Устройство для получения дисперсных систем

 

Сущность изобретения: устройство содержит вибропривод 14 и вертикальную емкость 1 для жидкости, в верхней части которой размещен упругий элемент, выполненный в виде сильфонной оболочки 9 с открытым нижним торцом. На верхнем торце сильфонной оболочки закреплена пластина 10 с центральным отверстием 11, с помощью радиальных ребер жестко соединенная с вертикальным штоком 13, связанным с вибратором. При колебаниях сильфонной оболочки, погруженной в жидкости, в последней возбуждаются волны динамического давления и происходит насыщение жидкости газом, поступающим из верхней части емкости. Это обуславливает получение режима вибротурбулизации в неподвижно установленной емкости и интенсивное перемешивание компонентов дисперсной системы. 1 ил.

Изобретение относится к технике приготовления дисперсных систем жидкость-газ, жидкость-жидкость с использованием вибровоздействий и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности, связанных с получением и применением различных жидкостных и газожидкостных смесей, суспензий и растворов.

Известно устройство для получения дисперсных систем, содержащее вертикальную емкость с герметичной крышкой, установленную на рабочей площадке вибростенда. При работе известного устройства емкость заполняется жидкостью при оставлении газовой "подушки" в ее верхней части, герметизируется и подвергается вертикальным колебаниям. Колебательные движения емкости вызывают колебания столба жидкости и возбуждают в ней волны переменного (динамического) давления, что на определенных частотах приводит к поступлению газа из "подушки" в жидкость и возникновению высокоинтенсивного режима вибротурбулизации, позволяющего получать высококачественные смеси. Недостатками данного устройства являются сложность установления режима вибротурбулизации и большие энергозатраты.

Наиболее близким к предложенному является устройство для получения дисперсных систем жидкость-газ, жидкость-жидкость, содержащее вертикальную емкость для жидкости, установленную на упругом основании и снабженную виброприводом, в которой размещен объемно сжимаемый упругий резонатор, выполненный в виде газонаполненной герметичной сферы с гибкими стенками, установленный с возможностью свободного перемещения, а емкость в верхней своей части снабжена ограничителем всплытия резонатора. При работе данного устройства колебания давления жидкости, возбуждаемые при колебаниях емкости, через гибкие стенки резонатора передаются заполняющему его газу, вызывая периодические изменения (пульсации) объема резонатора. Это приводит к перераспределению динамического давления в жидкости и образованию колебательной системы, что облегчает поступление в жидкость газа из "подушки" емкости и настройку колебательной системы на резонанс с получением режима вибротурбулизации. При этом резонатор свободно перемещается по высоте емкости и занимает в жидкости динамически устойчивое положение, обеспечивающее стабилизацию резонансного режима колебаний системы при заданных ее параметрах.

Недостатком данного устройства является необходимость колебаний всей емкости, заполненной жидкостью, что приводит к повышенным затратам энергии при получении дисперсных систем, а также ухудшает эксплуатационные свойства устpойства. Наличие упругого основания, обеспечивающего возможность колебаний емкости, усложняет конструкцию устройства. Наличие в жидкости подвижного газонаполненного резонатора, самопроизвольно перемещающегося на высоте емкости, снижает эксплуатационные возможности использования данного устройства и эффективность его работы. Например, при получении суспензий, взвесей или растворении твердых материалов наличие в дисперсной системе динамически активных частиц твердой фазы может привести к нарушению герметичности упругой оболочки и выходу из строя газонаполненного резонатора. Заключенный в упругую оболочку газ не участвует в массообмене с жидкостью, что уменьшает количество активного газа в жидкости и ухудшает взаимодействие фаз дисперсной системы, особенно в случае системы жидкость-газ, снижая эффективность вибрационных воздействий. Наличие упругой оболочки ухудшает динамический контакт между жидкостью и газом резонатора, снижает чувствительность колебательной системы и интенсивность режима вибротурбулизации. Кроме того, размещение в жидкости резонатора уменьшает степень использования рабочего объема емкости.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и интенсификация процесса перемешивания при получении дисперсных систем за счет повышения эффективности вибрационных воздействий, а также повышение эксплуатационных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что в устройстве для получения дисперсных систем жидкость-газ, жидкость-жидкость, содержащем вертикальную емкость для жидкости, в которой размещен упругий элемент, и вибропривод, упругий элемент выполнен в виде сильфонной оболочки с открытым нижним торцом, на верхнем торце которой закреплена пластина с центральным отверстием, концентрично установленной в верхней части емкости и жестко связанной с виброприводом через вертикальный шток, подсоединенный к верхнему торцу сильфонной оболочки.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит вертикальную емкость 1 для жидкости с герметичной крышкой 2, установленную неподвижно на основании 3. Емкость снабжена технологическими патрубками 4, 5, 6 для подачи исходных компонентов дисперсной системы (жидкости и газа) и отвода полученной смеси, а также люком 7 с крышкой 8 для твердофазной составляющей суспензий, взвесей или растворов. В верхней части емкости 1 помещена вертикально установленная упругая тонкостенная сильфонная оболочка 9 с открытым нижним торцом, на верхнем торце которой закреплена торцевая пластина 10 с центральным отверстием 11. Сильфонная оболочка 9 своей верхней торцевой частью жестко закреплена с помощью радиальных ребер 12 на нижнем конце вертикального штока 13, установленного в верхней части емкости с возможностью возвратно-поступательных перемещений. Шток 13 свободно проходит через центральное отверстие, выполненное в крышке 2 емкости, и подсоединен к виброприводу вертикальных колебаний - вибратору 14, закрепленному, например, на крышке 2 с помощью жестких стоек 15. Место ввода штока 13 в емкость 1 герметизировано, например, с помощью втулки 16 со скользящим уплотнением, установленной в центральном отверстии крышки 2. Сильфонная оболочка 9 установлена в верхней части емкости 1 таким образом, чтобы пластина 10 находилась на высоте, составляющей 0,85-0,9 высоты емкости (или на расстоянии 0,15-0,1 высоты емкости от крышки 2).

