Способ смешивания материалов в электрическом поле

 

Класс 80а, 7„, ¹ 143343

cccv

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

Подписная группа Л5 2бб

А. И. Бут

СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Заявлено 20 апреля 1961 г. за Мв 727133, 29 в Комитет по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» М 23 за 1961 r.

Известен способ электростатического осаждения заряженнъ1х частиц жидкого материала в электрическом поле высокого напряжения с применением коронирующих электродов, Предложенный способ смешивания материалов в электрическом голе является новым, практически целесообразным и обеспечивающим получение однородного материала. Эго достигается за счет того,:то раздробленные два исходных компонента направляют в электрическом поле для движения по заданным траекториям, сходящимся в зоне смешивания. В зоне смешивания разноименно заряженные частицы притягиваются друг к другу и образуют однородные частицы, которые подвергают фиксации термической или химической обработкой.

При необходимости произвести смешивание нескольких компонентов (более двух) их смешивание ведут попарно. Вновь полученный компонент смешивают с последу1ощим, направляя их в очередные электрические поля. В этом случае электрические поля располагают последовательно. Поддержание движения частиц в электрическом поле по заданным траекториям осуществляют путем пропускания сжатого воздуха через полосги перфорированных электродов, при этом сжатый воздух образует воздушные завесы.

На чертеже изображена схема электросмесителя, работающего по предложенному способу.

Во время работы смесителя из бункера 1 через питатель 2 доз 1руется компонент Кь его частицы 3 попадают в межэлектродное пространство, ограниченное коронирующим электродом 4 и осадитеельным электродом 5.

Частицы компонента К1 приобретают положительный заряд (на коронирующий электрод подается положительный полюс). Полюсность № 143343 корониру щугр."электрода необходимо учитывать со свойствами частиц приобретать положительный заряд,,ТраекФЬрйФ движения частиц подбирается такой, чтобы они не осаждалис @здительном электроде, это достигается регулированием напр ия между электродами или путем пропускания газа чсрев полоЛ.ФЧЗЦИ Мфированного осадительного электрода. Поток газа прЬьяжетвуе -ееаи ению частиц на осадительный электрод.

Из бункера б через питатель 7 дозируется компонент К, его частицы 8 попадают в межэлектродное пространство, где установлен коронирующий электрод 9, к которому подключен уже отрицательный полюс (здесь также необходимо учитывать полярность зарядки частиц).

Частицы компонента Кг приобретают отрицательный заряд и также не осаждаются на осадительном электроде, а ниже его встречаются с положительно заряженными частицами компонента К и взаимно притягиваются, образуя гранулу 10 из двух компонентов.

Если электрические силы сцепления Heäîe÷àòî÷íû для фиксации гранулы, в этом случае используется устройсчво 11 для фиксации гранул.

Здесь могут быть использованы силы, вызывающие изменение агрегатного состояния в желательную сторону или химического взаимодействия частиц этих компонентов, т. е. термическая или химическая обработка частиц.

Фиксация гранул осуществляется во взвешенном состоянии.

При смешивании больше чем двух компонентов зафиксированные гранулы 12 попадают в мсжэлектродное пространство второго каскада с коронирующим электродом 13 и осадительным 14.

Так же как и в первом каскаде полученные гранулы принимаем уже за частицы компонента Kt.

Частицы компонента К из бункера 15 через питатель 16 дозируются в межэлектродное пространство, где коронирующий электрод 17 сообщает частицам 18 компонента К3 отрицательный заряд.

Гранулы, образованные из двух первых компонентов, несут положительный заряд, встречаясь ниже осадительного электрода. Они взаимопритягиваются, образуя гранулы 19 уже из трех компонентов. которые фиксируются устройством 20. Таким путем можно получить гранулы из любого числа компонентов.

В конце процесса электросмешивания готовые гранулы 21 могут поступать в приемный бункер 22 или направляться непосредственно для осуществления, например, формовки изделий, нанесения защитных пленок или химических реакций.

Смешивание является одним из важных технологических процессов. Чем однороднее (гомогеннее) смесь, тем эффективнее протекаю процессы дальнейшей их обработки.

В зависимости от диоперсности, агрегатного состояния компонентов, их соотношения в смеси и целей, преследуемых при смешивании, определяются необходимые электрические параметры полей для осуществлепия данного процесса. а) Практические цели смешивания в электрическом поле могут сводиться к следующему:

1. Получению простых физических смесей.

2, Изменению физического состава смешивающих веществ.

3. Диспергированию смешивающих веществ.

4. Ускорению химических реакпий и теплопередачи смешиваемых веществ. б) Факторами, определяющими качество смешивания в электрическом поле, являются:

1. Выход продукта или степень завершения процесса.

2. Физические свойства продукта.

3. Скорость или полнота смешивания.

4. Надежность и стабильность процесса, постоянство качества смеси.

5. Рентабельность процесса смешивания и последующих технологических процессов.

