АППАРАТ ДЛЯ УСРЕДНЕНИЯ ЖИДКИХ ДИСПЕРСИЙ
DEVICE TO AVERAGE LIQUID DISPERSIONS

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и диспергирования жидких и твердых материалов во всех отраслях химической промышленности, требующих длительного контакта во время переработки.
Известен смеситель [авторское свидетельство СССР №882577, МПК B01F 7/16, 1981], содержащий вертикальный корпус, в котором установлено несколько мешалок с автономными приводами вращательного движения. В этом смесителе установлены вертикальные перегородки, разделяющие корпус на несколько камер. Недостаток данного смесителя заключается в том, что качественное диспергирование и перемешивание среды требуют значительных окружных скоростей всех мешалок, а следовательно, следует ожидать повышенное содержание газа в смеси.
Известно перемешивающее устройство Максимова Н.П. [авторское свидетельство СССР №850193, МПК B01F 7/16, 1981]. Данное перемешивающее устройство содержит вертикальный корпус, выполненный из сопряженных между собой обечаек, которые образуют сообщающиеся камеры, с установленными в них мешалками, соединенными с приводными валами. Недостатками данного устройства являются низкие осевая циркуляция смеси и скорость диспергирования агрегатов твердой фазы в жидкости.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аппарат для усреднения жидких дисперсий (прототип), который содержит наибольшее количество общих с изобретением признаков [авторское свидетельство СССР №993991, МПК B01F 7/16, 1983 (прототип)].
Аппарат для усреднения жидких дисперсий содержит вертикальный корпус с теплообменной рубашкой, выполненный из нескольких сопряженных между собой обечаек с установленными в них мешалками, которые соединены с приводными валами.
Усреднение суспензии в аппарате для усреднения жидких дисперсий достигается за счет создания между обечайками направленных потоков жидкости.
Недостатком такого аппарата для усреднения жидких дисперсий является трудность получения гомогенных жидких дисперсий с низким газосодержанием. Это обусловлено тем, что интенсификация процесса за счет создания аксиальных противоположно направленных потоков жидкости приводит к сильной турбулизации смеси, а следовательно, и к интенсивному ее газонаполнению. Кроме того, в таких аппаратах для усреднения жидких дисперсий предполагается использование лопастных мешалок, которые не являются диспергирующими устройствами. Использование в данном аппарате для усреднения жидких дисперсий дискозубчатых мешалок (дисольверов), которые являются хорошими диспергаторами, затруднено вследствие их низкой способности к перемешиванию.
Задача изобретения - повышение эффективности перемешивания и диспергирования жидких и твердых материалов и снижение газосодержания смеси.
Эта задача решается тем, что периферийные цилиндрические камеры выполнены меньшего диаметра по отношению к центральной цилиндрической камере и имеют прямоугольные тангенциальные отверстия для входа и выхода дисперсии, причем в нижней части камер отверстия открыты в одну сторону, в верхней части камер - в противоположную сторону, а приводные валы имеют общий привод, выполненный в виде рядовой зубчатой передачи с внешним зацеплением.
Центральная цилиндрическая камера выполнена большего диаметра по сравнению с периферийными цилиндрическими камерами и оснащена дискозубчатой мешалкой. Это обусловлено тем, что основной функцией центральной цилиндрической камеры является разрушение агломератов, смачивание поверхности твердых частиц дисперсионной средой, вытеснение из агломератов газа.
Основной функцией периферийных цилиндрических камер является обеспечение радиальной и осевой безударной циркуляции дисперсии с целью ее усреднения, поэтому они оснащены пропеллерными мешалками и имеют прямоугольные тангенциальные отверстия для входа и выхода дисперсии. В нижней части периферийных цилиндрических камер отверстия открыты навстречу потоку жидкости из центральной цилиндрической камеры. В верхней части периферийных цилиндрических камер отверстия открыты по ходу циркуляции жидкости в центральной цилиндрической камере. Такое движение жидкой дисперсии обеспечивается заданными направлением и скоростью вращения приводных валов мешалок в центральной и периферийной цилиндрических камерах. Они вращаются с разной угловой скоростью и имеют противоположные направления вращения. Это обеспечивается тем, что приводные валы мешалок соединены с приводом с помощью рядовой зубчатой передачи с внешним зацеплением.
На фиг.1 показан предлагаемый аппарат для усреднения жидких дисперсий, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - сечение В-В.
Аппарат для усреднения жидких дисперсий содержит вертикальный корпус 1, выполненный из сопряженных между собой обечаек, образующих сообщающиеся центральную цилиндрическую камеру 2 и периферийные цилиндрические камеры 3, 4, 5, 6. Снаружи аппарат для усреднения жидких дисперсий снабжен теплообменной рубашкой 7. Штуцера 8, 9 служат соответственно для ввода и вывода продукта, а штуцера 10, 11 - для подвода и отвода теплоносителя. Центральная цилиндрическая камера 2 снабжена дискозубчатой мешалкой 12. В периферийных цилиндрических камерах 3, 4, 5, 6 установлены пропеллерные мешалки 13. Центральная цилиндрическая камера 2 соединена с периферийными цилиндрическими камерами 3, 4, 5, 6 прямоугольными тангенциальными каналами 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21. Прямоугольные тангенциальные каналы 14, 15, 16, 17, расположенные в нижней части цилиндрических камер, открыты навстречу вращающемуся потоку жидкости. Прямоугольные тангенциальные каналы 18, 19, 20, 21, расположенные в верхней части цилиндрических камер, открыты по ходу движения вращающегося потока жидкости в центральной цилиндрической камере.
Приводные валы мешалок соединены с приводом вращательного движения 22 с помощью рядовой зубчатой передачи с внешним зацеплением, которая включает ведущую шестерню 23 и ведомые шестерни 24.
Принцип работы аппарата для усреднения жидких дисперсий заключается в следующем. В аппарат для усреднения жидких дисперсий с помощью штуцера 8 загружается дисперсионная фаза и дисперсионная среда. При включении дискозубчатой мешалки 12 и пропеллерных мешалок 13 жидкость вовлекается во вращательное движение и циркуляцию. С помощью дискозубчатой мешалки 12 осуществляется диспергирование смеси, а пропеллерных мешалок 13 - безударная циркуляция и усреднение дисперсии как в радиальном, так и в осевом направлениях. Причем угловая окружная скорость вращения дискозубчатой мешалки 12 не должна достигать определенного характера течения, известного в гидродинамике как «эффект теста». При таком характере течения жидкости обеспечивается рациональный режим диспергирования и получение агрегативно-устойчивой системы твердое вещество - жидкость с низким газосодержанием и пенообразованием. Использование предложенного аппарата для усреднения жидких дисперсий вместо известных позволит производить, например, диспергирование пигментов в пленкообразующих веществах или их растворах с образованием агрегативно-устойчивых систем с низким содержанием газа без применения химических средств пеноподавления.