РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ

Заявляемое решение (полезная модель) относится к оборудованию для проведения процессов диспергирования, гомогенизации и смешения в целлюлозно-бумажной промышленности, в массоподготовительном отделе производства бумаги и картона.
Известные роторно-пульсационные аппараты (см. а.с. СССР №331211, 1969 г., а.с. СССР №303091, 1969) содержат ротор и статор с прорезями, с направляющими лопастями.
Данные конструкции обеспечивают непрерывный процесс смешения, диспергирования и гомогенизации.
Однако в таких аппаратах недостаточная степень диспергирования, при высоких концентрациях дисперсной фазы возможно забивание суспензии в аппарате.
Из известных роторно-пульсационных аппаратов наиболее близкой к заявляемой, выбранной заявителем за прототип, является роторно-пульсационный аппарат (см. патент №2271244, Б.И. №7, 2006).
Прототип содержит коаксиально установленные ротор и статор с прорезями, ротор снабжен клиновидными лопастями в виде сферических сегментов, выпуклости которых направлены в сторону вращения и закрепленных на диске ротора, имеющего конусную форму. Насадка в форме горла кувшина образует канал между ротором и статором, выступающий во входном патрубке, на стенках канала нанесен абразивный материал.
Недостатком такого аппарата является невозможность регулирования сечения канала между горловинообразными частями ротора и статора, а абразивный материал будет разрушать не только флокулы, но и отдельные волокна. Деструкция отдельных волокон существенно снижает качество готовой продукции. Также недостаточно интенсивна циркуляция массы в кольцевом канале, как следствие, низкая турбулентность потока, низкая степень диспергирования. При значительных концентрациях волокнистой суспензии возможно забивание канала между горловинообразными частями ротора и статора.
Задачей данного технического решения является создание аппарата, позволяющего повысить эффективность процесса гомогенизации и диспергирования многофазных систем, в частности волокнистой суспензии с различными добавочными химикатами, которая включает в себя флокулы.
Задача решается тем, что в известном роторно-пульсационном аппарате, содержащем коаксиально установленный ротор и статор, снабженном прорезями, ротор, включающий в себя клиновидные лопасти, выпуклостью направленные в сторону вращения, горловинообразной формой насадки, прикрепленной к ротору, образующую кольцевой канал, часть которого находится во входном патрубке, зазор между горловинообразной частью ротора и статора регулируем, стенки канала имеют рифления, канал
в области входного патрубка выполнен с переменным сечением, в горловине ротора, в области максимального сечения канала, сделаны направляющие прорези.
Изобретение поясняется чертежами, в которых:
- на фиг.1 показан продольный разрез роторно-пульсационного аппарата;
- на фиг.2 показан поперечный разрез роторно-пульсационного аппарата.
Согласно изобретению (фиг.1, фиг.2) роторно-пульсационный аппарат состоит из корпуса 1, статора 2 с прорезями 3, ротора 4 с прорезями 5 из клиновидных лопастей 6, выпуклостью направленных в сторону вращения ротора 4. Ротор закреплен на валу 7 шпонкой 8. Насадка 9 имеет горловинообразную форму, частично входящую во входной патрубок 10, образующий со статором кольцевой канал 11 с рифлениями на стенках ротора и статора 12, горловинообразная часть статора 13 закреплена мелкой резьбой 14 с корпусом. Для увеличения скорости потока массы в канале 11, в области максимального его сечения расположены направляющие отверстия 15. Болты 16 служат для крепления статора 2 к корпусу 1, снабженному выходным патрубком 17. Прокладка 18 предназначена для уплотнения соединения статора 2 с корпусом 1. Лапы 19 с отверстиями 20 крепят статор 2 с корпусом 1.
Данная конструкция роторно-пульсационного аппарата позволяет интенсифицировать процесс диспергирования и гомогенизации многофазной смеси, в частности волокнистую суспензию, содержащую большое количество флокул. Конструкцию и размеры рабочих органов данного роторно-пульсационного аппарата будет определять гидродинамика волокнистой суспензии, ее реологические свойства.