Устройство работает следующим образом.

Перед работой устройства емкость 1 заполняется смешиваемыми жидкими (и твердыми - через люк 7) компонентами до уровня, когда при крайнем нижнем положении штока 13 вся сильфонная оболочка 9 находится в жидкости, а пластина 10 - на поверхности жидкости. Затем емкость герметизируется. При включении вибратора 14 сильфонная оболочка 9 начинает совершать вертикальные колебания в жидкости, при этом верхняя часть ее с пластиной 10 периодически поднимается над уровнем жидкости на расстояние, равное двойной амплитуде колебаний штока 13. Колебания сильфонной оболочки 9 и периодические удары пластины 10 о поверхность жидкости возбуждают в жидкости волны динамического давления. Кроме того, при колебаниях упругой сильфонной оболочки, консольно закрепленной на штоке 13 своим верхним концом, происходят ее продольные импульсные расширения и сжатия, значительно увеличивающие амплитуду колебаний нижней части оболочки и усиливающие ее динамическое воздействие на жидкость. Это повышает динамическое давление и интенсифицирует гидродинамическое возмущение объема жидкости. При этом при высококачественных колебаниях сильфонной оболочки на линии раздела жидкость-газ происходит захват ее гофрами газа и поступление его в виде динамических активных пузырьков вглубь жидкости. При соударении пластины 10 с поверхностью жидкости также происходит интенсивный ввод в жидкость газа, поступающего в верхнюю часть полости оболочки 9 через отверстие 11. При этом в емкости под оболочкой 9 формируется центральный поток жидкости, захватывающий газ и увеличивающий глубину его проникновения. Поступление газа в жидкость приводит к образованию колебательной системы с переменной собственной частотой, зависящей от качества газа в жидкости. Эта система обладает высокой чувствительностью, так как в ней имеет место непосредственный контакт жидкости с газом, находящимся в ней в мелкодисперсном состоянии. В результате непрерывного поступления газа собственная частота системы изменяется до тех пор, пока не совпадает с частотой колебаний вибратора, что обеспечивает выход системы на резонанс (режим вибротурбулизации). При частоте колебаний вибратора 35-70 Гц и ускорении 6-8 д выход на резонанс происходит через 10-20 с работы устройства. В результате в емкости возбуждается интенсивный режим вибротурбулизации, обеспечивающий высокую эффективность получения дисперсных систем. Данный режим характеризуется высокой устойчивостью, поскольку получен в результате самонастройки колебательной системы на резонанс.

Таким образом, колебания сильфонной оболочки, установленной в верхней части емкости, позволяет получить высокоэффективный режим вибротурбулизации в неподвижно установленной емкости и без использования специального резонатора, свободно размещенного в жидкости. Это значительно повышает эксплуатационные свойства устройства и позволяет на 20-25% снизить энергозатраты при получении дисперсных систем. Отсутствие упругого резонатора позволяет полнее использовать рабочий объем емкости, а также обеспечить надежность работы устройства при получении дисперсных систем типа взвесей, суспензий и растворов, включающий твердофазные исходные компоненты, загрузка которых в емкость производится через люк 7. При этом увеличивается количество активного газа в жидкости, повышается чувствительность колебательной системы за счет непосредственного контакта газа и жидкости, а также за счет увеличения площади их контакта вследствие мелкодисперсного распределения газа по всему объему жидкости. Это обеспечивает повышение интенсивности резонансных колебаний системы, динамическое давление в которой в положительные полупериоды пульсаций достигает 1,5-2 ати, а в отрицательные - опускается ниже порога кавитации и позволяет повысить эффективность вибрационных воздействий за счет интенсификации процессов массообмена и перемешивания.

(56) Авторское свидетельство СССР N 428768, кл. B 01 F 3/08, 1974.

Авторское свидетельство СССР N 965495, кл. B 01 F 11/00, 1982.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ жидкость - газ, жидкость - жидкость, содержащее вертикальную емкость для жидкости, в которой размещен упругий элемент, и вибропривод, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат и интенсификации процесса перемешивания, упругий элемент выполнен в виде сильфонной оболочки с открытым нижним торцом, на верхнем торце которой закреплена пластина с центральным отверстием, концентрично установленной в верхней части емкости и жестко связанной с виброприводом через вертикальный шток, подсоединенный к верхнему торцу сильфонной оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1