Роторно-пульсационный аппарат

 

Использование: для смешивания вязких сред при получении гомогенных или гетерогенных смесей в нефтехимической промышленности, в том числе при получении смесей из различных растворов высокомолекулярных полимеров, смесей из низкомолекулярных полимеров. Сущность изобретения: аппарат снабжен распределительным устройством, установленным во входном патрубке. Распределительное устройство выполнено в виде неподвижных винтовых смесительных элементов. В корпусе патрубка в местах стыка смесительных элементов установлены дополнительные сменные патрубки с диаметрами проходных отверстий, кратными отношению вязкостей и концентраций смешиваемых компонентов. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к аппаратам для смешивания вязких сред при получении гомогенных или гетерогенных смесей и может использоваться в нефтехимической промышленности, в том числе для получения смесей из различных растворов высокомолекулярных полимеров, смесей из низкомолекулярных полимеров, например эпоксикаучуковых композиций.

Известен роторно-пульсационный аппарат для смешивания вязких сред, состоящий из крышки, корпуса с коаксиально расположенными в нем статорными и роторными цилиндрами с отверстиями в виде пазов на обращенных одна к другой поверхностях. На крышке корпуса имеются входные патрубки, а на корпусе выходной патрубок [1] Недостаток аппарата отсутствие распределительной подачи компонентов, т. е. отсутствие первоначальной ориентации поверхностей раздела компонентов, подлежащих смешиванию, относительно направлений потока в аппарате, что ухудшает качество смешивания вязких сред и увеличивает время, необходимое для получения гомогенной смеси.

Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с крышкой, входными патрубками, выходным патрубком и концентрично размещенными чередующимися вращающимися и неподвижными цилиндрами с прорезями. Во внутреннем неподвижном цилиндре размещено распределительное устройство [2] Однако в этом случае эффективность процесса смешивания высоковязких сред ослабляется за счет образования в распределительном устройстве слоистой структуры, препятствующей равномерному количественному смешиванию компонентов.

Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с крышкой, входными и выходными патрубками и концентрично размещенными чередующимися вращающимися и неподвижными цилиндрами с прорезями. Во внутреннем неподвижном цилиндре размещено распределительное устройство в виде секторов. Число секторов кратно числу входных патрубков [3] Смешиваемые вязкие компоненты попадают в аппарат через патрубки, каждый отдельно от другого. Компоненты подают в концентрически расположенные на крышке канавки и, продавливаясь через отверстия, равномерно распределяются по секторам распределительного устройства. Далее компоненты из секторов попадают в прорези ротора и обрабатываются как в обычном аппарате. Секторное устройство позволяет придавать компонентам соответствующую первоначальную ориентацию относительно направления потока в аппарате. Первоначальная ориентация компонентов влияет на увеличение поверхности раздела между компонентами, что обеспечивает высокую гомогенизацию системы.

Недостатки известного устройства: низкая смешивающая способность распределительного устройства: при смешивании компонентов, взятых в одинаковых соотношениях, кратность увеличения поверхности раздела компонентов не может превышать число секторов, увеличить число секторов не представляется возможным по конструктивным соображениям; при смешивании компонентов, взятых в разных соотношениях, качество смешения резко снижается, так как площадь секторов устройства одинакова; невозможность переналадки устройства при переходе на обработку композиций с другим числом или соотношением компонентов; сложность конструкции, вызываемая необходимостью установки внутри рабочей полости аппарата специального устройства (что не позволяет использовать серийно выпускаемые аппараты); увеличение числа патрубков и кольцевых канавок, сообщающихся с ними, в зависимости от числа смешиваемых компонентов.

Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий распределительное устройство во входном патрубке, выполненное в виде вращающихся крыльчаток, соединенных винтовой спиралью. Кроме того, для разделительной загрузки компонентов во входной патрубок встроены два дополнительных патрубка, через которые самотеком или с помощью дозаторов известных конструкций в аппарат загружаются жидкие, пастообразные или порошкообразные компоненты [4] Отличия предлагаемого технического решения от известного состоят в следующем.

Распределительное устройство содержит неподвижные смесительные элементы, которые могут быть установлены в любом количестве, необходимом для достижения требуемого качества смешивания. Вносить конструктивные изменения в основную конструкцию роторно-пульсационного аппарата не надо. Это не может быть достигнуто в случае размещения подвижных крыльчаток.

Дополнительные сменные патрубки установлены в местах стыка смесительных элементов. Диаметры дополнительных патрубков выбраны не произвольно, а связаны с вязкостями и концентрациями основных и дополнительных компонентов приведенной в тексте зависимостью.

Подобное конструктивное решение допускает переналадку устройства при изменении числа смешиваемых компонентов или их соотношения.

На чертеже представлен роторно-пульсационный аппарат.