Исследования в области гидродинамики волокнистой суспензии определили три основных режима течения волокнистой суспензии: ламинарный, смешанный, турбулентный. Для ламинарного, стержневого течения волокнистой суспензии характерна невысокая скорость, при этом у стенок наблюдается прослойка воды, в которой отсутствуют волокна. В центре потока образуется стержень из переплетенных волокон, которые не могут перемещаться друг относительно друга. Для такого режима характерен минимальный градиент скорости у стенок в слое чистой воды. Во втором, смешанном течении возникают турбулентные вихри, которые вырывают волокна из стержня, находящегося по-прежнему в центре потока, здесь же происходит частичное разбивание флокул, увеличивается градиент скорости и уменьшается вязкость волокнистой суспензии. Турбулентное течение полностью разрушает волокнистый стержень. Величина коэффициента трения (динамическая вязкость среды) становится постоянной, причем его значение уменьшается и становится ниже вязкости воды при этих же температурах. Гидродинамику и реологические свойства волокнистой суспензии необходимо учитывать при задании размера канала между горловинообразными частями ротора и статора 11 для различных видов волокнистых суспензий, их концентраций, степени помола и
физико-механических свойств. Величину зазора будет определять градиент скорости в сечении канала между горловинообразными частями ротора и статора.
γ=2·U/D,
где U - усредненная скорость потока;
D - линейный размер канала.
Необходимым условием работы аппарата является достижение условия:
КР
γ≥γ,
KP
где γ - критическое значение градиента скорости.
При этом режим течения турбулентный, диспергированный, отсутствует волокнистый каркас, идет интенсивное разрушение флокул.
Значительное уменьшение зазора приводит к увеличению сопротивления, либо даже к забиванию канала.
Таким образом, можно устанавливать оптимальную величину зазора, тем самым, повышая эффективность процесса диспергирования волокнистой суспензии.
Работа роторно-пульсационного аппарата осуществляется следующим образом:
При вращении ротора 4 с лопастями 6 волокнистая масса будет отбрасываться под действием центробежных сил на периферию. Флоккулы, имеющие большие размеры, не проходящие через прорези ротора и статора 3, 5, будут поступать в кольцевой канал 11, за счет рифлений на стенках ротора и статора 12 происходит их разбивание в результате трения, что будет способствовать интенсивному разрушению флокул без деструкции отдельных волокон. Также необходимо отметить, что наличие рифлений 12 в канале вызывает пульсации скорости, образованные переменным сечением (выступы в рифлении будут зоной увеличения скорости потока, углубления - зоной уменьшения скорости). В результате повышается эффективность процесса диспергирования и гомогенизации. При этом горловина ротора устроена таким образом, что сечение канала в области входящего патрубка увеличивается, а затем достигает минимума в конце горлышка. Такая форма сечения канала образует пространство, в котором расположены направляющие прорези 15, что интенсифицирует скорость потока в канале, а минимальное сечение в конце горловины блокирует проникновение в канал между ротором и статором первоначально поступающей смеси в аппарат. Горловина статора соединена с основным корпусом 1 аппарата резьбой 14, что позволяет плавно менять зазор канала 11 в зависимости от типа волокнистой суспензии и концентрации.
Процесс циркуляции флокул в канале между ротором 4 и статором 2 будет осуществляться многократно во все время подачи волокнистой суспензии в аппарат. Через прорези ротора и статора 3, 5 диспергированная и гомогенизированная масса направляется в выходной патрубок 17 и далее в
технологическую цепочку массоподготовительного отдела производства бумаги или картона (на фиг. не показано).
Заявляемое решение позволит:
1. За счет регулируемого канала между горловинообразной частью ротора и статора повысить эффективность процесса диспергирования и гомогенизации волокнистой суспензии разных видов и концентраций.
2. Рифления в канале между горловинообразными частями ротора и статора позволяют более интенсивно разбивать флокулы, не разрушая при этом отдельные волокна, тем самым повышая эффективность процесса диспергирования и гомогенизации.
3. С помощью направляющих прорезей в области максимального сечения канала, образованного горловинообразными частями ротора и статора в области входного патрубка увеличить скорость циркуляции потока флокул в канале, образованном горловинообразными частями ротора и статора, препятствуя забиванию канала флокулами и повышая степень диспергирования и гомогенизации.