КОЛЛОИДНАЯ МЕЛЬНИЦА

Введение
Полезная модель относится к устройствам для мокрого сверхтонкого диспергирования различных материалов с одновременным их обезвоживанием и может быть использована в химической, нефтегазодобывающей, строительной, фармацевтической, пищевой и в других отраслях промышленности, перерабатывающих или же выпускающих ультрадисперсные, т.е. коллоидные пастоообразные материалы.
Уровень техники
Известна коллоидная мельница, содержащая конический корпус, внутри которого на горизонтальном валу закреплен конический ротор с осевыми прорезями [Авторское свидетельство СССР №66819. 1940 г.].
Известно также устройство, содержащее два соосно расположенных с возможностью вращения в противоположные стороны диска с чередующимися кольцевыми выступами [Авторское свидетельство СССР №405583, 1971 г.].
Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является устройство, содержащее два соосно расположенных с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, при этом один из дисковых роторов выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет чашеобразную форму, а другой расположен внутри ограждения первого [Авторское свидетельство СССР №880469, 1981 г.]. Для разделения твердой и жидкой фаз мельница снабжена сильфоном.
Однако, данная мельница не может быть применена для получения наноразмерных частиц материалов, так как частицы исходного материала подвергаются ударным воздействиям радиальных пазов только при их движении от центра к периферии между дисковыми роторами, а при движении вдоль полого вала они механическому воздействию не подвергаются. Гранулометрический состав готового измельченного продукта лежит в диапазоне 0.1-15 мкм. К тому же мельница не обеспечивает высокой степени разделения жидкой и твердой фаз;
она не превышает 75%.
Сущность полезной модели
Задача создания полезной модели состояла в поиске конструктивных особенностей коллоидной мельницы, содержащей два соосно расположенных на полом валу с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, один из которых выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет в поперечном сечении чашеобразную форму, а другой ротор размещен внутри ограждения первого и сильфон, размещенный вне зоны измельчения, которые позволили бы повысить дисперсность обработанного материала и повысить эффективность разделения твердой и жидкой фаз.
Поставленная задача решена коллоидной мельницей, содержащей два соосно расположенных на полом валу с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми
выступами и впадинами, один из которых выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет в поперечном сечении чашеобразную форму, а другой ротор размещен внутри ограждения первого, и сильфон, размещенный вне зоны измельчения, в которой внутри полого вала закреплено щелевидное сопло, напротив которого установлена тонкая стальная пластина, заостренная с двух противоположных сторон, линии заточки которых находятся в одной плоскости со щелью сопла, внутренняя поверхность бокового ограждения футерована резиной, имеющей в вертикальном сечении волнообразную форму, а сильфон снабжен фильтрующим элементом с наноразмерным сечением каналов.
Данное устройство позволяет повысить дисперсность обработанного материала до 15-500 нм, и повысить эффективность разделения твердой и жидкой фаз до 99.5%.
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения полезной модели.
На фиг.1 схематично, в разрезе, изображен общий вид коллоидной мельницы. На фиг.2 изображен фрагмент вала со щелевидным соплом и пластиной.
Мельница содержит корпус 1, в котором на вертикальном валу 2 установлен дисковый ротор 3, выполненный в виде усеченного конуса с замкнутым боковым ограждением 4, которое вместе с ротором имеет в поперечном сечении чашеобразную форму и внутри футеровано резиной 5, имеющей в вертикальном сечении волнообразную форму. На полом валу 6 внутри ограждения первого ротора закреплен дисковый ротор 7, имеющий форму диска с кольцевыми канавками 8 трапециевидного профиля и несквозными пазами 9. Оба ротора выполнены соосно с возможностью вращения в противоположные стороны. Внутри полого вала размещено щелевидное сопло 10, напротив которого закреплена тонкая стальная пластина 11. Она заострена с двух противоположных сторон так, что линии заточки находятся в одной плоскости со щелью сопла. Мельница снабжена также сильфоном 12 для отвода осветленной жидкости, размещенным вне зоны измельчения, который оснащен фильтрующим элементом 13 с наноразмерным сечением каналов. Нижняя часть корпуса имеет патрубок 14 для вывода материала.
Мельница работает следующим образом. Исходный материал в виде дисперсии поступает в полый вал 6 и далее в щелевидное сопло 10. Струя, истекающая из щелевидного сопла, попадает на заостренную с двух противоположных сторон тонкую стальную пластину 11. Путем изменения скорости потока, расстояния между соплом и пластиной, размеров пластины последнюю настраивают в резонанс. При натекании потока дисперсной среды на пластину, настроенную в резонанс, она излучает мощные ультразвуковые поля, порождающие кавитацию, которая приводит к ультратонкому измельчению частиц твердой фазы. Затем материал поступает в центр роторов 3 и 7, вращающихся в противоположных направлениях с различной скоростью. Под действием центробежных сил, развиваемых вследствие вращения роторов, материал перемещается через узкий кольцевой зазор от центра к периферии, подвергаясь ударным воздействиям радиальных пазов и испытывая при этом высокие напряжения сдвига, ультразвуковые и кавитационные воздействия, за счет которых происходит доизмельчение частиц дисперсной фазы. После
прохождения лабиринтного зазора дисперсия попадает на внутреннюю поверхность бокового ограждения 4, футерованную резиной 5, имеющей в вертикальном сечении волнообразную форму, а затем на внешнюю поверхность конической части ротора 3. Здесь частицы осаждаются, сползая под действием сил тяжести по внутренней поверхности корпуса и внешней поверхности ротора 3 и выгружаются через патрубок 14. Осветленная жидкость выводится через сильфон 12, снабженный фильтрующим элементом 13 с наноразмерным сечением каналов. Осевой зазор между роторами регулируется в пределах от 0,05 до 0,5 мм, что позволяет изменять как производительность, так и дисперсный состав измельченных материалов.
Наличие на внутренней поверхности бокового ограждения волнообразного резинового покрытия 5 способствует увеличению времени пребывания твердых частиц в мельнице и повышению эффективности разделения твердой и жидкой фаз.
Оснащение сильфона 12 фильтрующим элементом 13 с наноразмерным сечением каналов препятствует попаданию наноразмерных частиц измельченного материала в осветленную жидкость. Это также повышает эффективность разделения твердой и жидкой фаз, в результате чего она достигает 99,5%.
Гранулометрический состав готового продукта находится в пределах 15--500 нм.
Производительность предложенной мельницы зависит от ее габаритных размеров.
Потребляемая энергия предлагаемой мельницы, по сравнению с прототипом, отнесенная к удельной поверхности частиц твердой фазы, ниже в 2 раза.
Применение предлагаемой мельницы позволит получать ультрадисперсные материалы, в том числе наноразмерные материалы с заданным гранулометрическим составом частиц твердой фазы.