Гидродинамический диспергатор

 

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ДИСПЕРГАТОР , содержащий вертикальный цилиндрический корпус, в.котором по высоте расположены подвижные горизонтальные диски с отверстиями и между дисками размещена шаровая насадка , отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности в работе, диски свободно установлены на шаровой насадке и снабжены цилиндрическими направляющими. размещенными на их боковой поверхности . 2. Диспергатор по п.1, о т л и чающийся тем, что диаметр насадки , расстояние между дисками и диаметр отверстий в них уменьшаются по ходу движения потока, при этом расстояние между дисками определяется соотношением °1Д-2 24 t, Cfm где е, и е. расстояние между двумя предыдущими и последующими по ходу потока дисками соответственно; %2 и %, диаметр шаров насадки между двумя предыдущими и последующими дисками соответственно. 3, Диспергатор по п. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что диски вьтолнены двояковогнутыми.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„! 111802

З 5ц В 01 F 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3424914/23-26 (22) 20.04.82 (46) 07.09.84. Вюл. У 33 (72) А.А.Фигурак (71) Иркутское отделение Всесоюзного научно- исследовательского института методики и техники разведки (53) 66, 063(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 715766, кл. E 21 В 21/06, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР .

В 921613, кл. В 01 F 11/00, 1980. (54) (57) 1 ° ГИДРОДИНАМИЧЕСКИИ ДИСПЕРГАТОР, содержащий вертикальный ци-. линдрический корпус, в котором по высоте расположены подвижные горизонтальные диски с отверстиями и между дисками размещена шаровая насадка, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности в работе, диски свободно установлены на шаровой насадке и снабжены цилиндрическими направляющими, размещенными на их боковой поверхности

2. Диспергатор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что диаметр насадки, расстояние между дисками и диаметр отверстий в них уменьшаются по ходу движения потока, при этом расстояние между дисками определяется соотношением где P„ L? — расстояние между двумя предыдущими и последующими по ходу потока дисками соответст- Е венно; с,и о1ц -- диаметр шаров насадки между двумя предыдущи- С„ ми и последующими дисками соответственно.

3. Диспергатор по п. 1, о т л ич а ю щ ий с я тем, что диски выполнены двояковогнутыми.

1111802 к с> аг р г у

10 где 3q и 4 — расстояние между двумя предыдущими и последующими по ходу потока дисками соответствен15 но;

Ctк, и о @, — диаметр шаров насадки между двумя предыдущими и последующими дисками соответственно.

20 Кроме того, диски могут быть выполнены двояковогнутыми.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. i на

25 фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. ч — двояковогнутый диск, общий вид; на фиг. > — сечение В-В на фиг. ч.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гицродинамический диспергатор, содержащий вертикапьный цилиндрический корпус, внутри которого по высоте расположены подвижные горизонтальные дис- 35 ки с отверстиями, между дисками размещена шаровая насадка (21, Однако в известном устройстве также недостаточно полно используется кинетическая энергия потока,жидкос- 40 ти в пространстве между двумя смежными дисками и не всегда можно получить достаточную степень дисперсности и однородности обрабатываемой сус-пензии. При этом .невозможно поддержи- 5 вать стабильный режим обработки среды по мере износа шаровой насадки.

Цель изобретения — повьш ение эффективности работы устройства.

Поставленная цель достигается 50 тем, что в гидродинамическом диспергаторе, содержащем вертикальный ци.— лиид1>ическии Борцу(> В котОрОм по Вы(О те расположены подвижные горизонтальные диски с Отверстиями и между дис- 55 ками размещена шаровая насадка, диски свободин > установлены на шаровой няс-адк» и снабжены цилиндричес—

Изобретение относится к устройствам для приготовления водных суспензий и эмульсий и может быть использовано в отраслях промышленнос-. ти, где требуется получение тонкодисперсных суспензий и эмульсий.

Известно устройство для приготовления бурового раствора и регулирования его свойств, содержащее корпус и размещенный в корпусе отража

1ельный узел, выполненный в виде ряда дисков с отверстиями, которые расположены по концентрическим окружностям с попеременным смещением в ряду 11.

