БИСЕРНАЯ МЕЛЬНИЦА

Рассматриваемая полезная модель относится к устройствам для измельчения, в частности, к бисерным мельницам, и может быть применена как для диспергирования, так и для мокрого помола в различных отраслях промышленности, где требуется получение мелкодисперсной суспензии, например, в химической, лакокрасочной, строительной, полиграфической, пищевой промышленностях.
Как известно, для измельчения и активации различных материалов используются различные мельницы, например, так называемые, барабанные мельницы, шаровые мельницы, бисерные мельницы. К шаровым мельницам относятся, например, следующие известные устройства:
центробежная мельница непрерывного действия, содержащая питатель, сепаратор с шарами, расположенный в непрерывном корпусе (SU 395111, В02С 15/08, 1971);
центробежная мельница непрерывного действия, рабочая поверхность корпуса которой снабжена ребрами, и которая содержит питатель и сепаратор, выполненный с полостью, заполненной шарами, и со сквозными отверстиями на боковой стенке, соответствующими по диаметру мелющим шарам (SU 925386, В02С 15/08, 1982);
центробежная мельница также шарового типа, содержащая цилиндрический корпус с загрузочными и выгрузочными патрубками, соосно расположенные ротор и сепаратор, при чем последний выполнен с глухими радиальными каналами, расположенными с наклоном вниз относительно оси ротора и с лопатками на выходе из каналов, в которых размещены шары. (RU 2030214, В02С 15/08, 1995).
Однако известные шаровые мельницы не позволяют получить высокодисперсный продукт с диаметром частиц менее 5 мкм. Такая недостаточная эффективность шаровых мельниц объясняется монодисперсным составом шаров, что приводит к уменьшению удельной поверхности контакта измельчаемого материала с шарами.
Для измельчения различных твердых продуктов, как сказано выше, применяются также бисерные мельницы. К этому типу мельниц относится и новое устройство, рассматриваемое в качестве полезной модели.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является известное измельчающее устройство, которое по конструкционным признакам и области применения также относится к категории бисерных мельниц. Измельчающее устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит корпус, заполненный бисером, перемешивающее приспособление, состоящее из вала с закрепленными на нем по высоте дисками, и запорно-распределительное устройство, снабженное каналами, сообщающимися с нагнетательным трубопроводом и запорным подпружинным клапаном, при чем каналы запорно-распределительного устройства выполнены в нижнем диске перемешивающего приспособления и расположены в нем радиально, а запорный клапан размещен внутри вала, вдоль его оси (SU 434971, В01F 13/04, 1974). Основной недостаток данного известного устройства - низкая эффективность измельчения, что объясняется периодическим забиванием устройства в процессе работы из-за налипания адгезировавшей суспензии на внутренней поверхности канала.
Целью конструирования нового устройства является создание эффективного измельчающего устройства упрощенной конструкции, обеспечивающего получение мелкодисперсной суспензии с диаметром частиц менее 5 мкм.
Указанная цель достигается тем, что сконструированная бисерная мельница, содержит стакан диспергирования с рубашкой охлаждения, крышку с торцевым уплотнением и резьбовыми отверстиями, перемешивающее приспособление, состоящее из вала и закрепленных на нем профильных дисковых мешалок, имеющих отверстия диаметром, составляющим 1/3 от диаметра мешалки, которые устанавливаются на расстоянии от дна контейнера до нижней мешалки, составляющем 1,2-1,6h и при Сохранении зазора между внутренним диаметром рабочего стакана и профильными мешалками, установленными равномерно по всей высоте вала на расстоянии шага, рассчитываемого из соотношения h=0,5d-b, где h - длина шага, d - диаметр мешалки, b - толщина диска мешалки, составляющая (0,05-0,08)d, a также в нижней части содержит конусную воронку и неподвижно закрепленный щелевой сепаратор, представляющий из себя перфорированный диск, имеющий величину живого сечения, составляющую 10-15% от общей площади диска.
Перфорированный диск, установленный в нижней части рабочего стакана имеет диаметр отверстий 0,7-1,0 мм
Зазор между внутренним диаметром стакана и профильными мешалками равняется, оптимально, 5 диаметрам используемого бисера.
