Роторный кавитационный диспергатор

 

Изобретение преимущественно может быть использовано для приготовления эмульсий и суспензий и касается конструкции роторного кавитационного диспергатора. Диспергатор содержит корпус с патрубками входа и выхода обрабатываемого потока материала. В корпусе концентрично и с зазором по отношению друг к другу установлены кольцевой ротор и охватывающий его кольцевой статор. В роторе расположены лопатки центробежного насоса. Ротор и статор имеют радиальные цилиндрические отверстия для прохождения обрабатываемого потока материала, при этом каждое отверстие ротора и/или статора имеет на внутренней стенки винтовую канавку. Винтовая канавка может быть выполнена на части длины внутренней стенки радиального отверстия или по всей ее длине. Технический результат - повышение степени диспергирования при приготовлении смесей и эмульсий за счет турбулизации обрабатываемого потока материала с одновременным упрощением технологии изготовления. 11 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к технике тонкого размола твердых тел в жидкой среде, диспергирования жидких суспензий, смешивания неоднородных жидкостей с различными физическими свойствами, эмульгирования несмешивающихся материалов с применением гидродинамической кавитации и гидравлических ударов. Изобретение преимущественно может быть использовано для приготовления эмульсий, суспензий в пищевой, химической промышленности, в энергетике, для приготовления водоэмульсионных и латексных красок, при смешивании двух или более составляющих для производства водомазутных смесей, масла, маргарина, бумаги, в фармацевтической промышленности для приготовления жидких лекарственных препаратов. Область промышленного использования изобретения охватывает также нефтедобывающую, нефтеперерабатывающую, дорожно-строительную и смежные отрасли промышленности.

Известен центробежный диспергатор, содержащий корпус с патрубками входа и выхода обрабатываемых материалов и установленные в корпусе концентрично друг другу ротор и статор, сопрягаемые боковыми поверхностями, выполненными в виде усеченных конусов (WO 99/08782, 1999).

Известная конструкция в нередких случаях при однократном пропуске обрабатываемых материалов через диспергатор не обеспечивает заданных параметров диспергирования или эмульгирования.

Известен смеситель для смешивания, по меньшей мере, двух свободно текущих субстанций, который содержит ротор, включающий рабочий диск с двойным рядом нормальных к нему пальцев, равномерно распределенных по окружности, и лопастное рабочее колесо, статор, вмещающий упомянутые рабочий диск и рабочее колесо и имеющий нормальную к оси ротора стенку, с двойным рядом нормальных к ней пальцев, концентрично противолежащих к пальцам рабочего диска (US 4915509, 1988).

Известный смеситель в исполнении с одним рабочим диском и одним рабочим колесом не обеспечивает достаточную устойчивость к расслоению получаемой эмульсии, а для повышения дисперсности эмульсии требуется соответственно увеличивать количество рабочих дисков и рабочих колес, что приведет к существенному усложнению устройства в техническом отношении. Кроме того, при увеличении количества рабочих дисков и рабочих колес соответственно повышается гидродинамическое сопротивление системы, что существенно ограничивает возможности повышения производительности смесителя.

Известен роторно-пульсационный аппарат, содержащий установленные в корпусе ротор и статор, на рабочих поверхностях которых выполнены зубчатые элементы, представляющие собой концентрично расположенные по окружности ряды, состоящие из выступов и впадин. Аппарат содержит входные лопатки насоса, жестко прикрепленные к рабочей поверхности ротора, выходные лопатки насоса, являющиеся выступами последнего ряда зубчатого элемента ротора и кольцевых канавок, выполненные между рядами зубчатых элементов статора и ротора, при этом количество выходных лопаток насоса больше количества входных лопаток насоса (RU 2152819, 20.07.2000).

Известное устройство обеспечивает высокое качество диспергирования смесей, при этом в одном аппарате совмещены функции диспергатора, гомогенизатора и насоса. Однако при этом известное устройство имеет достаточно сложную конструкцию и технологию изготовления.

