КОЛЛОИДНАЯ МЕЛЬНИЦА

Введение
Полезная модель относится к устройствам для мокрого сверхтонкого диспергирования различных коллоидных дисперсных систем с одновременным их обезвоживанием и может быть использована в химической, нефтегазодобывающей, строительной, фармацевтической, пищевой и в других отраслях промышленности, перерабатывающих или же выпускающих ультрадисперсные, в т.ч. наноразмерные жидкофазные материалы.
Уровень техники
Известна коллоидная мельница, содержащая конический корпус, внутри которого на горизонтальном валу закреплен конический ротор с осевыми прорезями [Авторское свидетельство СССР №66819, 1940 г.].
Известно устройство, которое содержит два соосно расположенных с возможностью вращения в противоположные стороны диска с чередующимися кольцевыми выступами [Авторское свидетельство СССР №405583, 1971 г.].
Известно также устройство, содержащее два соосно расположенных с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, при этом один из дисковых роторов выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет чашеобразную форму, а другой расположен внутри ограждения первого [Авторское свидетельство СССР №880469, 1981 г.]. Для разделения твердой и жидкой фаз мельница снабжена сильфоном.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является коллоидная мельница, содержащая два соосно расположенных на полом валу с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, один из которых выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет в поперечном сечении чашеобразную форму и футеровано резиной, имеющей в вертикальном сечении волнообразную форму, а другой ротор размещен внутри ограждения первого, расположенный вне зоны измельчения сильфон, снабженный фильтрующим элементом с наноразмерным сечением каналов. Внутри полого вала коллоидной мельницы расположено щелевидное сопло, напротив которого установлена тонкая стальная пластина, заостренная с двух противоположных сторон, линия заточки которых находится в одной плоскости со щелью сопла. (Патент на полезную модель №79254, 2008 г.).
Однако, данная мельница не позволяет получать высокостабильные дисперсные наноразмерные системы вследствие того, что фракционный состав частиц дисперсной фазы широк и находится в диапазоне 15-500 нм, при этом крупные частицы, содержащиеся в ней, склонны к образованию агрегатов, что приводит к нарушению стабильности дисперсной системы. Кроме того, данная мельница не позволяет разрушать ассоциаты молекул дисперсионной жидкой среды, наличие которых также приводит к укрупнению наноразмерных частиц, к их агрегированию и к снижению стабильности дисперсной системы. Дисперсные наноразмерные системы, полученные в этой мельнице, сохраняют свою стабильность не более 240 часов.
Сущность полезной модели
Задача создания полезной модели состояла в поиске конструктивных особенностей коллоидной мельницы, содержащей два соосно расположенных на полых валах с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, нижний из которых выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет в поперечном сечении чашеобразную форму, и внутренняя поверхность которого футерована резиной, имеющей в вертикальном сечении волнообразную форму, а верхний ротор размещен внутри ограждения нижнего ротора на полом валу, внутри которого размещены щелевидное сопло и тонкая стальная пластина, закрепленная напротив сопла и заостренная с двух противоположных сторон с линиями за точки, находящимися в одной плоскости со щелью сопла и сильфон, размещенный вне зоны измельчения, и снабженный фильтрующим элементом с наноразмерным сечением каналов, которые позволили бы сузить фракционный состав дисперсной фазы обрабатываемой дисперсной системы, разрушить ассоциаты молекул дисперсионной жидкой среды и повысить стабильность дисперсной системы.
Поставленная задача решена коллоидной мельницей, содержащей: два соосно расположенных на полых валах с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, нижний из которых выполнен с замкнутым боковым ограждением, которое вместе с диском имеет в поперечном сечении чашеобразную форму и внутренняя поверхность которого футерована резиной, имеющей в поперечном сечении волнообразную форму, а верхний ротор, размещен внутри ограждения нижнего, щелевидное сопло, установленное внутри полого вала, тонкую стальную пластину, закрепленную напротив сопла, и заостренную с двух противоположных сторон с линиями заточки, находящимися в одной плоскости со щелью сопла, и сильфон, размещенный вне зоны измельчения, снабженный фильтрующими элементами с наноразмерным сечением каналов, в которой на плоской поверхности верхнего ротора радиально установлены лопатки, имеющие в вертикальном сечении прямоугольную форму, внутри полого вала, на уровне верхнего ротора, установлены кольцеобразные постоянные магниты, а резина, которой футерована внутренняя поверхность замкнутого бокового ограждения нижнего ротора, имеет магнитные свойства.
