Смеситель Советский патент 1993 года по МПК B01F5/10 

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности, к аппаратам для смешения и диспергирования жидких гетерогенных систем, пигментов, наполнителей и различных растворов полимеров с целевыми добавками.

Известны различные аппараты для смешения и диспергирования пигментов, наполнителей с различными жидкими системами. К ним прежде всего относятся краскотерочные машины, шаровые и бисерные мельницы, дисольверы. Краскотероч- ная машина представляет собой аппарат открытого типа, состоящий из 2 - 3 валков расположенных горизонтально и вращающихся с различной скоростью от электрического привода.

Недостатками краскотерочных машин является низкая производительность, частые наладки, большая пожароопасность, т. к. аппараты открытого типа, большие потери растворителей и готовой продукции.

Шаровая мельница представляет собой цилиндрическую емкость расположенную горизонтально и вращающуюся от электрического привода. Внутри емкости помещают металлические, керамические шары.

Недостатками шаровых мельниц являются: низкая производительность, невозможность за короткий промежуток времени провести качественное смешение; низкое качество диспергирования, частые поломки, повышенный шум при работе.

Бисерная мельница представляет собой цилиндрическую емкость, расположенную вертикально, внутри емкости находится вал, вращающийся от электрического привода, на валу расположены металлические диски на которых находится бисер (стеклянный), для фильтрации бисера и ограничения его перемещения в замкнутом пространстве над каждым диском расположена металлическая сетка.

(Л

С

XI 00 00

ю

Недостатками бисерных машин является низкая производительность, ограниченный полезный объем (максимум 175 дм ), повышенный износ всех рабочих элементов, частый ремонт, потери растворителей за счет испарения в окружающее пространство. Известны также: ротационный смеси- тель-диспергатор непрерывного действия, который представляет собой цилиндрический аппарат, имеющий статор с входными и выходными штуцерами, в статоре концентрически расположены ротор с винтовыми лопастями, снабженных трапециевидными зубцами и крыльчатка насоса; смеситель, представляющий собой емкость в которой установлена широкая ленточная мешалка, прикрепленная штырями к валу, емкость снабжена нагревательной рубашкой; смеситель циркуляционного типа, представляющий собой резервуар, стенка которого у кромки верхнего отверстия загнута внутри, средний цилиндр расположен в резервуаре и проходит ч ерез зону циркуляции, внутри цилиндра расположен вал, на котором смонтирована дисковая мешалка, имеющая заданное число концентрических ножей на верхней и нижней поверхностях вблизи ее периферии. Однако эти аппараты малопроизводительны и не позволяют проводить смешение и диспергирование, например, различных жидких гетерогенных систем в широком диапазоне вязкостен, кроме того, они не позволяют проводить и физико-химические процессы в широком диапазоне температур. Прототипом предполагаемого изобретения выбран типовый аппарате герметичным приводом перемешивающего устройства. Данный аппарат представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из перемешивающего устройства содержащую вал с лопастью, диффузор, осуществляющего циркуляцию перемешиваемой среды в корпусе аппарата, и специального герметичного привода. Нагревание перемешиваемой жидкости осуществляется, как за счет электрообогрева с помощью элементов, встроенных в аппарат, так и за счет теплоносителя, подаваемого в змеевик, установленный в рабочем пространстве.

Недостатком этого аппарата является низкое качество диспергирования летеро- генных систем, невысокая производительность.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение производительности и качества смешения и диспергирования ло- могенных и летерогенных систем.: .Это достигается тем, что смеситель с высокоскоростным перемешивающим устройством (1500 - 3000 об/мин), содержащего вал с лопастью, системой теплообмена,

диффузора, со сменными рабочими емкостями, выполненными в зависимости от необходимости проведения тех или иных процессов, имеет в верхней части вала отбойное устройство, выполненное в форме

0 усеченного конуса, на дно емкости помещены мелющие тела (стеклянные, металлические, алундовые, керамические, резиновые, фторопластовые и др.), нижний штуцер снабжен фильтром и расположен на боко5 вой поверхности корпуса на 3 - 5 см выше уровня мелющих тел. С целью уменьшения износа и улучшения условий выгрузки рабочие поверхности смесителя выполнены с износостойким покрытием. Под рабочими

0 поверхностями понимаются: поверхности вала, перемешивающего устройства, диффузора, внутренние стенки емкости.