Однако это устройство, использующее энергию удара потока о препятствие, отличается недостаточно полным использованием кинетической энергии потока жидкости в пространстве между двумя смежными дисками, возможностью образования застойных зон в углах многокамерного устройства, сложностью регулирования режима работы и недостаточной степенью дисперсности и однородности обрабатываемой суспензии, что требует непрерывной или многократной обработки. кими направляющими, размещенными на их боковой поверхности.

При этом диаметр насадки, расстояние между дисками и диаметр отверстий в них уменьшаются по ходу движения потока, а расстояние между дисками определяется соотношением

Гидродинамический диспергатор состоит из цилиндрического корпуса

1, дисков 2, шаровой насадки 3, решеток ч и 5, упорного кольца 6, муфт

7 и 8, пружины 9. Диски 2 снабжены цилиндрическими направляющими 10, размещенными на их боковой поверхности.

Обрабатываемый низкодисперсный раствор (суспензия или эмульсия) под давлением 2-10 ИПа поступает через решетку 4 в первый каскад диспергатора (полость между двумя дисками), где, проходя толщу шаровой насадки, разделяется на множество отдельных струй. Каждый поток характеризуется последовательным чередованием зон повышенного и пониженного давления за счет геометрии каналов, образованных плотной упаковкой шаров.

При этом происходит многократное со-ударение и турбулизация струй, сопровождающиеся их ссударением с шарами, истиранием твердой фазы и эм >льгированием водонерастворимых добавок.

Кроме того, при определенной .скорости движения потока, Определяющийся

pасхОдом прокачиваемой жидкости и ! сечением проводящих к"=-напав,. в том

1111802 числе отверстии в дисках и диаметром шаров, могут возникать ультразвуковые колебания и кавитация в местах расширения каналов, увеличивающие эффективность диспергирования.

На выходе из первого каскада поток вторично разделяется на множество . струй и через отверстия диска 2 поступает в следующий каскад, где опи-; санная схема движения повторяется.

Стабильность режима работы диспергатора,а следовательно, и однородность суспензий и эмульсий обеспечиваются тем, что диски свободно установлены на шаровой насадке с возможностью осевого перемещения. Под действием потока обрабатываемой жидкости по мере износа шаровой насадки, заполняющей каскады, диски перемещаются и способствуют восстановлению плотной 20 упаковки шаров, а наличие цилиндрических направляющих 10 на боковой поверхности дисков предупреждает перекос и заклинивание дисков при их перемещении. Фиксированному поло- 25 жению дисков после прекращения подачи жидкости и снижения давления способствует пружина 9, установленная между решеткой 4 и муфтой 7.

Наличие нескольких каскадов, где gg прокачиваемая суспензия или эмульсия подвергаются последовательной гидродинамической обработке во все более интенсивном режиме в связи с уменьшением диаметров отверстий в дисках и диаметров шаров в каскадах, позволяет получить на выходе из диспергатора высокодисперсные и однородные по степени дисперсности растворы.

Увеличение интенсивности гидродина- 4 мического воздействия на дисперсную фазу жидкостей в каждом последующем каскаде достигается за счет последо вательного роста скорости ее движения на выходе из дисков и внутри кас- 4 кадов. Для этого живое сечение каждого последующего диска принято меньшим предыдущего.

Регулируя режим обработки путем изменения диаметра отверстий в дисках 50 и шаров,а также коэффициента ускорения скорости потока и числа каскадов в диспергаторе, можно получить суспензию и эмульсию с заданной степенью . дисперсности и высокой стабильностью 55 пбсле одного-двух циклов обработки.

Технологические возможности диспергатора ограничиваются гидравлической мощностью или рабочим давлением насосов, прокачивающих обрабатываемую жидкость.

Общий перепад давления на диспергаторе и, соответственно, гидравлическая мощность прокачивающего насоса определяются диаметром отверстий в дисках и шаров, а также толщиной слоя шаров в каждом каскаде и их числом. Поэтому с целью снижения энергоемкости диспергатора расстояние между дисками, регулируемое толщиной слоя шаров, установлено в каждом каскаде по ходу движения потока меньшим, чем в предыдущем каскаде.

