Смеситель непрерывного действия

 

338240

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02.V11.1969 (№ 1343384/23-26) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 15Х.1972. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 7.VI.1972

М. Кл. В 01f 7/04

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете йтнннстров

СССР

УДК 66.063.8 (088.8) Авторы изобретения

Заявитель

К. Г. Петров и М. Л. Моргулис

Всесоюзный научно-исследовательский институт новых строительных материалов

СМЕСИТЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к смесителям непрерывного действия для приготовления различных сыпучих, пасто- и желеобразных смесей, преимущественно композиций, включающих один или несколько топкодисперсных порошков (компонентов), в процессе смешивания которых необходимы нагрев, охлаждение или нагрев с последующим охлаждением.

Известны смесители непрерывного действия, предназначенные для аналогичной цели, содержащие цилиндрический корпус с рубашкой, установленный в нем вал с лопастями и кольцеобразные перегородки, образующие с корпусом зазор. Материал в таких машинах в результате действия центрооежных сил располагается в виде вращающегося кольцевого слоя, прижатого к внутренней поверхности камеры. Загрузка материала в смесительную камеру и выгрузка его осуществляются через круглые отверстия, расположенные соответственно в передней и задней торцовых стенках камеры концентрично к оси последней. Вследствие больших окру.кных скоростей ротора между материалом, с одной стороны, лопатками и стенками камеры, с другой, а также между разными слоями материала возникают значительные силы трения, за счет которых температура обрабатываемого материала можст достигать 150 С и выше, С целью более гибкого регулирогания тепловых параметров процесса — степени нагрева и,,главным образом, охлаждения массы вся смесительная камера или ее отдельные зоны снабжены рубашками. Возможность такого регулирования при прочих равных условиях зависит от отношения площади поверхности смесительной камеры к ее объему, точнее к объему находящегося в ней материала.

Поскольку площадь повсрхпости камеры для

10 каждого размера машины постоянна, указанное отношение определяется только степенью заполнения ее материалом. Снижение же степени заполнения с целью регулирования температуры уменьшает производительность»а15 ш ины.

Известный смеситель имеет существенный недостаток, который заключается в ограниченной возможности регулирования температуры материала (в основном при охлаждении) пу20 TCII TeIIлопередачи LIPpe3 cTPI{1(H камеphI. Известно, что эффективность процесса смешивания зависит от градиента скоростей между материалом и лопатками ротора. В рассмотренном смесителе-аналоге кольцевой слой

25 материала вращается внутри камеры, причем скорость его в значительной степени определяется торможением в результате трения о стенку камеры. Это торможение осуществляется в основном на непрорабатываемых вра30 щающимися лопатками участках. Оошая дли338240 йа этих участков ограничена 40 — 70О/О длины камеры, поскольку остальная длина приходится на зоны размещения лопаток. Таким образом, известный смеситель не позволяет существенно увеличить эффективность смешивания за счет повышения градиента скорости между ротором и материалом.

Цель изобретения — создать смеситель, не имеющий указанных недостатков, пригодный для более широкого использования в различных технологических процессах, обеспечивающий приготовление различных сыпучих, пастои желеобразных композиций, имеющий развитую поверхность контакта между материалом и стенками камеры.

Эта цель достигнута тем, что в предлагаемом смесителе перегородки внутри камеры, например сегментные, жестко соединены с корпусом, причем с целью увеличения эффективности теплопередачи они могут быть выполнены полыми и соединенными с рубашкой.

Для прохождения материала вдоль смесительной камеры между перегородками и степками камеры оставлен зазор. С целью предотвращения возможности «проскока» части вновь поступающего материала, особенно легких и «летучих» компонентов, по свободному центру камеры в зону выгрузки зазор между отверстиями одной-двух, первых по ходу материала, перегородок и валом выполняется минимальным.

Для облегчения съема и установки лопастного вала камера смесителя выполнена разьемной. Неподвижные перегородки в этом случае изготовлены из нескольких частей — сегментов или секторов, — закрепленных соответственно на корпусе и на крышке камеры.

