Электрогидравлическая мешалка-диспергатор
ELECTRO-HYDRAULIC MIXER-DISPERSER

Изобретение относится к мешалкам для смешивания и диспергирования суспензии и может применяться на предприятиях металлургической промышленности, в химической промышленности и в водоочистке.
На предприятиях металлургической и химической промышленностей используется большое разнообразие мешалок. Значительную долю из них составляют мешалки с вертикальным вращающимся валом, на котором закреплены рабочие органы - лопасти, лопатки, гребенки и др. [1]. Конструкции таких мешалок во многом определяются характером перемешиваемых сред. Основной проблемой при перемешивании суспензий является оседание твердых частиц на стенках и днище. Для предотвращения данного процесса применяют различные способы создания турбулентности, охватывающей весь перемешиваемый объем. Однако при этом резко возрастает расход энергии. Кроме этого наличие движущихся частей приводит их к периодическим поломкам и остановке работы мешалок.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению (НБА) является «Электрогидравлический диспергатор для приготовления высокодисперсных эмульсионных составов на основе вязких термопластичных материалов» [2]. Устройство работает следующим образом. Компоненты эмульсии, предварительно грубо перемешанные механическим смесителем сливаются в емкость накопления полуфабриката, откуда насосом под необходимым давлением подаются по трубопроводу через запорный клапан в дополнительную камеру. Проходя с заданной скоростью дополнительную камеру, смесь нагревается до технологически оптимальной температуры, такой, при которой входящий в состав битум имеет наиболее выгодную с технологической точки зрения значение вязкости. Затем смесь поступает в рабочую камеру диспергатора, снабженную клапанами на входе и выходе, где происходит диспергирование смеси воздействием гидравлического удара, возникающего в жидкой среде при высоковольтном электрическом разряде предельно малой длительности, происходящем между электродами. С целью повышения эффективности действия электрогидравлических ударов путем максимального использования кавитационных явлений в жидкости, рабочая камера снабжена газовыми демпферами, расположенными над каждым разрядным промежутком электродов. В этом случае, при разряде, в приповерхностных слоях жидкости, располагающихся в объеме газового демпфера, под действием ударной волны возникают условия, значительно облегчающие развитие кавитации, К тому же наличие газового демпфирующего промежутка значительно снижает величину ударных нагрузок на корпус рабочей камеры диспергатора. Давление и скорость подачи обрабатываемой смеси устанавливаются оптимальными с помощью насоса, снабженного для этой цели перепускным клапаном. После окончания обработки готовая эмульсия поступает в накопительную емкость.
Однако НБА не находит применения в промышленности ввиду того, что в нем не решена проблема повышения стойкости изоляции электродов, которые разрушаются от электрогидравлических ударов, не выдерживая даже одной рабочей смены.
Задачей настоящего изобретения является создание электрогидравлической мешалки в которой перекачивание, перемешивание и диспергирование эмульсии или суспензии происходит без использования движущихся частей при обеспечении длительной ее работы.
Технический результат заключается в разработке конструкции мешалки, в которой используется сжатый газ для организации циркуляция жидкости в аппарате, газ также используется для повышения стойкости изоляции рабочего электрода, что и приводит к увеличению эффективности перемешивания и диспергирования. Впервые использование газа для повышения стойкости рабочего электрода электрогидравлических устройств показано автором в патенте на изобретение [3].
Технический результат достигается тем, что конструктивно электрогидравлическая мешалка-диспергатор состоит из вертикального корпуса на который крепится погружаемая в жидкость электроразрядная ячейка в форме цилиндра включающая в себя два разнополярных электрода подключенных к источнику высоковольтного питания, причем первый электрод исполнен в виде проводника заключенного в трубке из изолирующего газонепроницаемого материала с рабочим концом направленным вниз и выполнен с возможностью продувки его рабочего конца газом, а второй электрод расположен внизу по центру вогнутого вовнутрь перфорированного дна электроразрядной ячейки для создания зоны дополнительной кавитации в фокусе вогнутого дна ниже электроразрядной ячейки и его рабочий конец направлен вверх и электрически соединен с электроразрядной ячейкой, первый электрод; закреплен по центру ниже блока вертикальных параллельных трубок заключенных в корпус электрогидравлической мешалки-диспергатора и имеющих вывод этих трубок вбок из вертикального корпуса мешалки-диспергатора выше уровня жидкости для перемещения жидкости вверх и вбок за счет увлечения жидкости вверх газовыми пузырьками на эффекте эрлифта и воздействия периодических электрогидравлических ударов в жидкости. Для удобства эксплуатации электрогидравлической мешалки-диспергатора крепление второго электрода устроено с возможностью его быстрой смены и регулировки величины разрядного промежутка, а для создания для создания зон дополнительной, кавитации по периметру в цилиндрической стенке электроразрядной ячейки вокруг разрядного промежутка между первым и вторым электродом размещаются сменные вкладыши из твердых сплавов имеющие сквозные отверстия переменного диаметра - меньшего внутри и большего снаружи электроразрядной ячейки.