Смеситель (см. чертеж) представляет собой аппарат с герметичным приводом пере5 мешивающего устройства 1, имеет емкость 2 с крышкой 3. В емкости расположены диффузор 4, который крепится к стенкам емкости крепежными штангами 5, теплообменное устройство 6, входной 7 и

0 выходные 8, 9 штуцера. Выходной штуцер 8 расположен на расстоянии 3 - 5 см от поверхности мелющих тел. В верхней части вала 12 расположено отбойное устройство 10, конус которого направлен в сторону мешалки

5 и находится под углом 100 - 300° к оси вала 12,поверхность отбойного устройства находится на расстоянии 3 - 5 см от верхнего края диффузора. Мешалка 11 расположена в 3 - 20 см от поверхности мелющих тел. В

0 верхней части вала на крышке 3 выполнено уплотнение 13.

Коэффициент заполнения смесителя 1. В целях обеспечения автономности, надежности в работе, проведения процессов в

5 оптимальном режиме смеситель может быть снабжен микропроцессорным устройством обеспечивающим автоматическое регулирование скорости перемешивания в зависимости от вязкости среды, а также времени

0 пребывания рабочей среды в емкости при работе смесителя в полунепрерывном или периодическом режимах. Кроме того, указанное микропроцессорное устройство поддерживает заданный температурный ре5 жим в емкости. Таким образом обеспечивается режимно-технологическая гибкость. Конструкция смесителя допускает оперативную смену его рабочих элементов: перемешивающего устройства, мелющих инертных тел и самой емкости. Тем самым

обеспечивается аппаратурно-технологиче- ская гибкость. Смеситель в случае необходимости может перемещаться в производственном пространстве в силу своей автономности и может выполнять роль контейнера, как основной части гибкой производственной системы.

Принцип работы смесителя заключается в следующем: при заполнении емкости 2 смесителя через входной штуцер 7 реакционной средой включается перемешивающее устройство с герметичным приводом 1 и мешалкой 11, закрепленной на валу 12. Реакционная среда при этом вместе с мелющими телами, которые перемещаются за счет высокой турбулизации и напраЁленно- сти реакционной среды вверх через диффу- зор 4, проходит внутри диффузора снизу-вверх, и отбрасывается отбойным устройством 10 на внутреннюю поверхность емкости 2, затем проходит между стенкой емкости и наружной поверхностью диффузора в нижнюю часть емкости, где поток снова направляется во внутреннюю часть диффузора мешалкой 11. При необходимости реакционная среда может нагреваться или охлаждаться с помощью теплообменно- го устройства 6. Выгрузка реакционной среды осуществляется через штуцер 8, в котором размещен фильтр 14, Выгрузку промывных растворителей и отработанных мелющих инертных тел осуществляют через штуцер 9.

Таким образом, за счет высокой турбулизации потока, включающего мелющие инертные тела, а также дополнительного диспергирования на рабочей поверхности отбойного устройства, стенке емкости и диффузора достигается тонкое диспергиро- вание гетерогенной системы.

В смесителе можно проводить процессы диспергирования и смешения жидких гетерогенных систем и различных жидкостей в широком диапазоне вязкостен (20 - 10000 сПз). В качестве мелющих инертных тел может быть применен бисер изготовленный из различного материала (стекло, сталь, фторопласт, резина, керамика и др.). Данный смеситель более производителен и надежен в работе, чем, например, бисерные мельницы широко используемые в настоящее время в лакокрасочной промышленности, поскольку полезный объем смесителя может быть от 0,5 - 300 л (наибольший полезный объем бисерной мельницы, 75 л), включение смесителя без реакционной среды не приводит к его поломке (в случае бисерной мельницы поломка неизбежна). Кроме того, конструкция смесителя допускает оперативную смену рабочих элементов, перемещение в рабочем пространстве, что обеспечивает его аппаратурно-техноло- гическую гибкость и использование его как части гибкой производственной системы.

Нижний боковой штуцер не может быть расположен ниже 3 см, поскольку в этом случае мелющие тела будут замедлять выгрузку реакционной среды, а более 5 см его располагать нецелесообразно. Рабочая по0 верхность отбойного устройства не может быть расположена под углом менее 100° к оси вала, т. к. в этом случае мелющие инертные тела будут частично возвращаться во внутреннюю зону диффузора, а более 130°

5 уменьшается сила удара гетерогенных частиц о поверхность емкости. При расстоянии отбойного элемента до края диффузора менее 3 см возрастает сопротивление потока на выходе из диффузора, если более 5 см 0 уменьшается сила удара мелющих тел и перемешиваемой среды о поверхность отбойного устройства и стенки емкости, что в обоих случаях снимает эффект диспергирования гетерогенной и гомогенной жидкой

5 среды. В совокупности использование предлагаемых отличительных признаков в литературе не описано.