Устройство работает в непрерывном или периодическом режиме.
Новое устройство имеет общие с устройством-прототипом конструкционные признаки, а именно содержит емкость, заполненную бисером, перемешивающее устройство, состоящее из вала с закрепленными на нем профильными мешалками и перфорированный сепаратор. В рубашку охлаждения стакана диспергирования подается хладоагент (теплоноситель) для поддержания необходимой температуры внутри стакана, что позволяет проводить процесс диспергирования в заданных диапазонах температур.
Однако новое устройство существенно отличается от прототипа несколькими конструкционными признаками. Во-первых, в рассматриваемом устройстве на валу на равном расстоянии по всей высоте стакана установлены профильные мешалки, выполненные в форме дисков, причем расстояние между ними рассчитывается согласно приведенному выше уравнению, а между профильными мешалками и внутренним диаметром рабочего стакана имеется зазор, который, оптимально, равняется 5 диаметрам используемого бисера. Эффективное применение установки в процессе диспергирования в жидких средах показало именно расположение мешалок по всей длине вала, а так же наличие необходимого зазора между внутренним диаметром стакана и профильными мешалками, что позволяет реализовывать механизм диспергирования по всей высоте стакана. Рассчитанное оптимальное расстояние от дна мельницы до нижней мешалки позволяет избежать образования застойной зоны. В комплексе с другими признаками, установка обеспечивает получение мелкодисперсной суспензии и повышает эффективность всего процесса измельчения, значительно снизив при этом время диспергирования.
Существенным признаком данной установки является и наличие щелевого сепаратора, в виде съемного перфорированного диска, неподвижно закрепленного в нижней части рабочего стакана и имеющего величину живого сечения 10-15% от общей площади диска (диаметр отверстий на уровне 0,7-1 мм). Перфорированный диск предназначен для обеспечения направленного потока суспензии. Через перфорированную стенку диска выходит высокоскоростной суспензионный поток, что обеспечивает эффективное перемешивание и диспергирование материала.
Использование конусной воронки стабилизирует поток смеси и позволяет избежать налипание обрабатываемого материала на внутренней поверхности даже при обработке высоко адгезионных материалов, а также минимизирует площади застойных зон в бисерной мельнице.
Таким образом, в бисерной мельнице происходит истирание частиц за счет сдвиговых усилий и измельчение за счет удара. Время диспергирования уменьшается.
В комплексе все конструктивные элементы установки позволяют получать измельченный материал с диаметром частиц 1-5 мкм.
На рис.1 изображена бисерная мельница, общий вид. Бисерная мельница содержит рабочий стакан с рубашкой 3, заполненный измельчающим материалом (бисером), сверху которого установлена крышка 2 с торцевым уплотнением и резьбовыми отверстиями для установки трубопроводов, перемешивающее устройство, состоящее из вала 1 и закрепленными на нем на равном расстоянии по всей высоте профильными мешалками в виде дисков 7, щелевой сепаратор 4, выполненный в форме перфорированного диска, неподвижно закрепленный в нижней части рабочего стакана, воронку 5, через которую проходит измельченный продукт, станину 6,
Работает бисерная мельница следующим образом в следующей последовательности:
1. На валу (поз.1) устанавливается необходимое количество профильных мешалок (поз.7).
2. Закрывается крышка (поз.2) и равномерно затягиваются болты крепления по всему периметру.
3. Через загрузочный люк в рабочий стакан диспергирования (поз.3) загружается расчетное количество измельчающих тел (бисера).
4. В « рубашку» стакана диспергирования (поз.3), для охлаждения подается теплоноситель (вода).
5. Через резьбовое отверстие в крышке (поз.2) подается исходный, измельчаемый материал.
6. Включается электропривод данной установки.
В бисерной мельнице происходит истирание частиц за счет сдвиговых усилий и измельчение за счет удара. Активное время диспергирования составляет доли секунды за счет сочетания градиента скорости (сдвига) в узких зазорах с гидродинамическим ударом. В процессе измельчения на данной установке получают материал с размером частиц 1-5 мкм.