Аппарат с комбинированным перемешиванием для интенсивной обработки суспензий

СОКВ СОВЕ СКИХ СОЦИА;СИЧРСК РГ. СГ 1 У, ИК БРЕТЕНИЯ ЧЕ;мя ОУУ СВИДЕТЕЛЬ АВ(71) Союзное проектно-монтажное бюро машиностроения "Малахит" и Ленинградскийнаучно-исследовательский институт химического машиностроения(56) Журнал ПНР "7 ез. ГаоМ, Рогп. Сьев.пг, сЬев" 1986, М 17, с. 271-282.Журнал ф РГ "Спев с-АпацепЧег 1 аЬгеп", М 7, 1988, с. 85.Патент Великобритании М 2143147,кл, В 1 С,1984,Авторское свидетельство СССРМ 1200967, кл. В 01 Л 19/00, 1984,Авторское свидетельство ЧССРР 250393, кл. В 01 Г 7/00, 1987,т- Зой Изобретение относится к химическому реакторному оборудованию для проведения различных химико-технологических процессов в жидких средах содержащих частицы твердого продукта,Наиболее эффективное применение оно найдет для проведения процессов прсмывки (отмывки) частиц целлюлозы (хлопковой, древесной и др, марок), полимеров (полиэтилена, полистирола и других) и,различных катализаторов в жидких средах (вода, метанол, бензин и др,),Известно техническое решение по эффективному перемешиванию суспензий с твердыми частицами мешалкой, направление вращения которой циклически изменяется т.е, обрабатываемая среда то разгоняется, то тормозится. Изменение наОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССРБ.О. 17751 Л(54) АППАРАТ С КОМБИНИРОВАННЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ ДЛЯ ИНТЕНСИВНОЙ ОБРАБОТКИ СУСПЕНЗИЙ(57) Изобретение относится к аппаратам с комбинированным перемешиванием для интенсивной обработки суспензий и позволяет интенсифицировать перемешивание суспензий, а также снизить энергозатраты и металлоемкость. Аппарат содержит корпус, в котором расположено вертикальное лопастное тихоходное перемешивающее устройство и боковое быстроходное перемешивающее устройство в виде дискового активатора. Лопасть снабжена размещенными на ее свободном конце двумя лопас ными элементами, расположенными в т же плоскости и симметричными относительно ее оси. 3 ил,правления мешалки, скорости ее вращения в диапазоне до 0,03 Гц интенсифицирует коэффициент массопереноса и индекс эффективности перемешивания.Недостатком этого решения является большая сложность осуществления этого решения в крупногабаритных аппаратах, когда надо затормозить (или ускорить) скорость вращения большой массы вала с перемешивающим устройством, а инерционные силы их очень велики. Поэтому торможение и ускорение вращения привода с валом и перемешивающим устройством промышленных реакторов будет происходить замедленно во избежание разрушения деталей вала и перемешивающих устройств, а зто значительно снизит эффективность перемешивания, 17751485 10 15 20 Известны технические решения аппаратов с соосно установленными валами (вал в валу), один из которых выполнен быстроходным, а другой - тихоходным, причем направление их вращений может быть противоположным. Так в решении фирмы "Шварц" ФРГ реактор имеет комбинированное перемешивание - внешнее тихоходное (скребково-лопастное) и внутреннее быстроходное лопастное.В другом аналогичном известном решении аппарата также тихоходное перемешиеающее устройство выполнено внешним в виде продольных штанг, соединенных поперечными ребрами, а быстроходное внутреннее в. виде импеллера для тонкого измельчения и диспергирования твердых частиц,Эти технические решения позволяют оптимизировать технологические процессы обработки различных продуктов в жидких средах в химии, фармацевтике, пищевой и косметической отраслях промышленности, Однако одним из серьезных недостатков таких аппаратов является их конструктивная сложность (вэл в валу, подшипниковые и уплотнительные узлы внутреннего вала, вертикальные и горизонтальные встроенные электроприводы с червячными конически-зубчатыми и другими типами передач и др.), трудоемкость в изготовлении, большая стоимость и ненадежность работы со взрывоопасными средами и со средами, содержащими твердую фазу