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 (ступенчатой и радикальной) требуется обеспечить высокую степень перемешивания, высокое давление в реакционной области при сохранении низкого уровня локальных сдвиговых нагрузок в реакционной области.
В современной химической технологии применяются мешалки типа ViscoJet (см. viscotjet.ru). В мешалках этого типа на вертикальном валу закреплены лопасти, выполненные в виде усеченного конуса постоянного профиля. Направление вращения выбирается таким образом, чтобы поток реакционной массы проходил от основания конуса к его усеченному краю. Тем самым внутри лопасти формируется ускоряющийся поток жидкости, в котором градиент скорости направлен от основания конуса к его усеченному концу. В результате возникает реактивный поток, который эффективно турбулизирует реакционную среду в объеме всего реактора.
Однако мешалки типа ViscoJet традиционного с традиционным профилем недостаточно эффективно решают задачу обеспечения высокого давления в реакционной области при сохранении низкого уровня локальных сдвиговых нагрузок в реакционной области.
Задача заявляемой полезной модели – расширение арсенала технических средств для перемешивания.
Техническим результатом предложения является обеспечение высокого давление в реакционной области при сохранении низкого уровня локальных сдвиговых нагрузок в реакционной области, при сохранении высокой степени перемешивания всего реакционного объема.
о
Технический результат достигается тем, что мешалка содержит вал с размещенными на нем под углом 90  объемными лопастями, выполненными в виде усеченных конусов, внутренний профиль которых выполнен в виде  сужающейся и расширяющейся частей, при этом  соотношение диаметра основания конуса Do к диаметру критического сечения Dkr лежит в диапазоне от 0,47 до 0,52, соотношение диаметра основания конуса Do к диаметру усеченного конуса Du лежит в диапазоне от 0,58 до 0,61, а расстояние от диаметра основания конуса Do до диаметра критического сечения Dkr лежит в диапазоне от 0,3 до 0,33 от высоты усеченного конуса Н.
На фиг. 1 представлена мешалка.
На фиг. 2 – профиль сечения лопасти.
о
Мешалка содержит вал 2 с размещенными на нем под углом 90  объемными лопастями 1, выполненными в виде усеченных конусов, внутренний профиль которых выполнен в виде  сужающийся и расширяющейся частей, при этом  соотношение диаметра основания конуса Do к диаметру критического сечения Dkr лежит в диапазоне от 0,47 до 0,52, соотношение диаметра основания конуса Do к диаметру усеченного конуса Du лежит в диапазоне от 0,58 до 0,61, а расстояние от диаметра основания конуса Do до диаметра критического сечения Dkr лежит в диапазоне от 0,3 до 0,33 от высоты усеченного конуса Н.
Технический результат предложенного технического решения достигается только в пределах указанных выше соотношений, что подтверждается проведенными экспериментами.
Пример конкретного выполнения сопла: диаметр основания конуса Do= 70 мм; диаметр усеченный диаметр конуса Du= 40 мм; диаметр критического сечения Dkr= 35 мм.
18
10
При таких параметрах сопла и угловой скорости вращения мешалки 30-60 об/мин режим течения сохраняется дозвуковым во всех диапазонах скоростей. Однако при обычных для процесса полимеризации значениях динамической вязкости среды в пределах от 200 до 3000 спз, в части сопла, набегающей на поток, возникает локальная стоячая волна уплотнения, в которой давление реакционной массы повышается до 30% по сравнению с нормальным давлением в аппарате. В этой области, а также в ламинарном поверхностном слое, сформировавшемся на внутренней поверхности конуса, проходит в кинетической стадии при достижении концентрации мицелл 10 на см куб. и макрокапель мономера 10 на см куб. При этих параметрах реакция полимеризации протекает без образования макроразмерных частиц коагулюма.
Работа заявляемой мешалки осуществляется следующим образом. Мешалку устанавливают в реактор. В реактор дозируют необходимые мономеры. Включают двигатель 3 и начинают перемешивания вплоть до набора ею 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.
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 30-60 об/мин;
Линейная скорость - 4-5 м/с.
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 30-60 об/мин;
Линейная скорость - 4-5 м/с.
Мешалка позволяет одновременно обеспечить:
оптимальный для проведения реакции полимеризации в эмульсии режим перемешивания;
формирование области повышенного давления в реакционной массе заключенной в объем лопасти;
оптимальные характеристики поверхностного слоя реакционной массы на поверхности лопастей, необходимые для проведения реакции полимеризации в кинетической стадии без образования макроразмерного коагулюма.