Центробежный смеситель - SU1745322A1

Чертежи

Описание

бодно пульсирует в радиальном направлении .

Известна конструкция устройства для смешения, содержащая корпус с патрубками входа и выхода продукта, роторы, с концентрически расположенными рядами пальцев, вращающиеся навстречу друг другу , кольцевые, радиальные лопасти для создания центробежного поля. Кольцевой канал образован двумя неподвижными относительно друг друга поверхностями.

Недостатком известной конструкции является то, что кольцевые каналы образованы плоскими поверхностями, неподвижными относительно друг друга. В этом случае при наличии в эмульсии грубодис- персных твердых частиц с размерами большими размеров каналов не происходит их измельчения из-за отсутствия сдвиговых и срезывающих усилий. Частицы большого размера сплющиваются (если они пластичные ) и, меняя форму, проходят сквозь каналы или застреоают в них (если частицы достаточно непластичные). В последнем случае каналы забиваются, а частицы -не подвергаются измельчению. Кроме того, поскольку в камере смещения известного устройства пальцы имеют гладкую поверхность, частицы не подвергаются дис- пергации, а простому смешению без их разрушения .

Применение известного устройства не позволяет получить однородные растворы при диспергировании и смешении сыпучих компонентов в жидкой среде, невозможно совмещение этих операций, необходима дополнительная предварительная обработка (измельчение, помол)сыпучих компонентов, на соответствующем технологическом оборудовании .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей извест- ного устройства и интенсификация процесса за счет совмещения операций диспергирования и смешения сыпучих веществ в жидкой среде.

Указанная цель достигается тем, что в центробежном смесителе, содержащем корпус с патрубками входа и выхода компонентов , дисковые роторы, выполненные с возможностью вращения навстречу друг другу, радиальные лопасти, концентрические пальцы с радиальными проточками, за- крепленные на дисках роторов, установлена конусообразная перфорированная перегородка, укрепленная большим основанием на установленном со стороны входа компонентов роторном диске и имеющая на внутренней поверхности радиальные лопасти, в ограниченной

конусообразной перегородкой зоне указанного диска выполнены отверстия для прохода компонентов, пальцы роторов снабжены перпендикулярно установленными выступами , размещенными во впадинах, образованных выступами смежных пальцев и прорезями, причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена

0 цилиндрическая перфорированная перегородка , а глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов , выбрана равной половине высоты выступов .

5 На фиг.1 изображен смеситель, осевой разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - ротор с кольцевыми концентрическими выступами и впадинами, а также радиальными проточками и пальцами; на

0 фиг.4 - взаимное расположение выступов и впадин при совмещении радиальных проточек; на фиг.5 - взаимное расположение выступов и прорезей пальцев; на фиг.6 - пальцы, поперечный разрез,

5Центробежный смеситель содержит

разъемный корпус 1, состоящий из двух частей , уплотняемых уплотнителем 2. Корпус 1 имеет воронку 3 с осевым патрубком для подачи сыпучего компонента и тангенциаль0 ным патрубком 4 для жидкого компонента, а также тангенциальный патрубок 5 для выхода готового продукта. Обе части корпуса 1 крепятся друг с другом фланцами, а на противоположных фланцах обеих частей

5 крепятся двигатели 6, На валах двигателей 6 консольно насажены оси 7 и 8, на концах которых шпонками 9 и гайками 10 крепятся роторы 11 и 12. В местах прохода оси 7 и ступицы ротора 11 сквозь корпус имеются

0 уплотнения 13. Роторы 11 и 12 имеют на своих дисках кольцевые концентрические выступы 14 и впадины 15, взаимно входящие друг в друга, а также радиальные проточки 16 на выступах 14, причем глубина

5 радиальных проточек 16 равна половине высоты выступов 14, Взаимное расположение выступов 14 и впадин 15 образует кольцевой извилистый канал 17 зоны предварительного диспергирования. Величина

0 зазора между выступами 14 и впадинами 15 роторов 11 и 12 при глубине радиальных проточек 16, равной половине высоты выступов 14, будет одинакова с размером просвета между впадинами радиальных

5 проточек 16. Кроме того, далее по ходу компонентов от оси роторов 11 и 12 к периферии перпендикулярно поверхности их по концентрическим окружностям расположены пальцы 18. Пальцы 18 ротора 12 входят в промежутки между пальцами ротора 11. Соседние концентрические ряды пальцев 18 имеют перпендикулярные к оси выступы 19 и прорези 20, которые входят друг в друга с небольшим зазором. К диску ротора 12 крепится винтами 21 конусообразная перфорированная перегородка 22, имеющая отверстия перфорации диаметром, меньшим размера зазора извилистого канала 17. Перегородка 22 является перегородкой между зонами входа и окончательного диспергирования и смешения - зона расположения пальцев 18. Конусообразная перегородка образует кольцевой канал, соединяющий зону входа компонентов через отверстия 23 в роторе 12 с зоной предварительного диспергирования. Для создания дополнительного центробежного поля перегородка 22 на внутренней поверхности имеет радиальные лопасти 24, расположенные под углом к оси таким образом, что поток компонентов направляется в отверстия 23. (При демонтаже перегородки 22 зона входа и окончательного диспергирования соединяются через окна 25, имеющиеся в цилиндрической поверхности ротора 12). Между соседними концентрическими рядами пальцев 18, расположенными на периферии роторов 11 и 12, имеется цилиндрическая перфорированная перегородка 26, внутренняя и наружная поверхности которой имеют минимальный зазор с пальцами 18. Перегородка 26 крепится винтами к корпусу 1 и является съемной.