При продувке газом верхнего электрода электроразрядной ячейки производится защита его изоляции от последствий электрогидравлического удара и также газовыми пузырьками суспензия увлекается вверх для эрлифтного перемещения ее вверх и вбок, одновременно производится обработка эмульсии или суспензии электрогидравлическим ударом в трех зонах - непосредственно в зоне электрического разряда, и в зонах кавитации в фокусе вогнутого дна ниже электроразрядной ячейки и по периметру за отверстиями переменного диаметра, в боковой стенке электроразрядной ячейки. Технический результат состоит в перекачивании, перемешивании и диспергировании эмульсии или суспензии в электрогидравлической мешалке-диспергаторе без использования движущихся частей со встроенной функцией очистки от отложений суспензии в мешалке за счет воздействия периодических электрогидравлических ударов в жидкости. Также изобретение может использоваться для барботирования газов в жидкости, т.к. за счет сильной кавитации возникающей после электрогидравлических ударов в жидкости резко возрастает эффективность барботирования.
Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием варианта конструкции устройства, выполненного в соответствии с изобретением, сущность которого поясняется графическими материалами.
На Фиг. 1 показан вид сбоку электрогидравлической мешалки-диспергатора.
Обозначение позиций на чертеже:
1 - трубопровод подвода газа и высокого напряжения к первому электроду;
2 - клемма подвода напряжения на электропроводящую часть корпуса;
3 - держатель-отражатель для эмульсии или суспензии и газа;
4 - отверстия для выхода эмульсии или суспензии и газа выше уровня жидкости;
5 - блок вертикальных параллельных трубок;
6 - электроразрядная ячейка;
7 - первый электрод;
8 - газовая полость на рабочем конце первого электрода;
9 - второй электрод;
10 - вогнутое перфорированное дно;
11 - держатель первого электрода;
12 - твердосплавный вкладыш с отверстиями переменного диаметра.
Работа предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом - во время работы электрогидравлической мешалки-диспергатора на изолирующий рабочий конец первого электрода 7 из компрессора (не показан на схеме) через трубопровод 1 подвода газа и высокого напряжения постоянно подается газ (например - воздух), газ под давлением формирует на рабочем конце первого электрода 7 газовую полость 8, избыток газа выходит из отверстия для вывода газа 4 попутно увлекая за собой эмульсию или суспензию на эффекте эрлифта. При подаче высоковольтного напряжения из высоковольтного источника (не показан на схеме) на электроды 7 и 9 происходит разряд в электроразрядной ячейки 6 с образованием трех зон кавитации - между на электродами 7 и 9, в фокусе вогнутого дна 10 ниже электроразрядной ячейки 6 и за отверстиями переменного диаметра 12 в боковой стенке электроразрядной ячейки. За счет постоянного обдува конца рабочего электрода 7 газом образуется газовая полость 8 на конце электрода и электрический разряд не приходит в соприкосновение с твердой изоляцией рабочего конца первого электрода и поэтому она не разрушается за счет пробоя твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульсного напряжения ввиду наличия дополнительной динамической изолирующей газовой прослойки.
За счет увлечения жидкости вверх газовыми пузырьками от рабочего конца первого электрода 7 происходит перемещение жидкости вверх и вбок на эффекте эрлифта и за счет воздействия периодических электрогидравлических ударов в жидкости через отверстия 4 для выхода эмульсии или суспензии и газа выше уровня жидкости, электрогидравлические удары в жидкости также приводят к сильному перемешиванию и диспергированию эмульсии или суспензии в трех зонах кавитации.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как его изготовление и эксплуатация возможна на базе существующих технологий.
Таким образом, по сравнению с НБА имеет место увеличение эффективности перемешивания и диспергирования при одновременном упрощение конструкции за счет совмещения функций перекачивания, перемешивания и диспергирования в одном устройстве без движущихся частей и с отсутствием клапанов.
Источники информации
1. З. Штербачек, П. Тауск. Перемешивание в химической промышленности. Пер. с чешского под ред. И.С. Павлушенко, Л.: ГХИ, 1963.
2.Голованев В.А., Девятков Е А., Завражин Н.Н., Буренков Н.Г., Благодатских В.А., «Электрогидравлический диспергатор для приготовления высокодисперсных эмульсионных составов на основе вязких термопластичных материалов» Авторское свидетельство СССР № SU 1186240, 1985-10-23 публикация, 1983-12-30 подача.
3. Ким С.Н., «Стойкий рабочий электрод для электрогидравлических и электроимпульсных устройств», патент РФ RU 2733413, дата подачи заявки: 14.01.2020 г., опубликовано: 01.10.2020 г.