МЕШАЛКА

Полезная модель относится к перемешивающим устройствам, применяемым в химической технологии в процессе получения водных полимерных дисперсий поливинилацетата методам радикальной полимеризации в эмульсии.
Из химических свойств (кинетика реакции полимеризации) и физических (необходимость достаточного перемешивания, увеличение давления для ускорения реакции) требования к перемешивающему устройству формулируются следующим образом.
Для проведения реакции полимеризации требуется обеспечить высокую степень перемешивания, высокое давление в реакционной области при сохранении низкого уровня локальных сдвиговых нагрузок в реакционной области.
Известно перемешивающее устройство, содержащее вал с прикрепленными к нему наклонными  лопастями  (RU 31109 U1, 20.07.2003).
Однако традиционные формы лопастей мешалки неэффективно работают при проведении реакции полимеризации в высоковязких (3000-30000 сПз) системах, в которых дисперсии стабилизируются за счет полимерных защитных коллоидов, приготовленных на основе поливиниловых спиртов.
Задача заявляемой полезной модели – расширение арсенала технических средств для перемешивания.
Техническим результатом предложения является обеспечение оптимальной интенсивности перемешивания при сохранении кинетических параметров химической реакции сополимеризации, кроме того, создание оптимального сочетания перемешивания эмульсии мономеров в аппарате «идеального перемешивания» и протекания химической реакции радикальной полимеризации в поверхностном слое, сформировывавшемся на лопасти мешалки при угле атаки 30° и скорости вращения 30-120 оборотов в минуту.
Технический результат достигается тем, что мешалка содержит вал с размещенными на нем под углом 90° лопастями сабельного типа с углом атаки 30°, при этом по периферии лопастей установлены плоские прямоугольные пластины под углом 90° к лопасти, при этом высота пластины h составляет 0,009-0,017 ℓ длины лопасти.
На чертеже представлена мешалка.
Мешалка содержит вал 1 с размещенными на нем под углом 90° лопастями 2 сабельного типа с углом атаки 30°, при этом по периферии лопастей установлены плоские прямоугольные пластины 3 под углом 90° к лопасти.
Высота пластины h составляет 0,009-0,017 ℓ длины лопасти 2.
Технический результат предложенного технического решения достигается только в пределах указанного выше соотношения, что подтверждается проведенными экспериментами.
Работа заявляемой мешалки осуществляется следующим образом. Мешалку устанавливают в реактор. В реактор дозируют необходимые мономеры. Включают двигатель 4, и начинают перемешивания вплоть до набора необходимых оборотов. После этого в реактор дозируют инициатор реакции полимеризации. Процесс полимеризации протекает до исчерпания мономеров. После завершения процесса мешалку останавливают, и осуществляют перекачивание полимерной дисперсии на склад готовой продукции.
Лопасти мешалки снабжены плоскими пластинами 3, приваренными под углом 90°. Данная конструкция позволяет исключить завихрения в жидкости в аппарате и образование воронки, что позволяет не устанавливать в реактор синтеза отражающие перегородки и увеличивает эффективность перемешивания.
На заявляемой полезной модели проведена серия синтезов, в которых получена сополимерная стирол-акриловая дисперсия, используемая в стандартных рецептурах ЛКМ, со следующими коллоидными характеристиками:
Синтез 1
М.д.н.в., %
49-51
Концентрация ионов водорода, ед рН
7-9
Условная вязкость по Вз-4, с
30-55
Динамическая вязкость по Брукфильду, мПа⋅с
800-1500
Диаметр частиц, нм
100-150
Режим перемешивания:
Скорость вращения вала перемешивающего устройства, об/мин
60-80
Линейная скорость, м/с
3,8-5
Синтез 2:
М.д.н.в., %
50-52
Концентрация ионов водорода, ед рН
6-8
Условная вязкость по Вз-4, с
12-25
Диаметр частиц, нм
100-200
Режим перемешивания:
Скорость вращения вала перемешивающего устройства, об/мин
60-80
Линейная скорость, м/с
3,8-5
о
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой мешалку, конструкция которой обеспечивает оптимальное сочетание перемешивания эмульсии мономеров в аппарате «идеального перемешивания» и протекания химической реакции радикальной полимеризации в поверхностном слое, сформировавшемся на лопасти мешалки при угле атаки 30 и скорости вращения 30-120 оборотов в минуту. Угол атаки подобран таким образом, что позволяет проводить реакцию полимеризации по радикальному механизму при сохранении второго порядка как по стиролу, так и по производным акриловой кислоты без образования макроразмерных частиц коагулюма.
Мешалка предложенной конструкции позволяет одновременно обеспечить
1. оптимальный для проведения реакции полимеризации в эмульсии режим перемешивания;
2. оптимальные характеристики поверхностного слоя реакционной массы на лопастях мешалки, необходимые для проведения реакции полимеризации в кинетической стадии без образования макроразмерного коагулюма.