Пример 1. Смеситель, выполненный в соответствии с рис. 1 имел следующие

0 характеристики: рабочая емкость 2 объемом 2 литра, герметичное перемешивающее устройство 1 мощностью 600 Вт, отбойное устройство укреплено под углом 100° по отношению к оси вала 12, фильтр сетчатый,

5 выполненный из стали, размер ячейки 0,5 мм, штуцер 8 расположен на 3 см выше уровня бисера. Расстояние от поверхности отбойного устройства до края диффузора 4 см. Рабочие поверхности аппарата футеро0 ваны фторопластом.

В смеситель загружали 2 литра замеса вододисперсионной краски с исходной дисперсностью 150 мкм по гриндометру и стеклянный бисер, включали перемешивающее

5 устройство и диспергировали в течение 5 мин, степень дисперсности при этом составила 15 мкм по гриндометру. Диспергирова- ние этого же состава в прототипе не позволяет достигнуть степени дисперсно0 сти в 15 мкм в течение 1 ч и более.

Пример 2. Смеситель, выполненный в соответствии с чертежом имел следующие характеристики: рабочая емкость 2 объемом 1 литр, герметичное перемешивающее уст5 ройство мощностью 400 Вт, отбойное устройство укреплено под углом 120° по отношению к оси вала, фильтр сетчатый, выполненный из латуни с размером ячейки 1 мм, штуцер 8 расположен на 5 см выше уровня бисера, Расстояние от поверхности

отбойного устройства до края диффузора - Зсм.

В аппарат загружали замес эмали ХС- 413 в количестве 1 л и диспергировали в течение 10 мин, степень дисперсности составила 40 мкм по гриндометру. Дисперги- рование замеса эмали ХС-413 в прототипе не позволяет получить степень дисперсности 40 мкм.

Пример 3. Смеситель, выполненный в соответствии с чертежом имел следующие характеристики: рабочая емкость 2 объемом 2 л, герметичное перемешивающее устройство мощностью 600 Вт, отбойное устройство 10 укреплено под углом 130° по отношению к оси вала 12 и расположено на расстоянии 5.см от края диффузора, фильтр сетчатый, выполненный из стали, размер ячейки 1 мм. штуцер 8 расположен на 4 см выше уровня бисера.

В смеситель загружали сополимер ви- нилацетата с винилхлоридом (А-15-0) 350 г и смесь растворителей (ацетон, толуол, бути- лацетат) 1500 г, диспергировали в течение 5 мин, а результате получили однородный раствор.

В прототипе для получения однородного раствора требуется диспергирование в течение 15 мин.

Таким образом, совокупность отличительных признаков в предлагаемом смесителе позволяет практически в три раза повысить производительность при растворении полимеров, диспергировании жидких гетерогенных систем и изготовлении лакокрасочных материалов. Конструктивные особенности смесителя позволяют расширить функциональные возможности аппаратов

подобного типа и проводить процессы смешения жидких систем с широким диапазоном вязкостен, диспергирование жидких гетерогенных систем, растворение различных полимеров, позволяет также изготавливать лакокрасочные материалы высокого качества, эмульсии, шампуни, эссенции и пр. и может быть применен в химической, косметической и пищевой промышленности.

Защита рабочих поверхностей смесителя повышает его надежность в эксплуатации. В силу своей автономности смеситель может выполнять роль контейнера в гибкой производственной системе.

Формула изобретения

1. Смеситель, содержащий емкость с верхним и нижним штуцерами, вертикальный вал с винтовой мешалкой, размещенной в диффузоре, над которым на валу

размещен отбойный элемент, отличаю- щ и и с я тем, что. с целью расширения функциональных возможностей, повышения производительности и качества процессов смешения и диспергирования. он

снабжен свободно размещенными на дне мелющими телами, а отбойный элемент выполнен в виде обратного усеченного конуса, образующая которого составляет с осью вала 100-130°..

2. Смеситель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью уменьшения износа и улучшения условий выгрузки, его рабочие поверхности выполнены с износостойким покрытием,а нижний штуцер снабжен

фильтром и расположен на боковой поверхности корпуса на 3 - 5 см выше уровня мелющих тел.

Использование: смешение и дисперги- рование жидких гетерогенных систем, пигментов, наполнителей и различных растворов полимеров с целевыми добавками. Сущность изобретения: на вертикальном валу размещена винтовая мешалка в диффузоре. Над диффузором на валу расположен отбойный элемент в виде обратного усеченного конуса, образующая которого составляет с осью вала 100-130°. В корпусе размещены мелющие тела. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.