Ближайшим аналогом к заявляемому устройству является роторный аппарат гидроударного действия, содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор и статор со щелями в боковых стенках, при этом щели в роторе выполнены в виде дозвуковых сопел, сужающихся в сторону статора, щели которого выполнены расширяющимися в сторону корпуса и имеют вогнутые поверхности (SU 1586759, 1990).

Недостатками известного аппарата являются недостаточно эффективная с точки зрения образования гидродинамической кавитации форма отверстий ротора (дозвуковые сопла), возникновение гидродинамической кавитации только в расширяющихся отверстиях статора, а также достаточно сложная технология получения определенной формы щелей ротора и статора.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения - повышение степени диспергирования при приготовлении смесей и эмульсий за счет турбулизации обрабатываемого потока материала с одновременным упрощением технологии изготовления кавитационного диспергатора.

Для достижения указанного технического результата в роторном кавитационном диспергаторе, содержащем корпус с патрубками входа и выхода обрабатываемого потока материалов и установленные в корпусе концентрично и с зазором по отношению друг другу кольцевой ротор с расположенными в нем лопатками центробежного насоса и охватывающий его кольцевой статор, имеющие радиальные отверстия для прохождения обрабатываемого потока материалов, согласно изобретению, радиальные отверстия ротора и статора выполнены цилиндрическими, при этом каждое отверстие ротора и/или статора имеет на внутренней стенке винтовую канавку.

Винтовая канавка может быть выполнена на части длины внутренней стенки радиального отверстия или по всей ее длине.

Винтовая канавка может быть выполнена сплошной или прерывистой.

Винтовая канавка может быть выполнена из чередующихся участков с правым и левым наклоном.

Винтовая канавка может быть выполнена на входном участке внутренней стенки радиального отверстия или на выходном ее участке, или как на входном, так и на выходном ее участках.

Наклон винтовой канавки на входном участке внутренней стенки радиального отверстия может быть противоположен наклону винтовой канавки на выходном участке внутренней стенки радиального отверстия (по типу правой и левой резьбы).

Наклон винтовой канавки внутренней стенки радиального отверстия ротора может быть противоположен наклону винтовой канавки внутренней стенки радиального отверстия статора (по типу правой и левой резьбы).

Винтовая канавка может быть выполнена с изменяющимся шагом по длине внутренней стенки радиального отверстия.

Шаг винтовой канавки составляет, преимущественно, 10-20 мм.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен роторный кавитационный диспергатор, вид сбоку в разрезе;

на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1;

на фиг.3 - фрагмент ротора и статора в момент совмещения их радиальных отверстий;

на фиг.4 - фрагмент ротора и статора в момент несовпадения их радиальных отверстий;

на фиг.5 - иллюстрация условий прохождения потока обрабатываемых материалов через отверстия ротора и статора в момент совмещения их радиальных отверстий;

на фиг.6 - иллюстрация условий прохождения потока обрабатываемых материалов через отверстия ротора и статора в момент несовпадения их радиальных отверстий;

на фиг.7 и 8 - варианты выполнения винтовых канавок в стенках отверстий ротора и/или статора.

Роторный кавитационный диспергатор содержит корпус 1 с патрубком входа 2 и патрубком выхода 3 обрабатываемого потока материалов. Внутри корпуса 1 концентрично друг другу расположены кольцевой ротор 4 и кольцевой статор 5, между которыми образован зазор 6. В роторе 4 расположены лопатки 7 центробежного насоса. В кольцевом роторе 4 и кольцевом статоре 5 выполнены цилиндрические радиальные отверстия 8 и 9. Диаметр отверстий 8 ротора 4 может быть равен диаметру отверстий 9 статора 5 или отличаться от него.

Радиальные отверстия 8 и 9 ротора 4 и статора 5 выполнены цилиндрическими, при этом каждое отверстие ротора 4 и/или статора 5 имеет на внутренней стенке 10 винтовую канавку 11. Таким образом, винтовые канавки 11 могут быть выполнены только на стенках отверстий 8 ротора 4 или только на стенках отверстий 9 статора 5 или на стенках отверстий и ротора 4 и статора 5.

