УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ И ДИСПЕРГИРОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель предназначена для проведения процессов смешивания вязких жидкостей с твердыми веществами, с измельчением агломератов перемешиваемого материала. Она найдет применение в химической, пищевой промышленности, промышленности композитных материалов.
Известен трехвалковый смеситель и измельчитель, состоящий из корпуса, двигателя, трех валков вращающихся с разной скоростью и в разных направлениях с регулируемым зазором между ними, загрузочной воронки, защитной крышки и системы съема продукта (http://www.exakt.de/Precizionnye-modeli.30+M5d637ble38d.0.html).
Однако в указанном устройстве низкое качество диспергирования вследствие незначительного времени действия сдвиговых усилий в смеси, проходящей через зазор между соседними валками, так как площадь контакта смеси с валками мала и нет возможности установить валки большего диаметра. Аппарат сложен в изготовлении, имеет большое количество деталей и сопряженных поверхностей.
В качестве прототипа выбрано устройство для измельчения и суспендирования порошков (патент РФ №2166358 «Устройство для измельчения и суспендирования порошков», МПК B01F 5/14, B01F 3/14, опубл. 10.05.2001). В котором в качестве рабочего органа используется система сопряженных косозубых шестерен, одна из которых является ведущей, а две или более - ведомыми. Данное устройство предназначено для измельчения и диспергирования твердых веществ в жидкой и в упругопластичной высоковязкой среде. Данная конструкция сложна в изготовлении и рабочие поверхности подвержены износу.
В основу полезной модели положена техническая задача повышения интенсивности процесса смешивания и диспергирования на микроуровне, которая позволяет повысить качество готового продукта, за счет длительного воздействия заданных сдвиговых усилий в перемешиваемой среде.
По первому варианту поставленная задача достигается тем, что устройство для смешивания и диспергирования содержит раму с закрепленным на ней приводом, кинематически соединенным с ротором, один конец которого погружен в статор. Емкость для смешиваемых материалов установлена на подвижной в вертикальном направлении платформе. Ротор выполнен в виде металлического конуса, а статор выполнен в виде трубы с внутренним коническим отверстием. Так же техническая задача достигается тем, что в стенках статора выполнено одно или более сквозное радиальное отверстие.
По второму варианту поставленная задача достигается тем, что устройство для смешивания и диспергирования содержит раму с закрепленным на ней приводом, кинематически соединенным с ротором, один конец которого погружен в статор. Емкость для смешиваемых материалов установлена на платформе, ротор выполнен в виде металлического цилиндра, а статор выполнен в виде трубы. При этом на нижнем конце ротора может быть выполнена резьба, а в стенках статора выполнено одно или более сквозное радиальное отверстие.
По третьему варианту поставленная задача достигается тем, что устройство для смешивания и диспергирования содержит раму с закрепленным на ней приводом, кинематически соединенным с ротором, один конец которого погружен в статор. Емкость для смешиваемых материалов установлена на платформе, ротор выполнен в виде металлического цилиндра, а статор выполнен в виде стакана. Циркуляция материала в устройстве достигается за счет действия внешнего насоса.
Предложенное устройство позволяет одновременно измельчать и смешивать обрабатываемый материал в большом количестве, т.е. объединить в себе две функции. Изменяя скорость и длительность вращения вала, устройство позволяет получать необходимое сдвиговое воздействие для каждого конкретного материала.
В процессе работы устройства в зазоре между ротором и статором возникает сдвиговое напряжение за счет вращательного движения ротора в вязкой среде. Такое механическое воздействие на твердые тела в суспензии способствует механическому разделению и измельчению ассоциированных частиц (агломератов).
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства по первому варианту; на фиг.2 - представлен схематически вид устройства по первому варианту со сквозными отверстиями в стенках статора; на фиг.3 - представлен схематически вид устройства по второму варианту с цилиндрическим статором и цилиндрическим ротором с резьбой на нижнем конце; на фиг.4 - представлен схематически вид устройства по второму варианту с цилиндрическим статором со сквозными отверстиями на стенках и цилиндрическим ротором с резьбой на нижнем конце, на фиг.5 - представлен схематически вид устройства по третьему варианту с цилиндрическим ротором, статором в виде стакана, и отдельным, например, шестеренчатым, насосом для циркуляции суспензии.
Устройство содержит следующие узлы: 1 - рама, 2 - привод, 3 - подвижный стол, 4 - ротор, 5 - статор, 6 - емкость для смешиваемых материалов, 7 - вал, 8 - сквозные отверстия, 9 - насос.
Устройство для смешивания и диспергирования содержит раму 1, с установленным на ней приводом 2, подвижный стол 3, на котором закреплена емкость 6 для смешиваемых материалов, статор 5 (труба с внутренним коническим или цилиндрическим отверстием), ротор 4 (конический цилиндр с отверстиями для циркуляции продукта снизу). Один конец ротора 4 кинематически соединен с приводом. Ротор 4 и статор 5 установлены соосно, с заданным зазором.
Целесообразно использовать лопатки (на фиг.1-5 не показаны), расположенные на наружной поверхности нижней части статора. Лопатки предотвращают вращение статора в емкости с вязкой жидкостью за счет большой поверхности сопротивления.
Устройство для смешивания и диспергирования работает следующим образом.
Обрабатываемый продукт (вязкая жидкость и твердое вещество) периодически подается в емкость для смешиваемых материалов 6, протекает через отверстия внизу статора 5, попадает в зазор между статором 5 и ротором 4. При вращении ротора 4 материал в зазоре поднимется за счет того, что давление вверху ниже, чем внизу, в соответствии с законом Бернулли для жидкостей. Разница давления достигается за счет расширения конического ротора 4 (фиг.1 и фиг.2) и статора 5 (увеличивается площадь сечения для прохождения жидкости, при этом скорость ее падает, за счет чего давление в нижней части возрастает). Если используются цилиндрические статор 5 и ротор 4 с резьбой на нижнем конце (фиг.3, фиг.4), то материал поднимается за счет действия давления винтового насоса.
Материал нагревается за счет работы сил вязкого трения и выливается обратно в емкость для смешивания материалов 6, где охлаждается и затем процесс повторяется. Зазор между статором 5 и ротором 4 задается вертикальным перемещением ротора 4, для первого варианта исполнения устройства, это изменяет сдвиговые усилия в материале, так же изменяется длительность воздействия на материал, тем самым добивается нужное качество перемешивания. Для второго и третьего варианта исполнения устройства зазор не регулируется.
Также можно использовать цилиндрический ротор 4 без резьбы (фиг.5), то для циркуляции суспензии необходимо использовать отдельный насос 6.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет смешивать ультратонкодисперсные наполнители с одновременным измельчением крупных агломератов перемешиваемого материала в вязких жидкостях.