Как известно из гидравлики, при движении потока жидкости возникают сопротивления, на преодоление которых затрачивается определенная часть энергии потока. Величина гидравлических сопротивлений, определяющая гидравлическую мощность насосов для прокачивания жидкости через систему, зависит от потерь напора по длине потока и местных потерь, связанных с внезапным изменением сечения каналов и направления движения потока.

Для рассматриваемого случая превалирующими являются местные гидравлические сопротивления на входе и выхо1 де из отверстий дисков,а также при внезапных расширениях и сужениях, обус-. ловленных геометрией плотной упаковки шаров в каскадах. При этом в каждом каскаде по ходу движения потока жидкости ввиду уменьшения диаметра отверстий и шаров и роста скоростей ,движения потока суммарное гидравлическое сопротивление возрастает.

Количество внезапных расширений и сужений потока является наибольшим

I в толще шаров каждого каскада.Поэтому при постоянном гидравлическом сопротивлении на дисках, ограничивающих толщину слоя шаров, расстояние между дисками определяет общий перепад давлений на определенном каскаде диспергатора. В общем виде число расширений и сужений а в толще шаров каждого каскада обратно пропорционально диаметру шаров с,„и определяется соотношением а=,,у где E — - расстояние между дисками в каскаде.

S 111

С учетом достижения равенства величины 9. в первом и последующем каскаде справедливо выражение gш 54ù или ц Й, где P,è — расстояние между двумя предыдущими и последующими по ходу потока дисками соответственно первого и последующего каскада; с и сги, - диаметр шаров насадки

1 2 между двумя предыдущими и последующими по ходу потока дисками соответственно в первом и последующем каскадах.

Следовательно, поставленная цель достигается при установке дисков в

Каждом последующем каскаде, а соответственно и толщине слоя шаров, на расстоянии, определяемом соотношением, tg < g Rg сг

@с

При наличии прямых углов между дисками и стенками корпуса диспергатора в этих участках образуются застойные зоны, где эффективность диспергирования снижается и возможно скопление крупнодисперсных частиц твердой фазы.

Для предотвращения этого, рабочие поверхности дисков выполняют двуяковогиутыми (фиг. 4). При этом в результате косого удара струй р диск происходит дополнительное соудареиие встречных вихревых струй, концентрация их кинетической энергии и увеличение эффективности диспергирования.

Конкретное исполнение диспергатора, т.е. наружный диаметр корпуll 802

5

25 са, количество каскадов, расход и перепад давления обрабатываемой дисперсной системы, определяются в зависимости от области применения и технологических требований. Так, например, для приготовления и обработки промывочных жидкостей дисI пергатор может быть выполнен как в погруженном исполнении с установкой в составе бурового снаряда, так и в линии обвязки буровых насосов и глиностанций.

Применение предлагаемого гидродинамического диспергатора способствует разрушению первичной структуры обрабатываемых суспензий (эмульсий) и их тонкому и однородному диспергированию при прохождении последовательных каскадов с увеличивающейся интенсивностью гидродинамического воздействия. Высокая стабильность получаемых суспеизнй и эмульсий достигается также стабильным режимом обработки в каждом каскаде за счет сохранения плотной упаковки шаров по мере их износа.

Возможность и простота регулирования в широких пределах рабочего режима диспергатора позволяют получать высокодисперсные системы с зацанныMH и постоянными свойствами через один-два цикла нрокачивания через устройство.

За счет указанных преимуществ на

15-20Х снижается расход дисперсной фазы, например глинопорошка или эмульсола, а также химически реагентов для стабилизации и поддерживания свойств суспензий и эмульсий.

1111802

111!802

Составитель Н.Федорова

Редактор О.Бугир Техред М.Надь Корректор -" - Сирох-""а

Заказ 6375/б Тираж 575 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва, Ж-35, Раушская наб.,д,,А/.-

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4