Роторно-пульсационный аппарат Советский патент 1993 года по МПК B01F7/28 

Изобретение относится к области смсительной техники и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности для проведения процессов смешения, диспергирования, измельчения, гомогенизации в жидкотекущих средах и, в частности, при производстве кинофотоматериалов .

Цель изобретения - интенсификация процесса обработки жидкотекучей среды.

На фиг.1 представлен поперечный разрез предлагаемого устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - узел I на фиг.2 в увеличенном масштабе; на фиг. - сечение Б-Б на фиг.З; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.З; на фиг.6 представлен вариант ; выполнения аппарата.

Устройство содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 установлен на валу U ротор в виде диска 5, на торцах которого размещены коаксиальные цилиндры ;6 с прорезями 7. Кроме того, на роторе 5 установлены лопатки 8, размещенные в окнах 9. Лопатки 8 соединены с диском ротора перемычками 10. Лопатки 8 имеют ширину, равную ширине ротора. С двух торцов диска 5 в корпу- ;се установлен статор, состоящий из /двух частей 11 и 12 соответственно. На торцах двух частей статора установлены коаксиальные цилиндры 13 с прорезями 14. Кроме того на частях 11 и 12 статора установлены ко- .аксиальные цилиндры 15 и 16 с прорезями 17 и 18 соответственно с разных сторон ротора 5. При этом прорези 17 выполнены в коаксиальных цилиндрах 15 части статора 11 и смещены на половину шага относительно прорезей 18, выполненных в коаксиальных цилиндрах 16 части статора 12.

С/)

С

со

со ел

СА)

Расположение лопаток ротора в окнах диска и соединение с ним посредством перемычек приводит к уменьшению жесткости лопаток, что в свою очередь приводит к увеличению амплитуды колебания последних. Это является одним из факторов, интенсифицирующих процесс диспергирования, перемешивания. . . ..

Выполнение лопаток ротора по шири не, равной ширине ротора, приводит к тому, что одна и та же лопатка находится с двух, различных сторон диска ротора. Это приводит к тому, что на нее оказывают воздействие на стационарные во времени процессы с двух различных сторон диска ротора.

Снабжение коаксиальных цилиндров статора, расположенных с разных сто- рон диска ротора, прорезями, смещенными одна относительно другой на половину шага, приводит к тому, что на движущуюся в непосредственной близи от этих цилиндров лопатку ротора (каждую), установленную в окнах диска ротора, оказывает воздействие результирующая гидродинамическая сила со стороны как одной, так.и другой половин статора. За промежуток време ни, когда лопатка проходит путь, равный одному шагу расположения прорезе в коаксиальном цилиндре статора с од ной-из сторон ротора, когда на нее оказывается воздействие переменной силой продолжительностью в один период (т.е., например, от максимального до максимального значения этой результирующей силы), возникающей со стороны этой половины статора, то в это же самое время, благодаря смещению на половину шага прорезей в коаксиальных цилиндрах, находящихся от диска ротора с другой стороны, на эту же самую лопатку действует пе- ременная результирующая гидродинамическая сила, но же меняющая свое значение в противофазе, т.е. от ми.ни- . мального до минимального значения. В первом случае эта сила между макси- мальными приобретает и минимальное значение, а во втором случае аналогичная сила, но действующая на ту же самую лопатку с другой половины статора, между минимальными приобретает и максимальное значение. Таким обра- зом, частота воздействия вынуждающей силы на одну и ту же лопатку, совершающую колебательное движение

по окружности вместе с ротором, увеличивается вдвое. Увеличение частоты колебательного процесса в устройст- | вах, подобных роторно-пульсационным аппаратам, положительно сказывается на процессе диспергирования, измельчения , гомогенизации перемешивания, т.е. на процессе обработки жидкоте- кучих систем, находящихся в аппарате. Частота колебательных процессов, происходящих в жидкотекучих многокомпб- нентных системах, оказывает сущест- венное влияние на процессы дисперги- j рования, измельчения, гомогенизации,. перемешивания. В большинстве случаев получение дисперсий с .малыми размера- ми частиц фазы придает им совершенно . новые, отличные от известных, свойства . ;

Существует, зависимость . ; ; г tf2/ A2-f2.