в виде волокон, укрупненных частиц и комков, которая будет забиваться в зазор между соосными валами,Известно техническое решение реактора с вращающимся валом и кавитаторэм, перед которым соосно с противоположной стороны на валу установлена втулка с вращающимися лопастями. Такое конструктивное решение усиливает кавитационный эффект и повышает производительность реактора, так как установленные под определенным углом вращающиеся лопасти "подготавливают" обрабатываемый материал перед его входом в кавитатор, то есть уже образовывают пузырьки каеитации. Основным недостатком этого решения является то, что использование эффективного каеитационного эффекта требует высоких скоростей вращения каеитатора (2000 - 3000 об/мин) и выше. Поэтому при таких высоких скоростях вращения твердые частицы таких продуктов, как хлопковая целлюлоза, полимеры, катализаторы особенно типа "мягких" - платиновых, нанесенных на графит, будут измельчатьоя, что потребует установки после реактора специальных 25 30 35 40 45 50 55 фильтров для их улавливания, а также возможны и структурные изменения частиц, что снизит качество продукта.В качестве прототипа выбрано техническое решение аппарата с комбинированным перемешиванием, которое имеет не соосно установленные вал в валу, а отдельные самостоятельные валы и приводы быстроходного и тихоходного лопастных перемешивающих устройств с их противоположным направлением вращений, Основную особенность этого известного решения авторы видят в том, что на тихоходном вертикальном валу лопастные мешалки установлены е этажноупорядоченном положении и их количество может доходить до 8 шта на быстроходном валу установлена только одна такая же лопастная мешалка, причем все мешалки расположены под одинаковыми углами к плоскостям, перпендикулярным к осям их валов. Установка бокового перемешиеающего устройства е дополнение к вертикальному улучшает процесс перемешивания и гомогенизации обрабатываемой среды. Однако, это решение имеет следующие основные недостатки:быстроходная лопастная мешалка значительно удалена от тихоходной, по формуле изобретения не привязана никакими размерами и соотношениями (кроме углов лопастей), поэтому встречные потоки от мешалок в месте их столкновения и взаимодействия ослаблены, имеют размытый характер, их скорости значительно снижены, что не позволяет достигнуть желаемого успеха;несимметричное взаиморасположение быстроходной и тихоходной мешалок, да еще и многоэтажные их расположение при консольном выполнении обоих валов вызовет динамически неустойчивую их работу, появление нежелательных колебаний и вибраций, снижение надежности е работе.Целью изобретения является интенсификация перемешивания суспенэий и снижение энергозатрат и металлоемкости,На фиг. 1 изображен продольный разрез реактора; на фиг, 2 - сечение по А - А фиг, 1; на фиг. 3 - сечение по Б-Б фиг, 2,Аппарат состоит из корпуса 1, который может иметь цилиндрическую или квадратную форму, При необходимости. корпус 1 может иметь теплообменную рубашку (на фиг. 1 не показана). На крышке 2 по вертикальной оси реактора установлен привод 3 для вращения вала 4, на котором установлены лопастные перемешивающие устройства верхнее 5 и нижнее 6, Верхние лопасти 5 на периферийных частях снабжены двумя лопастными элементами 7, расположенны 1775148ми в той же плоскости и симметричными относительно ее оси.На боковых поверхностях корпуса 1 взаимно диаметрально противоположно установлены перемешивающие устройства в виде дисковых активаторов 8. Они приводятся во вращение от электродвигателей 9, посредством клиноременной передачи 10 и подшипниковой станции 11, в которой вращается вал 12 актива 1 оров 8 (электродвигатель 9, клиноременная передача 10 и подшипниковая станция 11 для правого активатора 8 (на фиг, 1 не показаны),Элементы 7 выполнены так, что оасстояние между ними по их продольным осям по высоте реактора примерно равно диаметру активатора "О" (см, фиг. 2), а ширина "Ь" каждого элемента 7 равна половине ширины "В" лопасти 5, Это обеспечивает наиболее оптимальное взаимодействие отбрасываемого потока обрабатываемой среды от активатора на вращающиеся элементы 7, которые в момент прохода вблизи активатора тормозят эти потоки, их разбивают,изменяют направленияо гаков и увеличивают общую турбулентность среды.