На фиг. 1 изображен предлагаемый смеситель, продольный разрез; на фиг. 2 — разрезы по А — А (в зоне смешивания и нагрева) по

Б — Б, по  — В (в зоне охлаждения) и à — Г на фиг. 1; на фиг. 3 — разрезы по Б — Б и по

 — В для варианта смесителя, отличающегося конструкцией перегородок.

Смеситель состоит из следующих основных узлов: загрузочной камеры 1 с патрубком 2 и загрузочным шнеком 8; смесительной камеры, включающей корпус 4 и крышку 5 с форсунками б для ввода жидких компонентов; разгрузочной камеры 7 с патрубком 8; вала 9 с лопатками, 10, 11 и шкиЬом (либо муфтой)

12; подшипника И.

Смесительная камера состоит из зон смешивания и нагрева Д и охлаждения Е, разделенных на неоколько отсеков неподвижными перегородками 14, 15. Зона охлаждения снабжена рубашкой 1б. Перегородки 15 в этой зоне (см. разрез  — В на фиг. 2),сделаны полыми и соединены отверстиями 17 с полостью рубашки.

В передней торцовой стенке 18 камеры имеется загрузочное отверстие для ввода материала. Задней стенкой камеры слыкит диа фрагма 19 с круглым разгрузочным отверстием 20, диаметр которого определяет тол5

20 гь

3О

65 щину вращающегося кольцевого слоя материала и, следовательно, степень заполнения камеры.

Лопастной вал установлен по оси смесителя в подшипниках 18 и состоит из собственно вала 9 и лопаток 10 и 11. Лопатки выполнены в виде плоских пластин, установленных под определенными «углами атаки». Периферийная зона лопаток, находящаяся внутри кольцевого слоя материала, развернута таким образом, что проекция ее на образующую цилиндрической камеры несколько короче проекции всей лопатки. Площадь периферийной части лопаток 11, находящихся в зоне охлаждения с целью уменьшения трения, сокращена.

Угол установки лопаток подбирается таким образом, что лопатки, направляющие материал в одну сторону, чередуются с лопатками, направляющими материал в противоположную сторону. Продвижение материала в зону разгрузки при этом обеспечивается за счет его текучести вследствие значительного эффекта псевдоожижения в условиях, когда

-,олщина слоя со стороны загрузки несколько больше, чем в остальных зонах.

Лопастной вал может иметь и другую конструкцию. При разработке ее следует учитывать, что в зоне смешивания и нагреве необходимо обеспечить наибольший градиент скоростей ме>кду отдельными слоями смешиваемого материала, а также между материалом и лопатками, в зоне же охлаждения, наоборот, интенсивность воздействия лопаток следует ограничить.

Длина отсеков, на которые разбивают смесительную камеру неподвижные перегородки, выбирается из расчета установки в каждом отсеке в зоне смешивания и нагрева четырехшссти лопаток, а в зоне охлаждения однойдвух лопаток.

Благодаря тому, что загрузочные патрубок и камера смесителя имеют вертикальные переднюю и заднюю стенки и наклонные боковые стенки материал на них практически не налипает. В торцовой стенке 18 загрузочной камеры, являющейся одновременно стенкой смесительной камеры, сделано круглое загрузочное отверстие. Подача материала в смесительную камеру осуществляется шнеком 8, закрепленным на валу 9, вращающемся с большой скоростью, поэтому шаг шнека 8 выполняется равным 0,1 — 0,3 его диаметра. При условии хорошей обработки поверхности шнека материал к нему не прилипает.

