до 0,2 - 0,4 мм. В результате проскок частиц продукта через отверстия практически отсутствует и нет необходимости устанавливать дополнительные фильтры для улавливания частиц продукта.

Формула изобретения Аппарат с перемешивающим устройством преимущественно для обработки волокнистых суспензий, содержащий корпус с отверстиями для ввода и вывода среды, перемешивающее устройство - активатор с ребрами на внешней стороне и с приводом для его вращения, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости и повышения эффективности в работе, корпус снабжен установленным на его стенке за активатором фильтрующим элементом, например перфорированным листом, а в активаторе на различных радиусах вращения выполнены сквозные каналы, входные отверстия которых расположены на внешней стороне на радиусах RBx., а выходные отверстия на внутренней стороне активатора направлены в сторону фильтрующего элемента и расположены на радиусах Рвых. при условии Нвых RBX,, причем входные отверстия каналов расположены на кормовой стороне ребер активатора по направлению его вращения в месте пересечения плоскостей ребра и активатора.

10

Ю

Направление, вращения активатора

Ю

ФИ2.3

Плоскость

Плоскость п

тг.ч

Изобретение относится к химическому аппаратостроению и предназначено для интенсивной обработки - отмывки суспензий, содержащих твердые волокнистые частицы с постоянным отводом жидкой промывной среды. Предпочтительное применение оно найдет для проведения технологических процессов водной отмывки волокнистых частиц хлопковой целлюлозы от посторонних включений, которая используется как фильтрационный материал при производстве желатина и других продуктов. Цель изобретения - снижение металлоемкости и повышение эффективности работы. Аппарат содержит корпус 1 с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, перемешивающее устройство - активатор 2 с ребрами на внешней стороне и с приводом для его вращения, фильтрующие элементы 5, установленные за активаторами 2 на стенках корпуса 1, например, перфорированный лист, а в самом активаторе на различных радиусах вращения выполнены сквозные каналы, входные отверстия которых расположены на внешней стороне на радиусах RBx, а выходные отверстия на внутренней стороне активатора направлены в сторону фильтрующего элемен га и расположены на радиусах НВых с соблюдением условия Нвых RBX, причем входные отверстия упомянутых каналов расположены на кормовой стороне ребер активатора по направлению его вращения в месте пересечения плоскостей ребра и активатора. 4 ил. сл С vj о S Qv GJ