В радиальном направлении между кромками элементов 7 и нару;хной поверхностью дисковых активаторов 8 еыдерживается зазор равный 0,1 наружного диаметра "О" активатора. Это также является наиболее оптимальным значением зазора "Г, при котором перемешивающее устройство дискового типа работает в оптимальном режиме, т,е. в близлежащем пространстве большие напряжения сдвига, необходимые для разрушения волокнистых частей и их отмывки. Физическая модель этого соотношения 5=0,10 заключается втом, что с увеличением диаметоэ активатора, что также увеличивае. и окружную скорость его вращения, зазор "Б" также увеличивается, что благоприятно сказывается на затратах мощности полулопастями7,Активатор 8 представляет собой диск круглой формы диаметром "О", слегка конусообразный к периферии, на внешней поверхности которого выполнены ребра 13 стщательно закругленными краями для предотвращения повышенного измельчения обрабатываемых твердых частиц материала.Нижние лопасти 6 имеют наклонноерасположение и при своем вращении непозволяют оседать укрупненным твердымчастицам на днище реактора,Исходные компоненты подаются в аппарат через патрубки 14 и 15. а готовый продукт выгружается через патрубок 16 с5 10 15 20 25 30 40 45 50 запорным вентилем 17. Жирот 1 одобные за грязнения (продукт отмывки ьильтровальных лепешек из хлопковой целлюлозы), имеющие тенденцию к всплыванию отводятся через фильтровальные перфорированные решетки 18 и патрубки 19 для дальнейшей очистки и регенерации.Аппарат работает следующим образом.Через патрубки 14 и 15 периодически или непрерывно загружаются исходные компоненты, например, загрязненные фильтровальные лепешки диаметром 400- 500 мм, толщиной 40-60 мм из хлопковои целлюлозы, горячая вода и т;ругие моющие добавки, Включается привод 3, электродвигатель 9 и валы 4 и 12 с перемешивающими устройствами 5, 6, 7 и 8 приводятся во вращательное движение. Получаются два основных потока - циркуляции обрабаты ваемой среды - поперечное радиально-окружное от лопастей 5 и 6 и элементов 7 и продольное осевое - закрученное от активаторов 8. Такое получение разнонаправленных, поперечных потоков и их динамическое взаимодействие уже повышает эффективность обработки исходных продуктов. Но еще более значительный эффект отмывки твердых частиц продукта получается за счет раздвоения лопастей 5 на радиально-симметричные элементы 7 и расположения их продольных осей по высоте реактора на расстоянии "О" равном диаметру дисковых активаторов 8, установленных соосно, то есть на одной оси и расположенных диаметрально противоположно. Такое симметричное выполнение и расположение элементов и активаторов необходимо для получения симметрично равных нагрузок на элементы и активаторы, их валы, подшипники для избежания нежелательных изгибных напряжений, вызывающих прогибы, колебания и вибрации аппаратов, По этой же причине количество соосно устанавливаемых активаторов 8, а также лопастей 5 и элементов 7 должно быть четным 2, 4, 6, 8 и т.д,Ширина "Ь" каждого элемента 7 в сумме равна ширине "В" самой основной лопасти. Это соотношение является наиболее оптимальным с точки зрения баланса затрачиваемой мощности самими лопастями и элементами.Такое комбинированное взаимное расположение быстровращающихся активаторов 8 (скорость вращения 500-800 об/мин) и тихоходных лопастей и элементов 5, 6, 7 (скорость вращения 50 - 80 об/мин). помимо общих потоков - циркуляции среды, создает также многочисленные очаги интенсивной пульсационной микромасштабной турбулентности при значительных сдвиговых де 1775148формациях в небольших элементах объема обрабатываемой среды, причем эти пульсационные движения сталкиваются друг с другом и накладываются друг на друга, а их направление и скорость переменны как во времени, так и в объеме обрабатываемой среды.