Из фиг. 2 (см. разрез Б — Б) видно, что цилиндрическая смесительная камера сделана разъемной и состоит из двух частей: нижней — корпуса 4 — и верхней — крышки 5, соединенных фланцами. Перегородки 14 выполнены из двух сегментов, закрепленных соответственно на корпусе и крышке таким образом, чтобы между ними и стенками камеры оставался зазор 21, необходимый для осевого продви>кения материала, величина зазора равна 0,05 — 0,15 диамегра камеры. Зазор 22

338240 между перегородками и валом сделан минимальным, равным приблизительно 0,02 — 0,04 диаметра вала. Благодаря столь незначительному зазору практически исключается возможность проникновения вновь поступающего материала через свободный центр камеры к разгрузочному отверстию. Такой небольшой зазор по существу необходим лишь для первых по ходу материала одной или нескольких перегородок.

Внутренний диаметр остальных перегоролок выполняется несколько меньшим, чем мшгимальный диаметр кольцевого слоя. Ориентироьочно внутренний диаметр указанных перегородок можно и инять равным диаметру загрузочного отверстия в передней торцовой стенке смесительной камеры.

Высота сегментов, закрепляемых в нижней части камеры — в корпусе 4, включая зазор между сегментом и камерой, выполняется THкой, чтобы при снятой крышке камеры и горизонтальном положении лопаток 10 было возможно свободное осег>ое перемен>еп(?е Вяла. Поскольку ширина проекции лопаток на плоскость, перпендикулярную оси вала, обычно приблизитслы(о равна диаметру вала, высота указанных сегментов равна paBiiocTil радиусов камеры и вала. Высота же сегментов, закрепляемых на крышке 5, включая зазор 21 между сегментом, и крышкой, paB(ia разности ме)кду внутренним диаметром камеры и высотой нижнего сегмента.

Смесительная камера мо)кет быть сделана, например, разъемной по трем радиальным плоскостям с перегородками из трех секторов, а также неразъемной. На фиг. 2 (см. разрез

 — В) видно, что полые перегородки выполпеHbI аналогично цельным персгородкам, показанным на фиг. 2, разрез Б — Б. Для подвода и отвода тепла или хлад2ãåíта рубашка смесительнo;" камеры спаб)кена штуцерами 28. Система циркуляци((тсплоягента в описываемом варианте изобретения сделана таким образом, что оп сначала проходит через полые сегменты, а после этого омывает цилиндрическую поверхность камеры. С этой целью отверстия 17 для подзола теплоагепта к перегородкам с.(еляны с противоположных сторон, а ме)кду степками рубашки и камерой установлена продольная перемычка 24. Мо)кпо пс((ользовять и 7ругпе схемы циркуляции теплоагента, например последовательное соединение полых перегородок.

На фпг. 2 (см. разрез à — Г) Вилна зя.снял стенка смесительпой камеры, ьыполнеппая в виде диафрагмы 19 с разгрузочным 0ТВерстием 20.

Диаметр отверстия определяет ширину кольцевого слоя материала, образу(сщсгося в камере, а следовательно, и степень заполнения ее материалом. В зависимости от конкретных условий работы смесителя необходимый диаметр отверстия диафрагмы составляет от 0,4 до 0,8 диаметра камеры. Копструк5

65. .:(я с?Несптеля допускает быструю замену диафрагмы. Ь> «елесообразно установить диафрагму, регулирование размера отверстия которой возможно без остановки смесителя, На фиг. 3 изобра)кен вариант конструктивного выполнения смесителя. Согласно этому

B2p((2IITv пеполВижные переГОрслкп (крс. >(С первых одной-двух) ycTai(OB7e«b(без зазора по отношен(но к впутрспней стенке камеры.

Для прсхо"„a материала вдоль смecl(Teльной

КЯМЕРЫ МЕ)КДУ СЕГМЕНТЯМИ, ПЗ KOTOPb(X COCTOят перегородки, о тавлен зазор 25 в виде щели. Ширина его должна cocT2влять 0,1 — 0,2 диаметра камеры.

Зкспери>>(епты, проведенные па лаоораторпой модели смесителя, показа;ш, что независимо от процентного содержания в композиции компснентов в смесителе оосспечивается высокая однородность распределения компопс: тов лаже при значительном разл((чип их физических свойств — гранулометрпческого состава, удельного и насыпного веса и пр.