6. Автоматизация и непрерывность процесса смешивания, простота обслуживания и компактность аппарата.

7. Получение новых ценных качеств в процессе смешивания.

8. Устойчивость от агрессивного и абразивного действия смешивающих материалов и устранение причин загрязнения смеси аппарату;ным металлом. в) Основными физическими факторами, оказывающими влияние на процесс смешивания в электрическом поле, являются: консистенция и удельный вес смешивающих фаз, соотношение количеств веществ и порядок их прибавления к смеси, легкость смачивания и поверхностные натяжения, размер и форма частиц, диэлектрическая постоянная веществ и обратимость зарядки частиц; диполяризация частиц и продолжительность удерживания зарядов.

Предложенный способ может применяться, например, для:

1) Получения. простых физических смесей, когда компоненты в смеси остаются без изменений, в этом случае преследуется целью равномерно распределить компоненты в смеси.

Степень однородности смеси определяет се качество. Например, при хорошем смешивании нескольких цветов краски получается красивый равномерный ее колер, однородная масса имеет лучшие формовочные качества и т. д.

В 1960 г. впервые был осуществлен способ смешивания в электрическом поле глазури в процессе ее нанесения на керамические облицовочные плитки.

Компоненты глазури представляют собой порошки глины, каолина, красителей и несколько составов фрит, отличающихся размером частиц, удельным весом и диэлектрической постоянной.

Зарядка частиц компонентов глазури происходит во время их прохождения в межэлектродном пространстве, ограниченном коронирующим и осадительным электродами.

Осадительный электрод выполнен в виде конвейера, на котором движутся плитки.

Заряженные частицы каждого компонента глазури имеют свою траекторию осаждения, и при движении плиток на их поверхности осаждаются все компоненты в заданной пропорции, образуя однородную массу глазури.

Это отчетливо видно после обжига. плитка имеет однородную блестящую поверхность расплавленной глазури.

Если бы глазурь была неоднородной, то более легкоплавкие компоненты впитались в черепок, а тугоплавкие при обжиге не расплавились, и поверхность плитки оказалась бы матовой.

Электрический способ смешивания глазури в данном случае обеспечивает не только гомогенизацию глазури, но и равномерное ее нанесение на поверхность плиток.

Смешивание сухих компонентов глазури с одновременным нанесением их на поверхность плиток в электрическом поле привело и тому, что из технологического процесса исключен предварительный об>киг плиток.

2) Изменения физического состояния смешиваемых веществ.

Смешивание в электрическом поле может способствовать растворению одного или нескольких компонентов в жидкости или газа в жидкости, при этом происходят такие физические процессы, как адсорбции, катализ, кристаллизация, паптизация, коагуляция или флокуляция, когда частицы соединяются в хлопья, в целях осаждения или фильтрации.

Чем ближе будут соприкасаться пограничные слои смешивающихся компонентов, тем интенсивнее будет протекать этот или иной физический процесс.

При разноименной зарядке двух компонентов последние будут притягиваться друг к другу, ускоряя тот или иной физический процесс.

Так, например, если твердые частицы растворимого вещества зарядить поло>кительно, а частицы растворителя — отрицательно, то произойдет их взаимное притяжение и быстрое растворение.

При рас>ворении газообразных веществ в производстве соляной, азотной, серной и других кислот электрический способ смешивания

»o>«ez способствовать ускорению адсорбции.

3) Смешивания с целью диспергирования.

Обычно, путем смешивания двух несмешивающихся жидкостей (масло — вода, ртуть — вода и т. д.) получают эмульсии, где одна жидкость диспергируется в другой в результате технологического интенсивного перемешивания. В настоящее время этот процесс перемешивания осуществляется при помощи ультразвуковых колебаний.

Однако электрический способ смешивания таких жидкостей может конкурировать даже с ультразвуком.

Дело в том, что ультразвуковые генераторы имеют очень низкий к.п.д., поэтому расход электроэнергии на процесс смешивания очень велик.

При разноименной зарядке частиц двух несмешивающихся жидкостей образуются гранулы, где частицы плотно примыкают друг к другу, нарушая при этом силы отталкивания, дают однородную высокодисперсную устойчивую эмульсию.

Расход электроэнергии при этом составляет около 1 квт час на тонну эмульсии.

Здесь необходимо заметить, что.жидкость в процессе зарядки диспсргируется в результате одноименной зарядки, и дополнительного расхода электроэнергии для этого не требуется.

Суспензия получается также, только в этом случае в >кидкос.и диспергируются твердые частицы.

Смешивание в электрическом поле, с целью получения эмульсии и суспензий, имеет большое значение в производстве химико-фармацевтических препаратов, в производстве охлаждающих эмульсий для обработки металлоь, в пищевой промышленности для изготовления различных соусов и других продуктов. Важно, что для этого требуется одна и та >ке конструкция электросмесителя.

4) Ускорения химических реакций при смешивании реагирующих компонентов, что имеет большое значение для всех технологически.< процессов.

