ФРЕЗА-ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель относится к устройствам для диспергирования и перемешивания гомогенных и гетерогенных систем, например к диссольверам, и может быть использована в химической, пищевой, лакокрасочной промышленности, промышленности строительных материалов и других отраслях.
Известна фреза для перемешивания гомогенных и гетерогенных систем (а.с. СССР №1156723 на изобретение, МПК B01F 7/16, опубл. 23.05.1985), взятая в качестве прототипа, содержащая плоский диск с зубцами-лопастями по периферии на верхней и нижней поверхностях диска, расположенными в шахматном порядке и имеющими угол наклона к оси вала. При этом входные и выходные кромки зубцов-лопастей относительно вертикальной оси диска расположены на разных радиусах своего вращения.
Недостатком устройства является недостаточная интенсивность перемешивания и диспергирования.
Задачей заявленной полезной модели является повышение качества и интенсивности перемешивания и диспергирования.
Поставленная задача решается тем, что в фрезе-диспергаторе, содержащем плоский диск с зубцами-лопастями, расположенными по периферии в шахматном порядке на верхней и нижней поверхностях диска и имеющими угол наклона к оси вала, у которых входные и выходные кромки зубцов-лопастей относительно оси вращения диска расположены на разных радиусах своего вращения, зубцы-лопасти в плане имеют форму вытянутого овала, при этом их входные и выходные кромки выполнены разной высоты, а между зубцами-лопастями выполнены впадины. Технический результат также достигается при выполнении диска с зубцами-лопастями в виде единой детали. В частности, впадины между зубцами-лопастями могут быть выполнены параболической формы. Технический результат достигается также при выполнении пар встречных зубцов-лопастей с переменным углом наклона к плоскости диска от 10° до 90°.
Заявленная полезная модель обладает простой и надежной конструкцией с высокими эксплуатационными характеристиками. Степень и интенсивность диспергирования гомогенных и гетерогенных смесей повышается за счет одновременного использования двух процессов: интенсивного циркуляционного перемешивания и механического дробления частиц. Выполнение зубцов-лопастей фрезы-диспергатора в виде вытянутого овала с выполнением передних и задних кромок разной высоты за счет высокой окружной скорости потоков позволяет повысить интенсивность диспергирования и перемешивания, тем самым сокращая время операции. Выполнение в качестве перепускных окон впадин между зубцами-лопастями, в частности параболической формы, обеспечивает дополнительное измельчение компонентов смеси, а также позволяет свободно проходить потоку в процессе обработки, тем самым исключая налипание смешиваемых твердых частиц между зубцами-лопастями и повышая качество конечного продукта. При выполнении диска в виде единой детали, в котором нет мест соединения деталей, например, швов, на поверхности которых обычно наблюдается налипание частиц, также предотвращается возможное налипание компонентов и исключается образование комков. Переменный угол наклона пар встречных зубцов-лопастей к плоскости диска обеспечивает более равномерный ввод энергии на перемешивание по длине лопасти, исключая застойные зоны в центре фрезы-диспергатора, в результате чего повышается интенсивность процессов.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых изображено:
- фиг.1 - общий вид фрезы фрезы-диспергатора;
- фиг.2 - вид сверху на заготовку фрезы-диспергатора с разметкой для загиба зубцов-лопастей;
Фреза-диспергатор (фиг.1) содержит плоский диск 1 с зубцами-лопастями 2. Зубцы-лопасти 2 загнуты в шахматном порядке на верхнюю и нижнюю поверхности диска, при этом точки основания передних 3 и задних 4 кромок находятся на разных радиусах относительно оси вращения диска 1. Кроме того, между зубцами-лопастями 2 выполнены перепускные окна в виде впадины параболической формы для исключения налипания частиц между зубцами-лопастями 2. Диаметр диска 1 зависит от диаметра дежи, в которой будет использоваться устройство, а количество зубцов-лопастей 2 и угол их загиба зависят от требований технологического процесса, например, от вязкости, от типа связующих. Диск 1 и зубцы-лопасти 2 выполнены в виде единой детали из одной заготовки (фиг.2) из нержавеющей стали путем их загиба, что упрощает конструкцию и существенно снижает стоимость фрезы-диспергатора.
Фреза-диспергатор работает следующим образом.
Фреза-диспергатор погружается в емкость с жидкой или вязкой смесью и приводится во вращательное движение. При вращении фрезы-диспергатора с повышенной скоростью перед ее зубцами-лопастями образуется зона повышенного давления, а за ними - зона разрежения. Проходя на большой скорости через зону пониженного давления в жидкости образуются кавитационные пузырьки, которые исчезают («охлопываются») в зоне повышенного давления, при этом возникают ударные волновые процессы. При скоростном вращении на верхней и нижней поверхностях образуются вихревые потоки массы, в которых попеременное воздействие повышенного давления и разрежения на твердые частицы приводит к их разрушению. По поверхности фрезы-диспергатора потоки поднимаются вверх по кругу и заходят к центру фрезы-диспергатора, где обычно бывают застойные зоны. Благодаря тому, что входные 3 и выходные 4 кромки зубцов-лопастей 2 относительно оси вращения диска 1 расположены на разных радиусах своего вращения, а зубцы-лопасти фрезы-диспергатора выполнены в виде вытянутого овала с выполнением входных и выходных кромок разной высоты достигается высокая окружная скорость потоков. При реверсе повышается интенсивность перемешивания. Во время работы фрезу-диспергатор можно перемещать по всему объему емкости со смесью, что уменьшает объем застойных зон.
Экспериментальные исследования показали, что при выполнении углов наклона каждой пары зубцов-лопастей, например, расположенных противоположно относительно оси диска увеличивающимися в указанных пределах исключаются застойные зоны, тем самым гарантируя высокое качество конечного продукта и обеспечивая эффективность процесса. Указанные пределы угла наклона являются наиболее эффективными и подтверждаются проведенными испытаниями. При выполнении зубцов-лопастей с наклоном к диску менее 10° практически отсутствует зона пониженного давления, поэтому прекращается кавитационный процесс и диспергирование. При выполнении зубцов-лопастей с наклоном к диску более 90° образуется высокая воронка на поверхности фрезы, тем самым увеличивая застойные зоны и уменьшая интенсивность процесса.
В результате применения предлагаемой фрезы-диспергатора увеличивается интенсивность диспергирования при высокой степени и интенсивности перемешивания, в результате чего снижаются временные затраты и увеличивается производительность и качество процессов перемешивания и диспергирования, особенно при использовании составов, содержащих волокна или фибру (асбоцементную, целлюлозу и др.). Снижение энергетических затрат возможно за счет сокращения времени диспергирования и перемешивания жидких систем до заданной консистенции.