Устройство для перемешивания и растворения сыпучих материалов
DEVICE FOR MIXING AND DISSOLVING LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к оборудованию барабанного типа для перемешивания сыпучих материалов с жидкостью и предназначено для приготовления растворов из твердых веществ полидисперсного состава.
Известен барабанный смеситель (Патент РФ №2021850, 1994, B01F 9/02), включающий горизонтально установленный корпус, вращающийся на опорных роликах, загрузочно-разгрузочное окно и лопасти, размещенные на боковой поверхности корпуса. Основным недостатком барабанного смесителя является наличие в нем между лопатками застойных зон, что значительно уменьшает скорость растворения твердых веществ, особенно мелкодисперсных.
Известен аппарат для растворения твердых полидисперсных веществ (Авторское свидетельство СССР №1514394, 1989, B01F 1/00), включающий корпус, загрузочное окно, цилиндрические пальцы, перфорированный поддон и штуцер отвода жидкости.
Основным недостатком данного аппарата является низкая скорость растворения твердых полидисперсных веществ. Это обусловлено тем, что подлежащие переработке твердые материалы не подвергаются механическому перемешиванию.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных и стержневых смесей (Авторское свидетельство СССР №1069850, 1984, B01F 9/08), прототип. Смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных и стержневых смесей, содержащий цилиндрический горизонтально вращающийся корпус на опорных катках, внутри которого расположен рабочий орган и разгрузочное окно, рабочий орган выполнен в виде цилиндрических не связанных между собой стержней-катков, а разгрузочное окно выполнено в виде отверстий, выполненных в боковой поверхности корпуса по его окружности, при этом в районе разгрузочного окна на внешней поверхности корпуса установлено с возможностью поворота кольцо с отверстиями, выполненными по ее периметру.
К основным недостаткам данного смесителя следует отнести низкую эффективность размалывающего воздействия стержней катков на сыпучий материал по всей длине корпуса смесителя и сложность его использования для растворения твердых веществ жидкостью.
Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности процессов перемешивания и растворения сыпучих материалов в производствах большой единичной мощности.
Решение указанной задачи достигается тем, что предлагается устройство для перемешивания и растворения сыпучих материалов, включающее горизонтально установленный корпус, вращающийся на опорных роликах, внутри которого расположен рабочий орган из не связанных между собой стержней-катков, загрузочно-разгрузочное окно, размещенное на боковой поверхности корпуса. Боковая поверхность корпуса изготовлена по спирали Архимеда, четвертая часть которой перед загрузочно-разгрузочным окном по ходу вращения корпуса выполнена перфорированной, стержни-катки изготовлены в виде одинаковых катушек, состоящих из цилиндрических концевых шайб и цилиндрических осей их соединяющих, толщина цилиндрических концевых шайб катушек выполнена равной половине их диаметра, нормально к цилиндрическим поверхностям осей, соединяющих цилиндрические концевые шайбы катушек, установлены в шахматном порядке цилиндрические пальцы высотой, равной двум их диаметрам, свободные концы цилиндрических пальцев смонтированы заподлицо с цилиндрической поверхностью цилиндрических концевых шайб катушек, снизу под корпусом установлен поддон с крышкой и штуцерами подвода и отвода жидкости, верхняя цилиндрическая крышка поддона выполнена перфорированной.
На фиг. 1 изображено устройство для перемешивания и растворения сыпучих материалов во время загрузки, общий вид; на фиг. 2 - поперечный разрез устройства последовательно через каждую четверть оборота корпуса после загрузки; на фиг. 3 - стержень-каток, общий вид.
Заявляемое устройство для перемешивания и растворения сыпучих материалов включает горизонтально установленный корпус 1, вращающийся на опорных роликах 2 с помощью электродвигателя 3, редуктора 4 и клиноременной передачи 5. Боковая поверхность корпуса изготовлена по спирали Архимеда. На боковой поверхности корпуса 1 размещено загрузочно-разгрузочное окно 6. Четвертая часть боковой поверхности корпуса 1, расположенная между образующими корпуса на расстоянии, равном четвертой части периметра корпуса, перед загрузочно-разгрузочным окном 6 по ходу движения корпуса выполнена перфорированной 7. Внутри корпуса 1 свободно уложены во всю длину стержни-катки 8, не связанные между собой. Стержни-катки 8 изготовлены в виде одинаковых катушек, состоящих из цилиндрических концевых шайб 9 и цилиндрических осей 10, их соединяющих. Толщина цилиндрических концевых шайб 9 катушек выполнена равной половине их диаметра. Нормально к цилиндрическим поверхностям осей 10, соединяющих цилиндрические концевые шайбы катушек, установлены в шахматном порядке цилиндрические пальцы 11. Высота цилиндрических пальцев 11 равна двум их диаметрам. Свободные концы цилиндрических пальцев 11 смонтированы заподлицо с цилиндрической поверхностью цилиндрических концевых шайб 9. Снизу под корпусом 1 установлен поддон 12 с крышкой 13 и штуцерами подвода 14 и отвода 15 жидкости. Верхняя цилиндрическая крышка 12 поддона выполнена перфорированной. Подача сыпучего материала к загрузочно-разгрузочному окну 6 осуществляется через лоток 16. Крышки 17 предназначены для загрузки стержней-катков внутрь корпуса 1.
