Гидродинамический диспергатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1111802 ц В 01 Р 5/06 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ САНИЕ ИЗОБРЕТЕ Й,1-(4 Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ оково разме ности 2.енными на их ерхспергатор ир наи дня по т лнаметкамишаюттом реляет ч аю садки,аметр ходу д стояниделение Всесоовательского и о расстояни отверстий вижения по е между ди шением ехники разв СССРО.ССР .О. свидетельст 1 В 21/06, 1 видетельство 1 Р 11/00, 1 Ьй,у двуи посду по- ответст ЕСКИИ3, Ди ающ ены дво(54)(57) 1. ГИДРОДИ ГАТОР, содержащий в линдрический корпус высоте расположены тальные диски с отв ду дисками размещен ка, о т л и ч а ю щ что, с целью повыше ности в работе, дис новлены на шаровой ртикальныи ци-.в котором по одвижные горизонрстиями и межшаровая насади й с я тем 9 ия его эффективи свободно устаасадке и снабжеаправляющими,по и.1,ем, чтомежду диних уменка, приами опре расстояние междмя предыдущимиледующими по хтока дисками свенно;- диаметр шаровмежду двумя прми и последую ми соответственно.ргатор по и, 1, о т л ис я тем, что диски выполвогнутыми.1111802 где 3 и 2 - расстояние между двумяпредыдущими и последующими по ходу потокадисками соответствен но;С и ощ, - диаметр шаров насадкимежду двумя предыдущимии последующими дискамисоответственно.20 Кроме того, диски могут быть выполнены двояковогнутыми.На Фиг. 1 изображено предлагаемоеустройство, продольный разрез; нафиг. 2 - сечение А-А на Фиг, 1; на 25 фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1;на фиг, ч - двояковогнутый диск, общий вид; на фиг. 5 - сечение В-Вна фиг. ч. Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является гицродинамический диспергатор, содержащий вертикапьный цилиндрический корпус, внутри которого по высоте расположены подвижные горизонтальные диски с отверстиями, между дисками размещена шаровая насадка 21,Однако в известном устройстветакже недостаточно полно используетсякинетическая энергия потока,жидкости в пространстве между двумя смежными дисками и не всегда можно получить достаточную степень дисперсности и однородности обрабатываемой сус пензии, При этом невозможно поддержи вать стабильный режим обработки средыпо мере износа шаровой насадки,Цель изобретения - повьшениеэффективности работы устройства.Поставленная цель достигается 5 Отем, что в гидродинамическом диспергаторе, содержащем вертикальный ци. -линдрический корпус,в котором по ысо те расположены подвижные горизонтальные диски с отверстиями и между дисками размещена шаровая насадка,диски свободно установлены на шаровой нясядк и снабжены цилиндричес -Изобретение относится к устройствам для приготовления водных суспензий и эмульсий и может быть ис- пользовано в отраслях промышленнос ти, где требуется получение тонко- дисперсных суспензий и эмульсий.Известно устройство для приготовления бурового раствора и регулирования его свойств, содержащее корпус и размещенный в корпусе отража 1 ельный узел, выполненный в виде ряда дисков с отверстиями, которые расположены по концентрическим окружностям с попеременным смещением в ряду 11.Однако это устройство, использующее энергию удара потока о препятствие, отличается недостаточно полным использованием кинетической энергии потока жидкости в пространстве между двумя смежными дисками,возможностью образования застойныхзон в углах многокамерного устройства, сложностью регулирования режимаработы и недостаточной степенью дисперсности и однородности обрабатываемой суспензии, что требует непрерывной или многократной обработки. кими направляющими, размещенными на их боковой поверхности.При этом диаметр насадки, расстояние между дисками и диаметр отверстий в них уменьшаются по ходу движения потока, а расстояние между дисками определяется соотношением Гидродинамический диспергатор состоит из цилиндрического корпуса 1, дисков 2, шаровой насадки 3, решеток ч и 5, упорного кольца 6, муфт 7 и 8, пружины 9, Диски 2 снабжены цилиндрическими направляющими 10, размещенными на их боковой поверхности. Обрабатываемый низкодисперсный раствор (суспензия или эмульсия) под давлением 2-10 ИПа поступает через решетку ч в первый каскад диспергатора полость между двумя дисками), где, проходя толщу шаровой насадки, разделяется на множество отдельных струй. Каждый поток характеризуется последовательным чередованием зон повышенного и пониженного давления за счет геометрии каналов, образованных плотной упаковкой шаров. При этом происходит многократное со ударение и турбулизация струй, сопровождающиеся их ссударением с шарами, истиранием твердой фазы и эмульгированием водонерастворимых добавок. Кроме того, при определенной скорости движения потока, определяющийся расходом прокачиваемой жидкости и сечением проводящих каналов, в томчисле отверстии в дисках и диаметромшаров, могут возникать ультразвуковыеколебания и кавитация в местах расширения каналов, увеличивающие эффективность диспергирования.5На выходе из первого каскада потоквторично разделяется на множествоструй и через отверстия диска 2 поступает в следующий каскад, где опи-;санная схема движения повторяется. 1 ОСтабильность режима работы диспергатора,а следовательно, и однородностьсуспензий и эмульсий обеспечиваютсятем, что диски свободно установленына шаровой насадке с возможностью 15осевого перемещения. Под действием потока обрабатываемой жидкости помере износа шаровой насадки, заполняющей каскады, диски перемещаютсяи способствуют восстановлению плотной 20упаковки шаров, а наличие цилиндрических направляющих 10 на боковойповерхности дисков предупреждает перекос и заклинивание дисков при ихперемещении. Фиксированному положению дисков после прекращения подачи жидкости и снижения давления способствует пружина 9, установленнаямежду решеткой 4 и муфтой 7,Наличие нескольких каскадов, где ЗОпрокачиваемая суспензия или эмульсияподвергаются последовательнойгидродинамической обработке во всеболее интенсивном режиме в связи суменьшением диаметров отверстий вдисках и диаметров шаров в каскадах,позволяет получить на выходе из диспергатора высокодисперсные и однородные по степени дисперсности растворы.