RU1775148C - Аппарат с комбинированным перемешиванием дл интенсивной обработки суспензий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к аппаратам с комбинированным перемешиванием дл  интенсивной обработки суспензий и позвол ет 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 двум  лопастными элементами, расположенными в той же плоскости и симметричными относительно ее оси. 3 ил. сл С

Description

Изобретение относитс  к химическому реакторному оборудованию дл  проведени  различных химико-технологических процессов в жидких средах содержащих частицы твердого продукта.

Наиболее эффективное применение оно найдет дл  проведени  процессов прс- мывки (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 вращени  которой циклически измен етс  т.е. обрабатываема  среда то разгон етс , то тормозитс . Изменение направлени  мешалки, скорости ее вращени  в диапазоне до 0,03 Гц интенсифицирует коэффициент массопереноса и индекс эффективности перемешивани .

Недостатком этого решени   вл етс  больша  сложность осуществлени  этого решени  в крупногабаритных аппаратах, когда надо затормозить (или ускорить) скорость вращени  большой массы вала с перемешивающим устройством, а инерционные силы их очень велики. Поэтому торможение и ускорение вращени  привода с валом и перемешивающим устройством промышленных реакторов будет происходить замедленно во избежание разрушени  деталей вала и перемешивающих устройств а это значительно снизит эффективность перемешивани .

VI

VJ сл

Ј

00

Известны технические решени  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 перемешивающее устройство выполнено внешним в виде продольных штанг, соединенных поперечными ребрами, а быстроходное внутреннее в виде импеллера дл  тонкого измельчени  и диспергировани  твердых частиц.

Эти технические решени  позвол ют оптимизировать технологические процессы обработки различных продуктов в жидких средах в химии, фармацевтике, пищевой и косметической отрасл х промышленности. Однако одним из серьезных недостатков таких аппаратов  вл етс  их конструктивна  сложность (вал в валу, подшипниковые и уплотнительные узлы внутреннего вала, вертикальные и горизонтальные встроенные электроприводы с черв чными конически-зубчатыми и другими типами передач и др.), трудоемкость в изготовлении, больша  стоимость и ненадежность работы со взрывоопасными средами и со средами, содержащими твердую фазу в виде волокон, укрупненных частиц и комков, котора  будет забиватьс  в зазор между соосными валами .

Известно техническое решение реактора с вращающимс  валом и кавитатором, перед которым соосно с противоположной стороны на валу установлена втулка с вращающимис  лопаст ми Такое конструктивное решение усиливает кавитационный эффект и повышает производительность реактора , так как установленные под определенным углом вращающиес  лопасти подготавливают обрабатываемый материал перед его входом в кавитатор, то есть уже образовывают пузырьки кавитации. Основным недостатком этого решени   вл етс  то, что использование эффективного кавитационного эффекта требует высоких скоростей вращени  кавитатора (2000- 3000 об/мин) и выше. Поэтому при таких высоких скорост х вращени  твердые частицы таких продуктов, как хлопкова  целлюлоза1 , полимеры, катализаторы особенно типа м гких - платиновых, нанесенных на графит, будут измельчатьс , что потребует установки после реактора специальны

фильтров дл  их улавливани , а также возможны и структурные изменени  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 самосто тельные валы и приводы быстроходного и тихоходного лопастных перемеши0 вающих устройств с их противоположным направлением вращений Основную особенность этого известного решени  авторы вид т в том, что на тихоходном вертикальном валу лопастные мешалки установлены в

5 этажноупор доченном положении и их количество может доходить до 8 шт., а на быстроходном валу установлена только одна така  же лопастна  мешалка, причем все мешалки расположены под одинаковыми уг0 лами к плоскост м, перпендикул рным к ос м их валов. Установка бокового перемешивающего устройства s дополнение к вертикальному улучшает процесс перемешивани  и гомогенизации обрабатываемой

5 среды. Однако, это решение имеет следующие основные недостатки:

быстроходна  лопастна  мешалка значительно удалена от тихоходной, по формуле изобретени  не прив зана никакими

0 размерами и соотношени ми (кроме углов лопастей), поэтому встречные потоки от мешалок в месте их столкновени  и взаимодействи  ослаблены, имеют размытый характер, их скорости значительно сниже5 ны, что не позвол ет достигнуть желаемого успеха;

несимметричное взаиморасположение быстроходной и тихоходной мешалок, да еще и многоэтажные их расположение при

0 консольном выполнении обоих валов вызовет динамически неустойчивую их работу, по вление нежелательных колебаний и вибраций , снижение надежности в работе. Целью изобретени   вл етс  интенси5 фикаци  перемешивани  суспензий 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,

0 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 верти5 кальной оси реактора установлен привод 3 дл  вращени  вала 4, на котором установлены лопастные перемешивающие устройства верхнее 5 и нижнее 6. Верхние лопасти 5 на периферийных част х снабжены двум  лопастными элементами 7, расположенными в той же плоскости и симметричными относительно ее оси.