Устройство для перемешивания и растворения сыпучих материалов работает следующим образом.
Перед началом работы устройства его корпус должен быть повернут в положение, изображенное на фиг. 1. Определенное количество подлежащего перемешиванию и растворению сыпучего материала загружается внутрь корпуса 1 устройства через лоток 16 и окно 6. Необходимый объем растворителя заливается в поддон 12 через штуцер 14. При вращении корпуса 1 действием сил тяжести, трения, центробежных сил инерции сыпучий материал, стержни-катки, а через один оборот корпуса и жидкость (растворитель) начинают совершать циркуляционное движение внутри корпуса устройства. При таком их совместном движении одновременно осуществляются процессы смешения, измельчения частиц сыпучего материала, их смачивание и растворение. По окончании процесса растворения продукт сливается из поддона 12 через штуцер 15. Симбиоз одновременно осуществляемых процессов значительно сокращает время на растворение сыпучих материалов в жидкости и получение однородного продукта.
Указанные преимущества предлагаемого устройства для перемешивания и растворения сыпучих материалов, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что боковая поверхность корпуса изготовлена по спирали Архимеда, четвертая часть боковой поверхности корпуса перед загрузочно-разгрузочным окном по ходу вращения корпуса выполнена перфорированной, стержни-катки изготовлены в виде одинаковых катушек, состоящих из цилиндрических концевых шайб и цилиндрических осей, их соединяющих, толщина цилиндрических концевых шайб катушек выполнена равной половине их диаметра, нормально к цилиндрическим поверхностям осей, соединяющих цилиндрические концевые шайбы катушек, установлены в шахматном порядке цилиндрические пальцы высотой, равной двум их диаметрам, свободные концы цилиндрических пальцев смонтированы заподлицо с цилиндрической поверхностью цилиндрических концевых шайб катушек, снизу под корпусом установлен поддон с крышкой и штуцерами подвода и отвода жидкости, верхняя цилиндрическая крышка поддона выполнена перфорированной.
Выполнение боковой поверхности корпуса по спирали Архимеда и четвертой части боковой поверхности корпуса перед загрузочно-разгрузочным окном по ходу вращения корпуса перфорированной обеспечивает интенсивную циркуляцию жидкости внутри корпуса, из корпуса в поддон и обратно. Циркуляция жидкости осуществляется следующим образом. За один оборот корпуса (в данном случае против движения стрелки часов) жидкость из поддона зачерпывается с помощью выступающего наружу края загрузочно-разгрузочного окна, переливается внутрь корпуса. В процессе движения с сыпучим материалом и стержнями-катками внутри корпуса жидкость растворяет некоторую его часть и выводится из корпуса обратно в поддон через перфорацию корпуса. Циркуляция осуществляется до полного растворения сыпучего материала. Конструкция устройства обеспечивает в процессе растворения сыпучего материала возможность введения в устройство дополнительных порций жидкости и сыпучего материала.
Использование в устройстве стержней-катков предложенной конструкции позволяет обеспечить следующие преимущества: необходимое силовое воздействие на сыпучий материал с целью его измельчения локально по всей длине корпуса устройства, увеличение поверхности контакта твердой и жидкой фаз с помощью цилиндрических пальцев, закрепленных на цилиндрических поверхностях осей. Это обусловлено тем, что, во-первых, давление пальцев на частицы сыпучего материала значительно больше, чем удельное давление, оказываемое сплошной цилиндрической поверхностью стержней-катков, используемых в прототипе, во-вторых, в результате вдавливания пальцев в слой сыпучего материала стержни-катки при движении оставляют за собой след со множеством углублений, в-третьих, между пальцами стержней-катков всегда остается место для проникания растворителя. Следует заметить, что поверхность ссыпающегося слоя сыпучего материала внутри корпуса устройства не является идеально ровной, и давление, оказываемое стержнями-катками цилиндрической формы на слой, будет разным по длине корпуса. Кроме того, известно, что в поднимающемся слое, состоящем из сыпучего материала и стержней-катков, относительное движение вообще отсутствует.
Опытным путем установлено, что толщины цилиндрических концевых шайб катушек, равные половине их диаметра, что достаточно для надежного устранения перекоса при циркуляционном движении стержней-катков внутри корпуса.
Также опытным путем установлено, что цилиндрические пальцы высотой, равной двум их диаметрам и смонтированные заподлицо с цилиндрической поверхностью цилиндрических концевых шайб катушек, обеспечивают их достаточную износоустойчивость, а установка их в шахматном порядке - хорошую фильтрацию растворителя через слой сыпучего материала.
Выполнение верхней цилиндрической крышки поддона перфорированной обеспечивает улавливание частиц сыпучего материала, унесенных жидкостью из корпуса устройства, через загрузочно-разгрузочное окно и удержание частиц сыпучего материала при их загрузке непосредственно на крышку поддона и дальнейшую транспортировку в корпус устройства.