Винтовая канавка 11 может быть выполнена на части длины внутренней стенки 10 радиального отверстия 8 или 9 ротора и/или статора, или может быть выполнена по всей длине стенки 10. При выполнении винтовой канавки 11 на части длины внутренней стенки радиального отверстия возможны различные варианты: такая канавка может быть выполнена на входном участке 12 внутренней стенки радиального отверстия, или на выходном участке 13 внутренней стенки радиального отверстия, или и на входном и на выходном участках внутренней стенки радиального отверстия, или в средней части стенки радиального отверстия или в любой другой ее части. При выполнении винтовой канавки как на входном, так и на выходном участках наклон винтовой канавки на входном участке внутренней стенки радиального отверстия может быть противоположен наклону винтовой канавки на выходном участке внутренней стенки радиального отверстия.

Указанные возможные варианты расположения канавки могут быть применены как для радиальных отверстий ротора 4, так и для радиальных отверстий статора 5. При этом винтовая канавка 11 может быть выполнена как сплошной, так и прерывистой.

Винтовая канавка 11 может быть выполнена из чередующихся участков с правым и левым наклоном. Кроме того, винтовые канавки ротора 4 и статора 5 могут иметь наклон как в одном направлении, так и в противоположных направлениях.

Винтовая канавка 11 может быть выполнена с изменяющимся шагом по длине внутренней стенки радиального отверстия.

Шаг винтовой канавки 11 составляет, преимущественно, 10-20 мм.

Роторный кавитационный диспергатор работает следующим образом.

Обрабатываемый поток материалов по входному патрубку 2 корпуса 1 поступает в полость ротора 4. При протекании потока через радиальные отверстия 8 ротора, благодаря наличию на стенках отверстий 8 винтовых канавок 11, происходит закручивание потока, что способствует возникновению интенсивной гидродинамической кавитации и обеспечивает интенсивное перемешивание. В момент перекрытия отверстий 8 ротора 4 кольцевой стенкой статора 5 (т.е. отверстия ротора и статора не совпадают) происходит резкое повышение давления - прямой гидравлический удар. Поток обрабатывается в роторе последовательностью гидроударов. В момент совмещения отверстий ротора 4 и статора 5 обрабатываемый поток попадает в радиальные отверстия 9 статора 5. При наличии в стенках отверстий 9 статора 5 происходит дополнительное закручивание потока и, как следствие, дополнительное интенсивное перемешивание.

Формула изобретения

1. Роторный кавитационный диспергатор, содержащий корпус с патрубками входа и выхода обрабатываемого потока материалов и установленные в корпусе концентрично и с зазором по отношению друг другу кольцевой ротор с расположенными в нем лопатками центробежного насоса и охватывающий его кольцевой статор, при этом ротор и статор имеют радиальные отверстия для прохождения обрабатываемого потока материалов, отличающийся тем, что радиальные отверстия ротора и статора выполнены цилиндрическими, при этом каждое отверстие ротора и/или статора имеет на внутренней стенке винтовую канавку.

2. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена на части длины внутренней стенки радиального отверстия.

3. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена по всей длине внутренней стенки радиального отверстия.

4. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена сплошной или прерывистой.

5. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена из чередующихся участков с правым и левым наклоном.

6. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена на входном участке внутренней стенки радиального отверстия.

7. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена на выходном участке внутренней стенки радиального отверстия.

8. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена на входном и выходном участках внутренней стенки радиального отверстия.

9. Диспергатор по п.8, отличающийся тем, что наклон винтовой канавки на входном участке внутренней стенки радиального отверстия противоположен наклону винтовой канавки на выходном участке внутренней стенки радиального отверстия.

10. Диспергатор по п.1, отличающийся тем, что наклон винтовой канавки внутренней стенки радиального отверстия ротора противоположен наклону винтовой канавки внутренней стенки радиального отверстия статора.

11. Диспергатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена с изменяющимся шагом по длине внутренней стенки радиального отверстия.

12. Диспергатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что шаг винтовой канавки составляет 10-20 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8