Смеситель-эмульсатор
MIXER-EMULSIFIER

Изобретение относится к смесителям, в частности к системам для приготовления эмульсий и суспензий для сжигания в топках энергетических установок, а также в химической технологии.
Известен смеситель (см. заявку Великобритания № 1305042, кл. В1. С, опубл. 1976 г.), содержащий цилиндрический корпус, вал, радиально закрепленные на роторе лопасти, перфорированный диск, установленный в корпусе за ротором по ходу движения жидкости, патрубки ввода и вывода жидкости и привод, соединенный с валом.
Недостатком является низкое качество готового продукта из-за недостаточной поверхности контакта смешиваемых компонентов.
Известен смеситель-эмульсатор (см. авт. свид. № 1411015, кл. В01F 7/02, опубл. 23.07.1988, Бюл. № 27), содержащий цилиндрический корпус, вал, установленный по оси корпуса, многолопастный ротор, размещенный на валу, радиально закрепленные на роторе лопасти, перфорированный диск, установленный в корпусе за ротором по ходу движения жидкости, патрубки ввода и вывода жидкости и привод, соединенный с валом, причем он снабжен улиткообразными камерами, расположенными на входе и выходе смесителя-эмульсатора и соединенными с патрубками ввода и вывода жидкости, при этом лопасти ротора выполнены с серповидными на периферии участками, переходящими в плоские участки, расположенные у ротора и параллельные его продольной оси, а диаметр отверстий в диске увеличивается по направлению от оси корпуса к его периферии.
Недостатком является снижение качества готового продукта при изменяющейся концентрации механических примесей в потоке жидкости из-за налипания твердых частиц на поверхность лопастей ротора, которые резко уменьшают турбулизацию потока, что приводит к падению эффективности смешивания компонентов эмульсий и/или суспензий.
Технической задачей является поддержание нормированного качества готового продукта в изменяющихся условиях смешивания жидкости с механическими примесями путем устранения налипания твердых частиц на поверхности лопастей ротора путем выполнения лопастей из биметалла с отличным коэффициентом теплопроводности соответствующих материалов в 2,0–2,5 раза.
Технический результат достигается тем, что смеситель-эмульсатор содержит цилиндрический корпус, вал, установленный по оси корпуса, многолопастный ротор, размещенный на валу, радиально закрепленные на роторе лопасти, перфорированный диск, установленный в корпусе за ротором по ходу движения жидкости, патрубки ввода и вывода жидкости и привод, соединенный с валом, при этом он снабжен улиткообразными камерами, расположенными на входе и выходе смесителя-эмульсатора и соединенными с патрубками ввода и вывода жидкости, при этом лопасти ротора выполнены с серповидными на периферии участками, переходящими в плоские участки, расположенные у ротора и параллельные его продольной оси, а диаметр отверстий в диске увеличивается по направлению от оси корпуса к его периферии, кроме того, лопасти ротора выполнены из биметалла, причем материал биметалла, расположенного по ходу вращения ротора, имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал биметалла, расположенного с противоположной стороны.
На фиг. 1 изображена смесительная камера, продольный разрез; на фиг. 2 - то же аксонометрия; на фиг. 3 - многокамерное выполнение смесителя; на фиг. 4 - лопасть ротора из биметалла с коэффициентами теплопроводности материалов, отличающихся по ходу вращения в 2,0-2,5; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - смеситель, вид сбоку с частичным вырезом; на фиг. 7 - то же аксонометрия.
Смеситель-эмульсатор снабжен улиткообразными камерами 9 и 10, расположенными на входе и выходе устройствами и соединенными патрубками ввода 6 и вывода 7 жидкости, при этом лопасти ротора выполнены с серповидными на периферии участками 11, переходящими в плоские участки 12, расположенные у ротора и параллельные его продольной оси. Диаметр отверстий 13 в диске 5 увеличивается по его направлению от оси корпуса к его периферии. Лопасти 4 ротора 3 выполнены из биметалла 14, причем материал 15, например алюминий, биметалла 14 по ходу вращения ротора 3 имеет коэффициент теплопроводности λ=204 Вт/(м⋅гр) (см., например, стр. 312. Нашокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. школа, 1980. - 469 с., ил.), а материал 16, например латунь, биметалла 14 имеет коэффициент теплопроводности λ=85 Вт/(м⋅гр) (см. там же), что соответствует соотношению между ними, равному 2,0-2,5 раза.
Смеситель-эмульсатор работает следующим образом. Механические примеси, смоченные жидкостью в движущемся потоке при соприкосновении с плоскими участками 12 и серповидными на периферии участками 11, налипают на лопасти 4 ротора 3, что приводит к смягчению ударно-срезывающего эффекта потока жидкости с механическими примесями. В результате резко ухудшается структура эмульсии и, как следствие, падает качество готового продукта.
При выполнении лопастей 4 из биметалла 14 материал 15 по ходу вращения ротора 3 ударяется о поток жидкости с механическими примесями, что способствует образованию тепловой энергии удара (см., например, Седов Л.И. Механика сплошных сред М.: Недра. - 1970. - 469 с.). В результате температура поверхности контакта материала 15 биметалла 14 возрастает на 5 и более градусов (см., например, стр. 192, Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса. М.: Энергия, - 1971 - 384 с. ил.). В связи с тем, что коэффициент теплопроводности материала 15 биметалла 14, расположенного по ходу вращения ротора 3, имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше и материал 16 биметалла 14, расположенного с противоположной стороны на лопасти 4 возникают микротермовибрации (см., например, Дмитриев В.Н. Биметаллы. Пермь. - 1991. - 312 с.), которые стряхивают с участков 11 и 12 механические примеси, не давая им налипать на поверхность лопастей 4.
В результате поддерживаются нормированные условия перемешивания компонентов в движущемся потоке с обеспечением получения качественного готового продукта при изменяющейся концентрации механических примесей.
Поток жидкости под давлением от постороннего источника подается во входную камеру 9, в которой, получая вращательное движение и закручиваясь на выходе из нее, поток вступает во взаимодействие с ротором 3, участки 12 лопастей ротора 3 вызывают турбулизацию потока и изменение направления его движения на противоположное. Механические примеси разбиваются сильно турбулизированным потоком жидкости, создаваемым на начальном участке 12 вращающихся лопастей 4 ротора и многократным изменением направления его движения. Серповидные участки 11 ротора 3 закручивают поток по винновой траектории, создают подпор потоку и отбрасывают его к диску 5 с многорядовым расположением отверстий 13, число и диаметр которых при удалении от оси аппарата к периферии возрастает. Проходя через диск 5 с отверстиями, поток выпрямляется с одновременным делением на большое количество струй, которые подаются в камере 10, выполненной в виде улитки. В выходной камере 10 поток закручивается по винтообразной траектории, что обеспечивает дополнительное механическое воздействие на него.
Для дальнейшего повышения эффективности смешения потока смеситель может иметь несколько последовательно установленных камер, в которых улиткообразный выход предыдущей камеры является входом последующей камеры, при этом поток жидкости подвергается многократному воздействию ударно-срезывающего эффекта для улучшения структуры и однородности потока.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что обеспечивается получение качественного готового продукта при изменяющихся концентрациях механических загрязнений в движущемся потоке жидкости путем устранения их налипания на поверхности лопастей ротора за счет стряхивания налипающих твердых частиц вследствие термовибрационного воздействия, в результате выполнения лопастей из биметалла с коэффициентом теплопроводности металлов, отличающихся в 2,0-2,5 раза.