Смеситель работает следующим образом .

Роторы 11 и 12 вращаются навстречу друг другу с определенной частотой, Грубодиспер- сный неоднородный сыпучий материал, например натрийкарпоксиметилциллюлоза (NaKMU) или непросеянный фруктовый пектин , из дозатора подается через центральный патрубок воронки 3, а жидкость, например вода или обезжиренное молоко,- через тангенциальный патрубок 4. В воронке 3 происходит предварительное смачивание и смешение жидкости с порошком, в результате чего образуется грубодисперсная неоднородная смесь. Наиболее мелкие частицы порядка 0,1-100 мкм, смачиваясь жидкостью , сразу растворяются, образуя жидкость с более высокой вязкостью, чем первоначальная, но все же не одинаковой по всему объему. Эта составляющая смеси требует интенсивного смешения до однородной вязкости. Крупные частицы сыпучего материала размером порядка 100-2000 мкм, смачиваясь жидкостью, частично растворяются в ней и образуют агломераты с гелеподобной оболочкой, внутри которой находится твердая непроконтактировавшая

с растворителем частица. Для разрушения этих агломератов недостаточно простого перемешивания, необходимо создать большие усилия сдвига (среза) при одновременном интенсивном смешивании. Это достигается в зоне предварительного диспергирования , куда грубодисперсная составляющая смеси, подхватываемая из зоны входа вместе с частью жидкости ради0 альными наклонными лопастями 24, двигается по внутренней поверхности перфорированной конусообразной перегородке 22 и впрыскивается через отверстие 23. Лопасти 24 создают дополнительное

5 центробежное поле, компенсирующее гидравлическое сопротивление канала 17 зоны предварительного диспергирования. Часть жидкой составляющей смеси под действием центробежных сил проникает через перфо0 рацию перегородки 22 и поступает в зону окончательного диспергирования и смешения . Агломераты грубодисперсной составляющей смеси имеют размеры, намного превосходящие размеры отверстий перего5 родки 22, поэтому они поступают в зазор Z извилистого канала 17 зоны предварительного диспергирования, и-не проникают сразу в зону окончательного диспергирования смешения, Размеры зазора Z извилистого

0 канала 17 значительно меньше размеров агломератов , а для вероятности получения ча- стиц одинакового размера после диспергирования просвет I между впадинами радиальных проточек 16 равен этому за5 зору. Это достигается тем, что глубина радиальных проточек 16 равна половине высоты h выступов 14. С целью улавливания агломератов с размерами, превышающими или равными размерам зазора, и направле0 ниях их в зону предварительного диспергирования , отверстия перфорации тарели 21 имеют размеры, меньшие размеров зазора. Агломераты, имеющие размеры, большие размеров отверстий перфораций перего5 редкой 22, с частью жидкости выбрасываются с большой скоростью через отверстие 23 в зону предварительного диспергирования. Двигаясь под действием центробежных сил, они подвергаются интенсивной механиче 0 ской обработке, измельчаясь как под дейст- вием среза кромок выступов 14 и радиальных проточек 16, так и под действием усилий сдвига, возникающих в зазорах Z выступов 14 и впадин 15. Часть

5 агломератов разрушается окончательно и растворяется в жидкости, а другая часть, имеющая размеры (после обработки в зоне предварительного диспергирования ) достаточно малые, поступает в зоне окончательного диспергировани я и смешения, где интенсивно перемешивается с составляющей потока, проникшей через перфорированную перегородку 22. Попадая в зазоры между выступами 19 и прорезями 20 пальцев 18, частицы подвергаются дополнительному измельчению, а поток интенсивному перемешиванию. Это достигается одновременным рассечением радиально двигающегося потока взаимно перпендикулярными плоскостями поверхностей пальцев 18, выступов 19 и прорезей 20, После окончательного разрушения агломератов и растворителей твердых частиц вязкость жидкости еще недостаточно однородна по объему из-за возникновения геле- вых включений большей вязкости, образующихся вместо проконтактировав- ших с жидкостью частиц, подвергшихся дис- пергированию в зоне выступов 19 и прорезей 20 пальцев 18. При прохождении с большой скоростью под действием центробежного поля сквозь цилиндрическую перфорированную перегородку 26, установленную между соседними концентрическими рядами пальцев 18 на периферии роторов 11 и 12, поток разбивается на отдельные мелкие струйки, а затем снова перемешивается периферийными пальцами роторов, в результате чего вязкость окончательно стабилизируется по объему и готовый продукт выходит из смесителя через патрубок 5. При обработке жидких компонентов , а также сыпучих веществ с высокой степенью дисперсности и хорошей растворимостью перфорированные перегородки 22 и 26 могут быть сняты и тогда смеситель будет выполнять одну операцию смешения компонентов.