Б:(ЯГG;::Яря Вь(сск«)((интенсивности . > I 2 c c bl, В ы () я )(. я («П1,, с((с я B б О л ьш и х l (2 «I c ((I ((I x градиентов скорости, ме)клу отлсльпымн слояМ П «>(ЯТЕР ИЯЛ Я ВОЗ П(IК2!ОТ ЗПЯЧП ГЕ7ЬНЬ(Е СИЛЫ трен((я в результате чего м..оса как бы перетирается, при этом происходит дезагрегированпе и частичное диспергпровяппе твердых чяс Гиц, я 2кже ol lcTpop. !) ЯстВОрспне последних г. соответствующн средах, причем выделяется большое ко, I(MPcTBQ тепла, достаточное для нагрева массы в течение 30 — 60 сек ло

150 С и выше. Наличие развитой поверхности и системы теплоотвода позволяет в случае неОохолпмссти ОГсянпчить те.;(перятуру массы, не сшг)кая су(цестве Но интенсивность ес обработки.

Областью p2ö (OН2льпого Ilðèменепия предлагаемого c,iåcl(òåëÿ является прпготовлеш(е различных с ((Iyu(, пасто- и )келеосразпых

1,0)(поз щпй в Tеx слу.-(яях, когда ci(сшиванпе лол)кно сопровождаться следу(о>цн((п процессами: нагревом и охляжле((ием массы, дезагрегировапием и частичным диспсргпроваппем твсрлых частиц, растворением или расПЛЯВЛЕШ(СМ ОЛНОГО ".1100 НС-К07b(((l КОМПОПЕ(Г> ОВ.

Е>япсс7ьшп>(нпте>)сс прелстяв7яет Ilcl(GльЗОВЯПНЕ " Е 1 ТСЛЯ ЛЛЯ (Ii)IITOTOBËCÍÈß КО >II(0зиций т"0)(опластичоых и термореактпвпых смол. Регус(1(ру>7 степе((ь нагрева путем пзме(е(пя интенсивности плн продолжите;(ьностп переработки массы, указанные композиции можно получить 1(с тОлькО В Вплс сухllх сып у чих смесей, но и пластпч(:ымн., в виде келпроВЯППЫХ 1(С >(ОЧКОВ> П(>н "΄НЫ) «ЛЯ фОРМОВЯппя ня вальца; или кяландрах. Сме=птель мо)кст быть испо".=üçîâàí также лля приготовлеBèÿ лаков и красок, клеев и мастнк, To(I! 01(c;",:01(-; сльной и радио .ера михи,,>700pe((пй и

ЯДО:«:Н?>(ПК2ТОВ, Xii.>1((«>(ЕС(::ИХ НСТОЧI(11 КОВ ТОНЯ, косметических и фа!))1(?цевтнчес(((х препяра тов.

338240

1РУ2.. 1

A-A

77

В-В

25 вериг. 3

17 Риг..2

Типография, пр. Сапунова, 2

Смеситель непригоден для приготовления композиций, в состав которых входят такие компоненты (например, кристаллические материалы), нарушение формы которых не>келательно, а также композиций, характеризующихся большой пористостью.

Предмет изобретения

1. Смеситель непрерывного действия для приготовления сыпучих, пасто- и желеобразных композиций, содержащий цилиндрический корпус с рубашкой, установленный в нем вал с лопастями и кольцеобразные перегородки, образующие с корпусом зазор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса смешения, перегородки жестко сое5 динены с корпусом.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплооб мена, перегородки выполнены полыми и подключены к рубашке.

lo 3. Смеситель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перегородки выполнены составными, например из сегментов или секторов.

Составитель Н. Лебедева

Редактор Л. Ушакова Текред Е. Борисов

Корректоры: В. Петрова и E. Ласточкина

ЦНИИПИ Заказ 1639/6 Изд. № 714 Тираж 448 Подписис

Москва, 7К-35, 1 аушская наб., д. 4/5