На боковых поверхност х корпуса 1 взаимно диаметрально противоположно установлены перемешивающие устройства в виде дисковых активаторов 8. Они привод тс  во вращение от электродвигателей 9, посредством клиноременной передачи 10 и подшипниковой станции 11, в которой вращаетс  вал 12 активаторов 8 (электродвигатель 9, клиноремеина  передача 10 и подшипникова  станци  i i дл  правого активатора 8 (на фиг. 1 не показаны).

Элементы 7 выполнены так, что рассто ние между ними по их продольным ос м по высоте реактора примерно равно диаметру активатора D (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 вращающиес  элементы 7, которые в момент прохода вблизи активатора тормоз т эти потоки, их разбивают, измен ют направлена i пгокоа и увеличивают общую турбулен i ность среды.

В радиальном напп э .ении между кромками элементов 7 и наружной поверхностью дисковых акгиозторое 8 выдерживаетс  зазор S равный 0,1 наружного диаметра О активатора. Это также  вл етс  наиболее оптимальным значением зазора S, при котором перемешивающее устройство дискового типа работает в оптимальном режиме, т.е. в близлежащем пространстве большие напр жени  сдвига, необходимые дл  разрушени  волокнистых частей и их отмывки. Физическа  модель этого соотношени  1D заключаетс  в том. что с увеличением дпзметэз активатора , что также увеличивав-1 : о ружную скорость его вращени , зазор S также увеличиваетс , что благопри тно сказываетс  на затратах мощности полулопаст ми 7.

Активатор 8 представл ет собой диск круглой формы диаметром D, слегка конусообразный к периферии, на внешней поверхности которого выполнены ребра 13 с тщательно закругленными кра ми дл  предотвращени  повышенного измельчени  обрабатываемых твердых частиц материала .

Нижние лопасти б имеют наклонное расположение и при своем вращении не позвол ют оседать укрупненным твердым частицам на днище реактора.

Исходные компоненты подаютс  в аппарат через патрубки 14 и 15, а готовый продукт выгружаетс  через патрубок 16 с

запорным вентилем 17. Жироподобные па гр знени  (продукт отмывки ; ильтров ль- ных лепешек из хлопковой целлюлозы), имеющие тенденцию к всплыванию отво- 5 д тс  через фильтровальные перфорированные решетки 18 и патрубки 19 дл  дальнейшей очистки и регенерации.

Аппарат работает следующим образом. Через патрубки 14 и 15 периодически

0 или непрерывно загружаютс  исходные компоненты, например, загр зненные фильтровальные лепешки диаметром 400- 500 мм, толщиной 40-60 мм из хлопковой целлюпозы, гор ча  вода и ;,пугие моющие

5 добавки. Включаетс  привод 3, электродвигатель 9 и валы 4 и 12 с перемешивающими устройствами 5,6, 7 и 8 привод тс  во вращательное движение. Получаютс  два основных потока - циркул ции обрабатыва0 емой среды - поперечное рэдиально-окруж- ное от лопастей 5 и 6 и элементов 7 и продольное осевое - закрученное от активаторов 8. Такое получение разнонаправленных , поперечных потоков и их динамическое

5 взаимодействие уже повышает эффективность обработки исходных продуктов. Но еще более значительный эффект отмывки твердых частиц продукта получаетс  за счет раздвоени  лопастей 5 на радиально-сим0 метричные элементы 7 и расположени  их продольных осей по высоте реактора на рассто нии D равном диаметру дисковых активаторов 8, установленных соосно, то есть на одной оси и расположенных диаметраль5 но противоположно. Такое симметричное выполнение и расположение элементов и активаторов необходимо дл  получени  симметрично равных нагрузок на элементы и активаторы, их валы, подшипники дл  из0 бежани  нежелательных изгибных напр жений , вызывающих прогибы, колебани  и вибрации аппаратов. По этой же причине количество соосно устанавливаемых активаторов 8, а также лопастей 5 и элементов 7

5 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  вл етс  наиболее оптимальным с точки зрени  баланса затрачива0 емой мощности самими лопаст ми и элементами.