Конусообразная перфорированная перегородка 22 крепится своим фланцем к ди- ску ротора 12 шестью винтами 21 диаметром Мб. Во избежание самоотвинчивания винты раскерниваются.

Диаметр каждого отверстия перфорации перегородки 22 должен быть меньше размера зазора Z и просвета I, например при величине Z - 0,75 оптимальный диаметр отверстий перфорации должен быть 0,5 мм. Это необходимо для того, чтобы основная масса грубодисперсного порошка с размерами свыше 500 мкм улавливались и направлялись на измельчение в зону предварительного , диспергирования. Процесс диспергирования протекает наиболее интенсивно (для определенного порога дисперсности порошка) при определенных соотношениях диаметра отверстий перфорации перегородки 22 и зазора Z ,

Наивысшая интенсификация процесса,

характеризующаяся очевидно максимальной производительностью (при постоянных геометрических размерах рабочих органов и остальных параметров и стабильном качестве смеси) была достигнута при следующих

значениях диаметров отверстий перфораций d и зазоров Z I.

Эксперименты проводились при различных порогах дисперсности порошка, характеризующейся максимальным размером

его частиц а (см. таблицу),

При Z Zom интенсивность процесса f снижается, что выражается в уменьшении производительности. При Z Zon снижение интенсивности процесса выражается в

ухудшении качества смеси при той же производительности , При Z Zom интенсивность процесса максимальная, При Z/d 1,5 процесс протекает с максимальной интенсивностью ,

Формула изобретения Центробежный смеситель, содержащий корпус с патрубками входа и выхода компонентов , дисковые роторы, выполненные с

возможностью вращения навстречу друг другу, радиальные лопасти, концентрические пальцы с радиальными проточками, закрепленные на дисках роторов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и интенсификации процесса, смеситель снабжен конусообразной перфорированной перегородкой , укрепленной большим основанием на установленном со стороны входа компонентов

роторном диске и имеющей на внутренней поверхности радиальные лопасти, в ограниченной конусообразной перегородкой зоне указанного диска выполнены отверстия для прохода компонентов, пальцы роторов снабжены перпендикулярно установленными выступами , размещенными во впадинах, образованных выступами смежных пальцев и прорезями, причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическая перфорированная перегородка , а глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов выбрана равной половине высоты выступов .

6 В Н

}t(u ife&nt

6t

Реферат

Использование: в оборудовании для эффективного смешивания и диспергирования грубодисперсных жидких и сыпучих веществ в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: центробежный смеситель содержит корпус с патрубками входа и выхода, роторы, вращающиеся навстречу друг другу , радиальные лопасти в зоне входа, кольцевой канал зоны предварительного диспергирования, образованный зубьями концентрических выступов и впадин с радиИзобретение относится к оборудованию для смешения и диспергирования грубодисперсных сред различной вязкости, как жидких фаз, так и твердых сыпучих гелеоб- разующих веществ в жидкой среде, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Известна конструкция роторно-пульса- ционного аппарата, содержащего корпус, входной и выходной патрубки, ротор на вращающемся валу, статоры, расположенные концентрически на роторе и статор, пальцы альными проточками, концентрически расположенные пальцы роторов в зоне окончательного диспергирования и смешения, а также конусообразную перфорированную перегородку между зонами входа и окончательного диспергирования и смешения, причем отверстия в диске ротора соединяют зоны входа и предварительного диспергирования . Кроме того, глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов равна половине высоты выступов и просвет I между впадинами радиальных проточек равен зазору Z между выступами и впадинами роторов. Пальцы роторов в зоне окончательного диспергирования и смешения снабжены перпендикулярными к их осям выступами и прорезями, входящими друг в друга, причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическая перфорированная перегородка. Кроме того, размер отверстий перфорации тарели не более ра змера зазора Z и просвета I в зоне предварительного диспергирования. 6 ил., 1 табл. (с СП взаимно входящие друг в друга, лопасти в зоне входа продукта. Недостатком известной конструкции подобного типа является невозможность совмещения операций смешения и диспергирования жидкости и грубодисперсных порошков , так как рабочие органы: зубья роторов и статоров, пальцы не измельчают твердые частицы сыпучего вещества, а оказывают лишь перемешивающее воздействие , поскольку при совмещении радиальных проточек на роторах и статорах смесь сво2 СЛ Ы Ю N3

Формула

гг t

K t/

SSC9WI

ЈLФиг . 4

ft го /

Фиг. 5

Фс/г.Ј