Реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред
Владельцы патента RU 2572330:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "ЯГТУ") (RU)
Изобретение относится к аппаратам емкостного типа, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов химической технологии, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме перемешиваемой среды при рациональных затратах мощности. Реактор содержит вертикальный корпус с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, винтовые отражательные элементы, вращающийся центральный вал с мешалками. Мешалки выполнены в виде горизонтальных дисков с фрезерными лопастями, на нижней мешалке фрезерные лопасти установлены с обеих сторон диска, вышерасположенные мешалки изготовлены из дисков в виде колец, которые соединены с центральным валом с помощью винтовых отражательных элементов, а фрезерные лопасти установлены на них только с верхней стороны дисков, наружный диаметр диска каждой вышерасположенной мешалки больше в 1,1 раза наружного диаметра диска ближайшей нижерасположенной мешалки. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования жидких материалов. 4 ил.
Изобретение относится к аппаратам емкостного типа, предназначенным для проведения различных тепло- и массообменных процессов химической технологии, в которых требуется создание однородного поля концентраций и температур во всем объеме перемешиваемой среды при рациональных затратах мощности.
Известны аппараты с многорядными мешалками (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. - 784 с.), содержащие вертикальный корпус с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, винтовые отражательные элементы, вращающийся центральный вал с мешалками. Основным недостатком таких мешалок является то, что они не обеспечивают эффективного диспергирования смеси.
Известен аппарат с перемешивающим устройством (его варианты) (Авторское свидетельство СССР №1156723, 1985), содержащий вертикальный корпус с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, вращающийся центральный вал с мешалкой, мешалка выполнена в виде горизонтального диска с фрезерными лопастями, фрезерные лопасти установлены с обеих сторон диска. Основным недостатком данной мешалки является низкая эффективность перемешивания смеси во всем объеме аппарата.
Наиболее близким по конструктивному исполнению к предлагаемому изобретению является реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред (Авторское свидетельство СССР №1666171, 1991), прототип, содержащий вертикальный корпус с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, винтовые отражательные элементы, вращающийся центральный вал с мешалками. К основным недостаткам данного реактора, применительно к приготовлению дисперсий и эмульсий, следует отнести значительные удельные энергетические затраты.
Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования жидких материалов.
Решение указанной задачи достигается тем, что мешалки выполнены в виде горизонтальных дисков с фрезерными лопастями, на нижней мешалке фрезерные лопасти установлены с обеих сторон диска, вышерасположенные мешалки изготовлены из дисков в виде колец, которые соединены с центральным валом с помощью винтовых отражательных элементов, а фрезерные лопасти установлены на них только с верхней стороны дисков, наружный диаметр диска каждой вышерасположенной мешалки больше в 1,1 раза наружного диаметра диска ближайшей нижерасположенной мешалки.
На фиг. 1 изображен реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред, общий вид; на фиг. 2 - нижняя мешалка с фрезерными лопастями с обеих сторон диска; на фиг. 3 - общий вид верхних мешалок с лопастями с верхней стороны дисков; на фиг. 4 - общий вид винтовых отражательных элементов.
Реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред состоит из вертикального корпуса 1, который при необходимости снабжается теплообменной рубашкой 2. В нижней и верхней частях корпуса установлены патрубки 3, 4 для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта. Реактор снабжен перемешивающим устройством, состоящим из открытых быстроходных мешалок 5-8, изготовленных в виде горизонтальных дисков 9 с фрезерными лопастями 10. На нижней мешалке 5 фрезерные лопасти 10 установлены с обеих сторон диска 9. Вышерасположенные мешалки 6-8 изготовлены из дисков в виде колец, которые соединены с центральным валом с помощью винтовых отражательных элементов 11. Фрезерные лопасти 10 установлены на них только с верхней стороны дисков. Наружный диаметр диска каждой вышерасположенной мешалки больше в 1,1 раза наружного диаметра диска ближайшей нижерасположенной мешалки. Во вращательное движение центральный вал 12 с установленном на нем мешалками 5-8 приводится от электропривода 13.
Реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред работает следующим образом.
Через патрубок 3 поступают исходные компоненты, включается приводи, и вал 12 с мешалками 5-8 приводится во вращательное движение. Мешалки направляют жидкость в осевом и радиальном направлении и задают интенсивную циркуляцию обрабатываемой среды, обеспечивая при этом ее эффективное перемешивание и диспергирование. Выгрузка готового продукта производится через патрубок 4.
Указанные преимущества предлагаемого реактора с многорядными мешалками для обработки жидких сред, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.
Использование многорядных мешалок с фрезерными лопастями и винтовыми отражательными элементами позволяет значительно увеличить угловую скорость вращения центрального вала, так как предлагаемое новое техническое решение создает условия к более позднему переходу от ламинарного течения жидкости в реакторе к турбулентному. Благодаря увеличению числа оборотов вала становится возможным внесение в обрабатываемую среду большей механической энергии, обеспечивающей эффективность диспергирования и перемешивания.
Увеличение диаметра дисков мешалок снизу вверх и размещение на дисках мешалок (кроме нижней) фрезерных лопастей только с верхней их стороны позволяет интенсифицировать восходящие потоки жидкости в пристеночной области реактора, благодаря чему в реакторе создается устойчивая воронка из обрабатываемой среды. Известно, что наилучшие результаты диспергирования достигаются в тех случаях, когда работа производится с максимальными механическими нагрузками на обрабатываемую среду без разрушения образующейся в реакторе воронки (эффект Doughnut).
Реактор с многорядными мешалками для обработки жидких сред, содержащий вертикальный корпус с патрубками для ввода исходных компонентов и вывода готового продукта, винтовые отражательные элементы, вращающийся центральный вал с мешалками, отличающийся тем, что мешалки выполнены в виде горизонтальных дисков с фрезерными лопастями, на нижней мешалке фрезерные лопасти установлены с обеих сторон диска, вышерасположенные мешалки изготовлены из дисков в виде колец, которые соединены с центральным валом с помощью винтовых отражательных элементов, а фрезерные лопасти установлены на них только с верхней стороны дисков, наружный диаметр диска каждой вышерасположенной мешалки больше в 1,1 раза наружного диаметра диска ближайшей нижерасположенной мешалки.
