СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к конструкции мешалок для одновременного перемешивания ньютоновских, неньютоновских и структурированных однородных жидкостей, и эмульсий на макро- и микроуровнях и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой и в экологических процессах смешения жидких и газожидких отходов при их вторичной переработке.
Известна конструкция роторно-дискового экстрактора, состоящая из цилиндрического корпуса, секционированного статорными кольцами, вала с диспергирующими дисками и штуцеров для ввода и вывода легкой и тяжелой фаз. Диспергирующие диски выполнены в виде пакетов, каждый из которых содержит по меньшей мере одну гофрированную пластину и диск, образующие турбулизующую камеру, в которой установлены диспергирующие элементы, при этом гофрированная пластина, диск и периферийная стенка пакета перфорированы (Патент РФ №2038112, МПК: B01D 11/04, опубл. 27.06.1995 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточный смесительный эффект между неподвижными кольцами и вращающим диском, что приводит к снижению массопереноса в каждой секции, а значит и общей производительности секций роторно-дискового экстрактора, особенно при выщелачивании из частиц дисперсной фазы молекул извлекаемых веществ.
Известна конструкция смесительно-отстойного экстрактора колонного типа для систем «жидкость-жидкость», включающего корпус, секционированный по высоте тарелками с коалесцирущими устройствами, и размещенным внутри него вращающимся валом с диспергирующими устройствами, с целью раздельного поступления легкой и тяжелой фаз, при этом центральные части нижней и верхней тарелок соединены между собой вертикальными глухими перегородками (Авторское свидетельство СССР №339081, МПК: B01D11/04, опубл. 15.04.1975 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность применения известной конструкции для системы «жидкость-твердые частицы» дисперсной фазы из-за необходимости фильтрования частиц через коалесцирующие устройства, что ухудшает процесс выщелачивания молекул, извлекаемых из частиц твердой фазы веществ, и снижает производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к предлагаемой конструкции и принятым за прототип относится конструкция перемешивания эмульсий - экстрактор Менсинга, состоящий из корпуса наружного цилиндра, осесимметрично закрепленного на корпусе, и внутреннего цилиндра, закрепленного на патрубках, подводящих вторичный растворитель и исходный продукт к лопастям быстроходной мешалки, закрепленной на валу привода, установленного на крышке корпуса [Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. - М. Химия, 1975, с. 322].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за перемешивания только на макроуровне, что уменьшает поверхность массопередачи при экстракции и число капель.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается в смесителе, содержащем цилиндрический корпус, крышку с патрубками ввода и вывода, вал, оснащенный мешалкой, причем вал дополнительно оснащен диском, установленным в зоне образования жидкой воронки, а патрубок ввода экстрагента снабжен загрузочной воронкой, отвод которой направлен к центру диска.
Капли экстрагента, попадая на быстро вращающийся диск приобретают кинетическую энергию, слетают с диска под действием центробежной силы с большой скоростью и разбиваются на более мелкие капли при ударе о поверхность воронки первичного растворителя. Образующиеся капли имеют большую поверхность, которая, как известно, тем больше, чем меньше размер капли, что приводит к увеличению числа мелких капель, их общей суммарной поверхности массопередачи, и, как следствие, интенсификации массообменных процессов между поверхностью капель и первичным растворителем, а значит и массопередачи в целом, что способствует увеличению производительности процесса смешивания и экстрагирования.
Вал мешалки смесителя, дополнительно оснащенный вращающимся диском и загрузочной воронкой, позволяет производить подачу как жидкого экстрагента, так и в виде твердых частиц, непосредственно на поверхность вращающегося диска, что позволяет интенсифицировать процесс выщелачивания, благодаря непосредственному взаимодействию частиц дисперсной фазы с поверхностью жидкой воронки.
Оснащение патрубком ввода экстрагента, загрузочной воронкой, отвод которой направлен к центру диска, обеспечивает загрузку экстрагента непосредственно на поверхность диска (ближе к центру), для увеличения кинетической энергии, слетаемых с него капель (частиц). Это позволит каплям еще больше дробиться на микрокапли, что приводит к увеличению числа мелких капель, их общей суммарной поверхности массопередачи, интенсификации массообменных процессов между поверхностью капель и первичным растворителем и, как следствие, увеличит производительность устройства в целом.
На фигуре представлена предлагаемая схема конструкции смесителя.
Смеситель включает цилиндрический корпус 1, вал 2 соединенный с приводом в верхней части, крышку 3 с патрубком ввода 4 первичного раствора и патрубком ввода экстрагента 5, оснащенного загрузочной воронкой 6, отвод которой направлен к центру диска 7.
В нижней части вала 2 установлена мешалка 8, а диск 7 установлен на валу 2 в зоне образования воронки перемешиваемых жидкостей.
На дне корпуса 1 выполнен патрубок вывода 9 обеих перемешанных сред.
Смеситель работает следующим образом.
В корпус 1 заливают по патрубку ввода 4 первичный раствор при закрытом патрубке вывода 9. Включают привод, который начинает вращать вал 2 с угловой скоростью ω. Вместе с валом 2 начинают вращаться с той же угловой скоростью мешалка 8 и диск 7, вовлекая во вращение первичный раствор в корпусе 1, вследствие чего на его поверхности образуется воронка, при этом диск 7 вращается вне поверхности образующейся воронки первичного раствора (вращение диска 7 происходит внутри воронки, не касаясь ее внутренней поверхности). Затем, по патрубку ввода экстрагента 5 через загрузочную воронку 6 на поверхность диска 7 подается экстрагент и открывается патрубок вывода 9 для слива перемешенных первичного раствора и экстрагента. Так как диаметр диска 7 меньше размера образованной на поверхности первичного раствора воронки, то капли экстрагента попадая на поверхность вращающегося диска 7, под действием центробежной силы с линейной скоростью слетают с края диска с большой кинетической энергией и с силой ударяются о внутреннюю поверхность воронки, образованной на поверхности первичного раствора. При ударе капли экстрагента еще больше дробятся на микрокапли с большой поверхностью массопередачи, что приводит к увеличению числа мелких капель, их общей суммарной поверхности массопередачи, интенсификации массообменных процессов между поверхностью капель и первичным растворителем.
При использовании смесителя для выщелачивания молекул извлекаемых веществ из частиц дисперсной фазы, частицы должны подаваться по патрубку ввода экстрагента 5 через загрузочную воронку 6 и ссыпаться на поверхность диска 7. Тогда частицы дисперсной фазы слетают под действием центробежной силы с края вращающегося диска 7 с большой скоростью и с силой ударяются о внутреннюю поверхность воронки, образованной на поверхности первичного раствора при вращении вала 2 с мешалкой 8. Такое взаимодействие частиц дисперсной фазы с поверхностью жидкой воронки интенсифицирует процесс выщелачивания извлекаемых молекул из частиц дисперсной фазы в первичный раствор, подаваемый по патрубку ввода 4, что приводит к увеличению числа мелких капель, их общей суммарной поверхности массопередачи, интенсификации массообменных процессов между поверхностью капель и первичным растворителем.
Таким образом, использование смесителя, содержащего цилиндрический корпус, крышку с патрубками ввода первичного раствора и ввода экстрагента, снабженного загрузочной воронкой, патрубок вывода, вал, оснащенный мешалкой и диском, установленным в зоне образования жидкой воронки, позволяет увеличить производительность устройства.