Роторно-пульсационный аппарат состоит из корпуса 1 с крышкой 2 и входным патрубком 3. В корпусе входного патрубка установлены соосно и неподвижно друг за другом винтовые смесительные элементы 4, выполненные в виде винтообразных изогнутых пластин. Пластины установлены встык таким образом, чтобы их кромки образовали прямой угол, а лево- и правоизогнутые спирали чередовались по всей длине патрубка. На корпусе входного патрубка 3 в местах соединения смесительных элементов выполнены отверстия, в которых установлены дополнительные сменные патрубки 5 для подачи ингредиентов. Патрубки имеют различный диаметр проходного отверстия и подбираются в зависимости от расхода того или иного ингредиента (вязкость, концентрация). Если число смешиваемых компонентов меньше числа дополнительных патрубков, то свободные отверстия закрывают заглушками 6. В корпусе аппарата 1 концентрично размещены чередующиеся вращающиеся цилиндры 7 на валу 8 и неподвижные цилиндры 9, вмонтированные в крышку 2 аппарата. В подвижных и неподвижных цилиндрах выполнены прорези 10 со смещением относительно друг друга. Корпус 1 снабжен также выходным патрубком 11.

Роторно-пульсационный аппарат работает следующим образом.

Один или два основных смешиваемых компонента подаются во входное отверстие основного патрубка 3. Остальные ингредиенты поступают через сменные дополнительные патрубки 5. Смешиваемая масса проходит по рабочим каналам, образуемым смесительным элементами 4 и стенками корпуса основного патрубка 3, подвергаясь закручиванию на искривленной поверхности смесительных элементов и многократному дроблению их на торцовых кромках.

Учитывая тот факт, что компоненты, концентрация которых в смеси наименьшая, а компоненты, значительно отличающиеся по вязкости от основного, хуже распределяются в массе, их целесообразно подавать в основной патрубок или дополнительные патрубки, расположенные в начале основного, чтобы они подверглись наибольшему смесительному воздействию, проходя через большее число винтовых элементов. Далее компоненты попадают в прорези неподвижного цилиндра 9, продавливаются сквозь них в виде полос и попадают на вращающиеся цилиндры 7, которые своими прорезями дробят эти полосы, сдвигая их и равномерно смешивая. Затем полученная смесь вязких компонентов выводится из аппарата через выходной патрубок 11.

Например, необходимо приготовить компаунд сложного состава, включающий два полимера (низкомолекулярный олигобутадиенакрилонитрильный каучук и эпоксидный олигомер), разбавитель (фурфурилглицидиловый эфир), отвердитель (УП-583), жидкий краситель.

Соотношение вязкостей и концентраций компонентов по отношению к основному компоненту (каучуку) приведены в таблице.

Смесь получают в предлагаемом аппарате, причем во входном патрубке осуществляют предварительное перемешивание компонентов, а в роторной части диспергирование компонентов для протекания химической реакции между эпоксидным олигомером и каучуком.

Диаметр входного патрубка 20 мм, число винтовых элементов 10. Ввиду того, что наилучшая степень перемешивания должна быть достигнута при смешивании каучука и эпоксидного олигомера (впоследствии между ними будет протекать химическое взаимодействие), а каучук имеет наибольшую вязкость, его следует подать через центральный патрубок. Эпоксидный олигомер следует направить по дополнительному патрубку, расположенному вблизи после первого смесительного элемента. Диаметр дополнительного патрубка: d_д1= d_o · 20· · 12 мм Аналогично можно рассчитать диаметры патрубков для всех остальных компонентов. Так, для разбавителя: d_др= d_o · 20· · 4,4 5 мм
При выборе положения соответствующие патрубка следует учитывать концентрацию и вязкость компонентов чем меньше концентрация и больше различаются вязкости основного и дополнительного компонента, тем больше число смесительных элементов должен пройти компонент.

Общая степень увеличения поверхности раздела во входном патрубке может быть оценена как S S_o^.2^m, где S_o начальная поверхность раздела компонентов, m число элементов.

Установка во входном патрубке неподвижных смесительных элементов оказывает существенное влияние на процесс смешивания.

Повышается смешивающая способность аппарата. Благодаря делению потоков на торцах смесительных элементов и гомогенизации внутри них поверхность раздела смешиваемых компонентов увеличивается. Компоненты поступают в основную часть роторно-пульсационного аппарата тщательно перемешанными, и достаточно одного прохода через роторную зону аппарата для доведения композиции до готовности. Время цикла сокращается.

Обеспечивается переналадка устройства. При изменении числа смешиваемых компонентов или их соотношения могут быть заменены сменные дополнительные патрубки и место подачи компонента.

Упрощается конструкция аппарата, т.к. нет необходимости устанавливать распределительное устройство в роторной части аппарата, меняя размеры и конфигурацию всех его частей.

Формула изобретения

РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с крышкой, входными патрубками, выходным патрубком, концентрично размещенными чередующимися подвижными и неподвижными цилиндрами с прорезями, распределительное устройство и дополнительные патрубки, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде винтовых смесительных элементов, а дополнительные патрубки выполнены сменными с диаметрами проходных отверстий, кратными отношению вязкостей и концентраций смешиваемых компонентов, и установлены в местах стыка неподвижных смесительных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2