Это достигается за счет того, что периферийные кромки элементов 7, проходя при своем вращении вблизи от вращающихся активаторов 8 (см, фиг, 2) верхним элементом 7, который дви,кется навстречу срывающемуся с активатора потоку среды, резко тормозит и дробит этот поток своей лобовой поверхностью, а нижний элемент 7 тормозит и дробит срывающийся поток своей кормовой поверхностью, когда уже пройдет вертикальную ось активатора, Именно разница в окружных скоростях диска активатора и кромок элементов обеспечивает, в основном, ту высокую эффективность обработки среды, содержащей твердые частицы и родукта.Эта разница в окружных скоростях, например, для среднего реактора объемом 10 м и диаметра диска активатора О=500 мм, скорости его вращения п,=600 об/мин и диаметра кромок элементов 7 Ом=1800 мм и их скорости вращения п = 60 об/мин. составит;л Оа ЙаОм пм 60 / 60= 10,1 м/с При установке в аппарате минимально возможного числа активаторов 2 шт. и минимального числа раздвоенных лопастей 4 шт., при их скорости вращения 60 об/мин, частота динамического пульсационного воздействия комбинации "активатор-лопастные элементы" на обрабатываемую среду составит 8 герц. Это значит, что 8 раз в секунду срывающейся с активаторов поток сред, содержащий твердые частицы продукта со скоростью 10,1 м/сек ударяется о лобовую и кормовую поверхности вращающихся лопастных элементов, что и обеспечивает интенсивный массоперенос между жидкой средой и твердыми частицами продукта, который ускоряет разрушение фильтровальных лепешек и разрыв волокон, их20 25 сти аппарата,30 35 щи й с я тем, что. с целью интенсификации 40 45 50 5 10 отмывку и удаление загрязненных веществ с поверхности твердой фазы.По мере отмывки продукта, загрязненная жикая фаза через фильтровальные, перфорированные решетки 18, с которых. торцовой поверхностью активаторов 8, смываются твердые частицы обратно в обьем реактора, сливается через патрубки 19 на дальнейшую обработку. Отвод загрязненной жидкости компенсируется подачей чистой жидкости через патрубок 15,После отмывки продукта, чистая хлопковая целлюлоза в виде водной суспензии через патрубок 16 передается на дальнейшую обработку. Получение экономического эффекта от нового реактора с комбинированным перемешиванием на примере его использования для промывки хлопковой целлюлозы в производстве желатина мощностью 20 тыс.т/годслагается из следующих статей; экономия электроэнергии; экономия металла; повышение удельной производительноФормула изобретения Аппарат с комбинированным перемешиванием для интенсивной обработки суспензий, содержащий корпус с патрубками для ввода готового продукта, вертикальное лопастное тихоходное перемешиваю-. щее устройство и боковое быстроходное перемешивающее устройство, о т л и ч а юперемешивания суспензий и снижения энергозатрат и металлоемкости, каждая лопасть снабжена размещенными на ее свободном конце двумя лопастными элементами, расположенными в той же плоскости и симметричными относительно ее оси, имеющими суммарную ширину, равную ширине самой лопасти, а боковое перемешивающее устройство выполнено в виде дисковых активаторов, установленных соосно и диаметрально противоположна на боковых стенках корпуса, при этом расстояние между продольными осями лопастных элементов по высоте равно примерно наружному диаметру О дисковых активаторов, арадиальный зазор между периФерийнымикромками лопастных элементов и поверхностью дискового активатора составляет примерно 0,10.1 775148 Ги;и Бл ен рректор Н. Ревск ктор Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводствеино-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ак пЛ Заказ 4006ВНИИПИ Составитель В,. МедвТехре 4 М.Моргентал нслюбленис