где г - радиус газовых пузырьков, у

которых наступит резонанс, (j - межфазное поверхностное на- тяжение;. Ар - функция, зависящая-от тёп-:. лоты парообразования, плот-; ности, теплопроводности и температуры жидкости; ; f - частота колебаний. Большое значение для дисперсных - систем имеет степень гомогенности у (однородности). Гомогенность дости- гается за счет того, что вся обрабатываемая жидкость подвергается обра-: ботке с совершенно одинаковой интен- сивностью, одинаковой степенью. Од- : ним из наиболее.эффективных в этом направлении приемов является обработка жидкотекучей среды во всем ее объеме. Для этой цели наиболее удоб-. ным средством является кавитация; протекающая во всем объеме жидкости. Известно, что все жидкости, в том числе и многокомпонентные жидкотеку чие системы, содержат в себе мельчайшие пузырьки газа, равномерно распределенные во всем объеме. Размеры этих микропузырьков газа достигают порядка 0,3 мкм (более мелкие пузырьки обнаружить не удавалось из-за рг- : раничения в разрешающей способности оптических систем). Эти пузырьки об- . ладают достаточной устойчивостью и достаточно равномерно распоеделены во всем объеме жидкости. Более круп- ные пузырьки размером 2 мкм и более

5 i

обладают уже меньшей устойчивостью. . Из приведенной выше зависимости следует , что с увеличением частоты вибраций f радиус пузырьков газа, попадающих в резонанс, уменьшается, следовательно- увеличение частоты приводит к эффекту кавитации (схлопыва- ния, разрушения микрогазовых пузырь-, ков), который происходит во всем объеме жидкости. Сама кавитация является наиболее эффективным инструментом разрушения (диспергйрования, измельчения), гомогенизации дисперсных фаз в жидкотекучих системах.

Устройство работает следующим образом.

В корпус 1 через входной патрубок 2 поступает жидкотекучая обрабатываемая многокомпонентная среда. Под дейг ствием центробежных сил, возникающих за счет вращения ротора 5, установленного на валу , соединенного с приводом (не показан), жидкость движется в аппарате в радиальном направлении. За счет воздействия на нее тел, образованных коаксиальными цилиндрами 6 и прорезями 7 ротора 5, а также тел, образованных коаксиальными цилиндрами 13 и прорезями |4 двух частей статора 11 и 12, -многокомпонентная жидкотекучая среда под- вергается гидромеханической, акустической и подобной обработке. В результате этого в ней происходят процессы перемешивания, диспергйрования, из мельчения, гомогенизации. Посколь- .ку лопатки 8 имеют ширину, равную ширине ротора 5, то они одновременно находятся в разных частях аппарата, образованных с одной стороны торцом ротора 5 с установленными на нем элементами конструкции и статором с элементами его конструкции, а также коаксиальными цилиндрами 15 с прорезями 17, а с другой стороны другим торцом ротора 5 с его элементами конструкции и статором с коаксиальными цилиндрами 16 и прорезями 18. Поскольку прорези 17 и 18 смещены одна относительно другой на половину шага, то на лопатки 8 действуют возмущающая результирующая сила с частотой f Q«n со стороны части статора 11 и с такой же частотой со стороны части статора 12. Это приводит к сложению

вибрации, в результате чего на лопатки 8 оказывает воздействие вынуждающая сила с суммарной частотой

5 f. f + f 2-f 2co- n.

Эта вынуждающая сила вызывает вибрацию лопаток 8 относительно ротора 5, установленных в окнах 9 посредст10 вом перемычек 10. Вибрирующие лопатки 8 генерируют в многокомпонентной жидкости акустические волны частотой fg-. При этом за счет увеличения этой частоты вдвое по сравнению с часто15 той, генерируемой в известных устройствах, уменьшается размер микропузырьков газа, попадающих в резонанс, тем самым большее число этих пузырь- : ков разрушается, приводя к разруше20 нию частиц многокомпонентной фазы в обрабатываемой жидкости. Обработанная многокомпонентная жидкотекучая среда покидает аппарат через выходной патрубок. Таким образом, в предлагаемом

25 аппарате за счет введения перечисленных существенных отличий достигается техническое преимущество по сравнению с известными устройствами, заключающееся в интенсификации процессов дис- 30 пергирования, измельчения, гомогенизации, т.е. происходит повышение про- изводительно сти предлагаемого аппарата.

35

Формула изобретения

Роторно-пульсационный аппарат, содержащий ротор, выполненный в виде диска с установленными на его торцах коаксиальными цилиндрами с прорезями и радиальными лопатками шириной, равной ширине ротора, и статор, в котором прорези в коаксиальных цилиндрах, расположенных по разные стороны от диска ротора, смещены одна относи

тельно другой, отличающии- с я тем, что, с целью интенсификации процесса обработки жидкотекучей среды, диск ротора выполнены с окна50

ми, в которых расположены радиальные

55

лопатки, соединенные с диском посредством перемычек, при этом прорези .цилиндров статора, расположенные с разных сторон диска ротора, смещены одна относительно другой на половину ша га.

Фиг.2

Изобретение относится к области1 смесительной техники. Цель изобретения - интенсификация процесса обработки жидкотекучей среды. В устройстве, содержащем корпус 1, статор и ро:тор, лопатки 8 ротора выполнены на всю его ширину, установлены в окнах 9 диска 5 и соединены с ним посредством перемычек. При этом прорези в коаксиальных цилиндрах статора; рас. положенных с разных сторон (торцев) диска ротора, смещены одна относительно другой на полшага. 6 ил.

Сриг.Ъ

Риг.4