ДИСПЕРГАТОР
DISPERSANT

Изобретение относится к оборудованию для производства бумаги аэродинамическим способом и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для измельчения в потоке воздуха материалов с волокнистой структурой (целлюлоза, картон, макулатура). Цель изобретения - интенсификация процесса и снижение энергозатрат.
Известен диспергатор (патент RU 2154706, D21D 1/34, 1998, протопит), содержащий корпус, размещенный в нем ротор, выполненный в виде диска, который закреплен на валу; по обе стороны диска напротив входного и выходного каналов расположены разгонные лопатки, установленные как одно целое, обечайка с тангенциальными щелями расположена коаксиально между цилиндрической стенкой корпуса и торцевой кромкой разгонных лопаток ротора, выходной канал выполнен в виде цилиндрической трубы с радиально установленными перегородками. Устройство состоит из 8 роторных лопаток и 8 рабочих статорных элементов обечайки. Разделение материала на волокна осуществляется в результате удара роторной лопатки о сгусток целлюлозы, который образуется на «рабочей» плоскости статорного элемента обечайки.
В процессе разволокнения происходит торможение материала на «рабочей» плоскости, ударом роторной лопатки скорость перемещения материала вновь увеличивается, т.е. волокнистый материал перемещается вдоль зоны разволокнения с пульсирующей по величине скоростью.
Превышение толщиной сгустка материала расстояния между двумя ближайшими «рабочими» плоскостями приводит к нарушению стационарного режима перемещения волокнистого материала и стационарного режима получения аэровзвеси волокон.
Положение роторной лопатки напротив «рабочей» плоскости статорного элемента при значительной толщине сгустка вызывает появление момента силы сопротивления вращению ротора, что снижает производительность процесса и может вызвать «заклинивание» ротора диспергатора.
Задачей заявляемого изобретения является создание диспергатора, позволяющего обеспечить стационарность циркуляционного потока в зоне диспергирования и увеличить производительность процесса разволокнения материала.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что диспергатор состоит из корпуса, в котором установлен ротор в виде диска, закрепленный на валу, с разгонными лопатками, входной и выходной каналы, расположенные коаксиально относительно оси вращения ротора, причем разгонные лопатки ротора закреплены на его диске радиально со стороны выходного канала, и из обечайки с тангенциальными щелями, которая расположена коаксиально между стенкой корпуса и торцевой кромкой разгонных лопаток ротора и образует с корпусом кольцевую полость, сообщающуюся с тангенциальным каналом для подачи воздуха. Согласно изобретению количество разгонных лопаток на 1 меньше количества статорных элементов обечайки, между разгонными лопатками устанавливаются короткие лопатки для инерционного сепарирования волокон.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, определен тем, что количество роторных лопаток определяется режимом диспергирования материала, а необходимость осуществлять в процессе диспергирования материала инерционное сепарирование аэровзвеси волокон однозначно ограничивает минимальное количество роторных лопаток. Различная длина роторных лопаток обусловлена выполняемой ими функцией: диспергирование за счет длинных лопаток и инерционное сепарирование укороченными лопатками. Число роторных лопаток для диспергирования материала на 1 меньше количества статорных элементов, что обеспечивает динамическое равновесие образования сгустка и его разделения на волокна и предотвращает заклинивание диспергатора. Геометрические параметры статорных элементов (угол наклона рабочей плоскости и угол сектора установки статорных элементов) обеспечивают стационарность циркуляционного потока волокнистого материала в диспергаторе.