Такое комбинированное взаимное расположение быстровращающихс  активаторов 8 (скорость вращени  500-800 об/мин)

5 и тихоходных лопастей и элементов 5, 6, 7 (скорость вращени  50-80 об/мин), помимо общих потоков - циркул ции среды, создает также многочисленные очаги интенсивной пульсационной микромасштабной турбулентности при значительных сдвиговых деформаци х в небольших элементах объема обрабатываемой среды, причем эти пульса- ционные движени  сталкиваютс  друг с другом и накладываютс  друг на друга, а их направление и скорость переменны как во времени, так и в объеме обрабатываемой среды.

Это достигаетс  за счет того, что периферийные кромки элементов 7, проход  при своем вращении вблизи от вращающихс  активаторов 8 (см. фиг. 2) верхним элементом 7, который движетс  навстречу срывающемус  с активатора потоку среды, резко тормозит и дробит этот поток своей лобовой поверхностью, а нижний элемент 7 тормозит и дробит срывающийс  поток своей кормовой поверхностью, когда уже пройдет вертикальную ось активатора. Именно разница в окружных скорост х диска активатора и кромок элементов обеспечивает, в основном, ту высокую эффективность обработки среды, содержащей твердые частицы продукта.

Эта разница в окружных скорост х, например , дл  среднего реактора объемом 10 м и диаметра диска активатора мм, скорости его вращени  об/мин и диаметра кромок элементов 7 Ом 1800мми их скорости вращени  пм 60 об/мин, составит:

AV

ЛГ-Оз-Па /ЛГ-Ом-Пм

, /3.14-0.5-600) Ш4-1,8-60 I 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 вращени  60об/мин, частота динамического пульсационного воздействи  комбинации активатор-лопастные элементы на обрабатываемую среду составит 8 герц. Это значит, что 8 раз в секунду срывающейс  с активаторов поток среды, содержащий твердые частицы продукта со скоростью 10,1 м/сек удар етс  о лобовую и кормовую поверхности вращающихс  лопастных элементов, что и обеспечивает интенсивный массоперенос между жидкой средой и твердыми частицами продукта , который ускор ет разрушение фильтровальных лепешек и разрыв волокон, их

отмывку и удаление загр зненных веществ с поверхности твердой фазы.

По мере отмывки продукта, загр зненна  жидка  фаза через фильтровальные, перфорированные решетки 18, с которых, торцовой поверхностью активаторов 8, смываютс  твердые частицы обратно в объем реактора, сливаетс  через патрубки 19 на дальнейшую обработку. Отвод загр знен- ной жидкости компенсируетс  п.одачей чистой жидкости через патрубок 15.

После отмывки продукта, чиста  хлопкова  целлюлоза в виде водной суспензии через патрубок 16 передаетс  на дальнейшую обработку.

Получение экономического эффекта от нового реактора с комбинированным перемешиванием на примере его использовани  дл  промывки хлопковой целлюлозы в про- изводстве желатина мощностью 20 тыс.т/год слагаетс  из следующих статей:

экономи  электроэнергии;

экономи  металла

повышение удельной производительно- сти аппарата.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Аппарат с комбинированным перемешиванием дл  интенсивной обработки суспензий , содержащий корпус с патрубками дл  ввода готового продукта, вертикальное лопастное тихоходное перемешивающее устройство и боковое быстроходное перемешивающее устройство, отличающ и и с   тем, что. с целью интенсификации перемешивани  суспензий и снижени  энергозатрат и металлоемкости, кажда  лопасть снабжена размещенными на ее свободном конце двум  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 противоположно на боковых стенках корпуса, при этом рассто ние между продольными ос ми лопастных элементов по высоте равно примерно наружному диаметру D дисковых активаторов, а радиальный зазор между периферийными. кромками лопастных элементов и поверхно - стью дискового активатора составл ет примерно 0,1 D,

   Фиг.1

   А-А

   1 1п р6лени бращени 

   --- - --- --- .1 . ...-. - ..||L

   аьтиЬйтора

   ur. 2

   5-5

   Нспрвблениъ

   -. . ., L |||,

   ОРащенил