Увеличение интенсивности гидродинамического воздействия на дисперснуюфазу жидкостей в каждом последующемкаскаде достигается за счет последовательного роста скорости ее движения на выходе из дисков и внутри каскадов. Для этого живое сечение каждого последующего диска принято меньшимпредыдущего.Регулируя режим обработки путемизменения диаметра отверстий в дисках 50и шаров,а также коэффициента ускоренияскорости потока и числа каскадов вдиспергаторе, можно получить суспензию и эмульсию с заданной степеньюдисперсности и высокой стабильностью 55пЬсле одного-двух циклов обработки.Технологические возможности диспергатора ограничиваются гидравлической мощностью или рабочим давлением насосов, прокачивающих обрабатываемую жидкость.Общий перепад давления на диспергаторе и, соответственно, гидравлическая мощность прокачивающего насоса определяются диаметром отверстий в дисках и шаров, а также толщиной слоя шаров в каждом каскаде и их числом. Поэтому с целью снижения энергоемкости диспергатора расстояние между дисками, регулируемое толщиной слоя шаров, установлено в каждом каскаде по ходу движения потока меньшим, чем в предыдущем каскаде.Как известно из гидравлики, при движении потока жидкости возникают сопротивления, на преодоление которых затрачивается определенная часть энергии потока. Величина гидравлических сопротивлений, определяющая гидравлическую мощность насосов для прокачивания жидкости через систему, зависит от потерь напора по длине потока и местных потерь, связанных с внезапным изменением сечения каналов инаправления движения потока.Для рассматриваемого случая превалирующими являются местные гидравлические сопротивления на входе и выходе из отверстий дисков,а также при внезапных расширениях и сужениях, обус-. ловленных геометрией плотной упаковки шаров в каскадах. При этом в каждом каскаде по ходу движения потока жидкости ввиду уменьшения диаметра от. верстий и шаров и роста скоростей ,движения потока суммарное гидравлическое сопротивление возрастает.Количество внезапных расширений и сужений потока является наибольшим 1в толще шаров каждого каскада.Поэтому при постоянном гидравлическом сопротивлении на дисках, ограничивающих толщину слоя шаров, расстояние между дисками определяет общий пере-.пад давлений на определенном каскаде диспергатора, В общем виде число расширений и сужений а в толще шаров каждого каскада обратно пропорционально диаметру шаров с,и определяется соотношениема= у где 1 - расстояние между дисками в каскаде, 5С учетом достижения равенства величины Ф в первом и последующем каскаде справедливо выражение 1,/ .2,где Р,и 8 - расстояние между двумяпредыдущими и последующими по ходу потока дисками соответственно первого и последующего каскада;сии си - диаметр шаров насадки1 2.между двумя предыдущимии последующими по ходупотока дисками соответственно в первом и последующем каскадах.Следовательно, поставленная цель достигается при установке дисков в Каждом последующем каскаде, а соответственно и толщине слоя шаров, на расстоянии, определяемом соотношением,24с 6фсПри наличии прямых углов между дисками и стенками корпуса диспергатора в этих участках образуются застойные зоны, где эффективность диспергирования снижается и возможно скопление крупнодисперсных частиц твердой фазы.Для предотвращения этого, рабочие поверхности дисков выполняют двуяковогиутыми (фиг. 4). При этом в результате косого удара струй р диск происходит дополнительное соудареиие встречных вихревых струй, концентрация их кинетической энергии и увеличение эффективности диспергирования.Конкретное исполнение диспергатора, т.е, наружный диаметр корпу 1802 30 5 10 15 20 25 са, количество каскадов, расход и перепад давления обрабатываемой дисперсной системы, определяются в зависимости от области применения и технологических требований, Так, например, для приготовления и обработки промывочных жидкостей диспергатор может быть выполнен как в погруженном исполнении с установкой в составе бурового снаряда, так и в линии обвязки буровых насосов и глиностанций.Применение предлагаемого гидрогдинамического диспергатора способствует разрушению первичной структуры обрабатываемых суспензий (эмульсий) и их тонкому и однородному диспергированию при прохождении последовательных каскадов с увеличивающейся интенсивностью гидродинамического воздействия. Высокая стабильность получаемых суспеизнй и эмульсий достигается также стабильный режимом обработки в каждом каскаде за счет сохранения плотной упаковки шаров по мере их износа. Возможность и простота регулирования в широких пределах рабочего режима диспергатора позволяют получать высокодисперсные системы с заданными и постоянными свойствами через один-два цикла нрокачивания через устройство. За счет указанных преимуществ на15-203 снижается расход дисперснойфазы, например глинопорошка илиэмульсола, а также химическихреагентов для стабилизации иподдерживания свойств суспензийи эмульсий, 11 11802111802 ставитель Н.Федоровахред М.Надь едактор уги Подписноео комитета СССРй и открытийупскан наб.,д лиал П 11 П "Патент", г. Ужгород. Проектная,4 аз 6375/б Тираж 575ВНИИПИ Государственнопо делам изобретени113035,Москва, Ж, Р орректор Сирох .а