В диспергаторе с восьмью статорными элементами нельзя создать стационарный режим перемещения волокнистого материала и стационарный режим получения аэровзвеси волокон в связи с тем, что не выполняются главные условия стационарности циркуляционного потока. Во-первых, величина потока волокнистого материала, поступающего на «рабочую» плоскость статорного элемента, должна равняться величине потока материала, уходящего с «рабочей» плоскости. Во-вторых, количество волокнистого материала в объеме между «рабочими» плоскостями статорных элементов должно соответствовать количеству волокнистого материала в сгустке, образующемся на «рабочей» плоскости. В предлагаемом устройстве увеличено количество статорных элементов, то есть увеличено число соударений материала со статорными элементами и повышена интенсивность разволокнения (производительность) диспергирования. В диспергаторе с двенадцатью статорными элементами режим перемещения волокнистого материала приближается к стационарному при угле наклона «рабочих» плоскостей 15 градусов. Увеличение свыше 12 количества статорных элементов приводит к изменению угла наклона статорного элемента по отношению к окружности внешнего среза лопаток ротора и увеличению критической толщины сгустка материала на «рабочей» плоскости статорного элемента, то есть максимальной толщины сгустка материала, способного вращаться в зоне активного механического воздействия без эффекта «заклинивания» ротора. Расчетные данные проверены на трех лабораторных установках периодического и двух установках непрерывного действия. В таблице приведены значения параметров установки статорных элементов и критической толщины сгустка материала на «рабочей» плоскости статорного элемента, данные графы №1 соответствуют конструкции прототипа.
На фиг.1 представлена конструкция заявляемого диспергатора: вид сбоку (а) и вид сверху (б). Диспергатор состоит из ротора 1, представляющего собой установленный на валу 3 диск 4, на котором расположены лопатки 5 с ножами 6. Ротор помещен в цилиндрический корпус 7, в котором по окружности расположены статорные элементы 8. Между статорными элементами расположены каналы 9 для прохода сушильного воздуха. Поступающий через каналы 9 поток воздуха удаляется через патрубок 10, снабженный теплоизолирующими вставками 14. На патрубке 10 расположены плоские статорные лопатки 11, обеспечивающие спрямление вращательного движения выходящего потока аэровзвеси волокон.
Снаружи цилиндрического корпуса 7 установлена улитка 2 для равномерной подачи сушильного воздуха по каналам 9. Измельченная до лепестков целлюлоза поступает в диспергатор по патрубку 12 и лопатками 15 подается в зону 13 активного механического воздействия.
Устройство работает следующим образом. В диспергатор через входной канал 12 в потоке воздуха подается материал (увлажненная целлюлоза, макулатура). Вращение ротора вызывает вращение подаваемой в диспергатор измельченной целлюлозы, которая под действием центробежных сил отбрасывается на статорные элементы 8. Форма статорных элементов обеспечивает смещение частиц целлюлозы в направлении ножей ротора 6.
В результате в кольцевом зазоре между статорными элементами 8 и внешним срезом ножей ротора образуется взвешенный слой измельченной целлюлозы, в котором частицы целлюлозы подвергаются ударам о ножи ротора и статорные элементы.
Соударение лепестков измельчаемой целлюлозы с ножами лопаток ротора для диспергирования и статорными элементами 8 приводит к разделению лепестков на отдельные волокна. Отдельные волокна под действием аэродинамического давления радиального потока воздуха, поступающего через щели обечайки, лопатками ротора 16 удаляются из диспергатора через патрубок 10. Неразделенные на волокна более тяжелые частицы целлюлозного материала под действием центробежных сил продолжают удерживаться в зоне диспергирования до тех пор, пока не разделятся на отдельные волокна. В зоне разрыва материала индивидуальные волокна освобождаются от межволоконных связей и удаляются из диспергатора через патрубок.
Для обеспечения стационарности потока волокнистого материала и стационарности потока получаемой аэровзвеси волокон в диспергаторе устанавливается не менее 12 статорных элементов, число роторных лопаток на 1 меньше количества статорных элементов. Для улучшения выноса (сепарирования) отдельных волокон между лопатками 5 устанавливаются укороченные по длине (вдоль радиуса вращения) роторные лопатки 16. На фиг.1-б дана схема расположения статорных элементов и роторных лопаток различной длины.
Таким образом, при использовании заявляемых параметров конструкции устройства материал подвергается диспергированию в стационарном режиме, обеспечивается равномерность получения аэровзвеси волокон, увеличивается производительность процесса и снижается его энергоемкость.
№
Количество статорных элементов
Угол сектора установки статорных элементов (градус)
Угол наклона «рабочей» плоскости статорного элемента к окружности внешнего среза лопаток ротора (градус)
Относительная толщина сгустка материала (см)
1
8
45
12,5
1,0
2
12
30
15
2,7
3
15
24
34
4,0
4
18
20
41,5
5,0
5
20
18
45
5,6
6
24
15
50
6,9