Изобретение позволяет получить следующие преимущества: сузить фракционный состав частиц дисперсной системы до диапазона 2-150 нм, разрушить ассоциаты молекул дисперсионной жидкой среды, и повысить, тем самым, стабильность дисперсных наноразмерных систем не менее чем до 1440 часов.
К тому же конструктивные особенности мельницы позволяют уменьшить удельные расходы энергии в 1.5 раза.
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения полезной модели
На фиг. 1 схематично, в разрезе, изображен общий вид коллоидной мельницы. На фиг. 1 изображен фрагмент вала со щелевидным соплом и пластиной и кольцеобразными магнитами
Мельница содержит корпус 1, в котором на вертикальном полом валу 2 установлен нижний дисковый ротор 3, выполненный в виде усеченного конуса с замкнутым боковым ограждением 4, которое вместе с ротором имеет в поперечном сечении чашеобразную форму и внутри футеровано резиной 5, обладающей магнитными свойствами и имеющей в вертикальном сечении волнообразную форму. На полом валу 6, внутри ограждения нижнего ротора закреплен верхний ротор 7, имеющий форму диска. Оба диска имеют чередующиеся кольцевые выступы 8 и впадины 9. На плоской поверхности верхнего ротора установлены лопатки 10 прямоугольного профиля.
Оба ротора выполнены соосно с возможностью вращения в противоположные стороны. Внутри полого вала 6 размещено щелевидное сопло 11, напротив которого закреплена тонкая стальная пластина 12. Она заострена с двух противоположных сторон так, что линии заточки находятся в одной плоскости со щелью сопла. Ниже стальной пластины внутри полого вала на уровне верхнего ротора установлены кольцевые магниты 13. Для отвода осветленной жидкости мельница снабжена также сильфоном 14, размещенным вне зоны измельчения, который оснащен фильтрующим элементом 15 с наноразмерным сечением каналов. Нижняя часть корпуса имеет патрубок 16 для вывода материала. Мельница работает следующим образом. Исходный материал в виде дисперсии поступает в полый вал 6 и далее в щелевидное сопло 11. Струя, истекающая из щелевидного сопла, попадает на заостренную с двух противоположных сторон тонкую стальную пластину 12. Путем изменения скорости потока, расстояния между соплом и пластиной и размеров пластины последнюю настраивают в резонанс. При натекании потока дисперсной среды на пластину, настроенную в резонанс, она излучает мощные ультразвуковые поля, порождающие кавитацию, приводящую к ультратонкому измельчению частиц твердой фазы. Далее дисперсная среда дополнительно проходит через кольцевые магниты 13. При этом жидкая дисперсионная среда подвергается воздействию магнитного поля, приводящему к разрушению ассоциатов молекул и изменению ее структуры и свойств. Затем материал поступает в центр роторов 3 и 7, вращающихся в противоположных направлениях с различной скоростью. Под действием центробежных сил, развиваемых. вследствие вращения роторов, материал перемещается через узкий кольцевой зазор от центра к периферии, подвергаясь ударным воздействиям радиальных пазов и испытывая при этом высокие напряжения сдвига, ультразвуковые и кавитационные воздействия, за счет которых происходит дополнительное измельчение дисперсной фазы системы. После прохождения лабиринтного зазора, образованного чередующимися выступами и впадинам и дисковых роторов, дисперсная система попадает внутрь бокового ограждения 4, под воздействие установленных радиально на верхнем дисковом роторе 7 прямоугольных лопаток 10. Здесь дисперсная система подвергается дополнительному механическому ударно-импульсному нагружению, воздействию турбулентных касательных напряжений, порождаемых вихревым движением среды, и центробежных сил, доизмельчается, а затем отбрасывается на внутреннюю поверхность бокового ограждения 4, футерованную резиной 5, имеющей магнитные свойства. При этом дисперсионная жидкая среда еще раз подвергается воздействию магнитного поля. Затем дисперсная система попадает на внешнюю поверхность конической части ротора 3. Здесь частицы осаждаются, сползая под действием сил тяжести по внутренней поверхности корпуса и внешней поверхности ротора 3, и выгружаются через патрубок 16. Осветленная среда выводится через сильфон 14, снабженный фильтрующим элементом 15 с наноразмерным сечением каналов.
Потребляемая энергия предлагаемой мельницы, по сравнению с прототипом, отнесенная к удельной поверхности частиц твердой фазы, ниже в 1.5 раза.
Применение предлагаемой мельницы позволяет получать наноразмерные дисперсные системы с узким фракционным составом частиц дисперсной фазы, находящимся в диапазоне 2-150 нм, и с высокой стабильностью, сохраняющейся не менее 1440 часов.