Благодаря хорошему перемешиванию предотвращается перегрев или нежелательные побочные реакции при окислении, восстановлении, нейтрализации, гидрогенизации жиров, полимеризации и других процессов.

М 143343

Смешивание в электрическом пОле не только ускоряет химические реакции за счет более тесного контакта реагирую .цих частиц, но оно открывает пути к осуществлению таких реакций, котор.цф" ббЫчным способом осуществить не удавалось. Например, смешиванием.а,электрическом поле инертного газа азота и атомарного кислорода" оез нагрева; ния можно получить окись азота.

В производстве стекла исходное сырье (песок, мел, сода) смешивается в шихту, при нагревании шихта плавится и происходит образование силиката кальция и натрия.

При механическом перемешивании шихта получается неоднородной, поэтому реакция образования стекла идет медленно даже при очень высоких температурах.

Смешивание компонентов шихты в электрическом поле может осуществляться в процессе протекания химических реакций, образуя стекло более быстро при меньших температурах.

Как уже упоминалось, частицы кремнезема заряжаются в электрическое поле положительно, а частицы соды отрицательно. Они взаимно притягиваются и при нагревании фиксируются в микрогранулы, ооразуя капельки расплава (натриевой соли, соли кремниевой кислоты).

Не снижая температуры, капли ее заряжают положительно, а частицы мела отрицательно. Они также взаимопритягиваются и образуюг капельку готового стекла (кальций-калиевую соль кремниевой кислоты). Капельки готового стекла осаждаются в электрическом поле в апде готовых изделий.

Известно, чем меньше IacTHUbI реагирующих веществ, тем выше их удельная поверхность и, следовательно, больше теплопередача.

Вот почему при элсктросмешивании в процессе одновременного нагревания частиц шихты процесс варки стекла совершается быстрее, в то время, как варка стекла в ванных печах требует нескольких часов.

Смешивание шихты в электрическом поле и варка стекла осуществляются во взвешенном состоянии гранул, состоящих из плотно примыкающих друг к другу гранул, не соприкасающихся с огнеприпасом.

Поэтому стекло получается чистым, а Огнеприпас не подвергается разрушению в такой степени, как при варке стекла в ванных печах, Принцип смешивания в электрическом поле может быть использован для производства растворимого стекла путем образования гранул, расплава кремнезема и воды, с последующим присоединением этих гранул с заряженными частицами воды.

Разноименно заряженные частицы в процессе взаимного притяжения образуют сразу частицы рañòâîðèìîãî стекла, которые могут ыть осаждены в электрическом поле в виде раствора или использованы для нанесения защитных покрытий формовки, производства наждачной бумаги и т. д.

В данном случае смешивание в электрическом поле разрешает

Организовать эффективный спосоо производства жидкого стекла.

Существующий же способ производства жидкого стекла основан на варке стеклоглыбы в ванных печах и дальнейшем процессе растворения размолотой стеклоглыбы в автоклавах.

Смешивание в электрическом поле также может улучшить и упростить технологию производства цемента путем разноименной зарядки частиц глины и извести во взвешенном состоянии, что позволяет исключить из технологического процесса размол клинкера, не говоря уже о сокращении всего технологического процесса. № 143343 — 6— е!1, ° аг

Они !Ва 1ь1й спОсОб смешивания Остаетс1! Одинаковым для и гоизводства стекла, цемента и в керамическом производстве, IIQ сути совершая а491Ффрт же процесс с различными видами сырья.

i1pe I ytIi способ рекомендован к внедрению в народное хозяйство.

Предмет изобретения

1. Способ смешивания материалов в электрическом поле, образованном системой электродов, отличающийся тем, что, с целью получения однородного материала, раздробленные два исходных компонента направляют в электрическое поле для движения их по заданным траекториям, сходящимся в зоне смешения, где разноименно заряженные частицы притягиваются друг к другу, образуя частицы однородные, которые подвергают фиксации термической или химической обработкой.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что для смешивания нескольких (более двух) компонентов смешивание ведут попарно: вновь полученного с последующим, направляя их в очередные электрические поля, располагаемые, в этом случае, каскадно.

3. Способ по пп. 1 — 2, отличающийся тем, что для поддержания движения частиц в электрическом поле по заданным траекториям через полости перфорированных электродов пропускают сжатый воздух, образующий воздушные завесы. i, 7 е

1 у

1

1 х

0

-5

1ф

/ S I

/3 1 ®, I/7 го =

Составитель Ф, И. Глазков

Техред А. А. Камышникова Корректор Е. Л. Коган

Редактор М. А. Мрочко

Объем 0,52 изд. л.

Цена ll коп.

Формат бум. 70К1081/16

Тираж 580

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, N. Черкасский пер., д. 2/6

Типография ЦБТИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР, Москва, Петровка, 14.

Поди. к иеи. 18.1-62 г

3 а к 12444