RU2167704C2

RU2167704C2 - Emulsifier

Info

Publication number: RU2167704C2
Application number: RU99100761/12A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Коврижников
Original assignee: Коврижников Геннадий Александрович
Priority date: 1999-01-10
Filing date: 1999-01-10
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: chemical engineering; performing mixing, emulsifying, suspending and other physico-chemical processes in "liquid-gas", "liquid-solid" and "liquid-solid body" systems. SUBSTANCE: emulsifier has housing with circular passage and branch pipe, inlet and outlet branch pipes and stator ring rigidly secured in it and provided with slots; rotor with rotor ring having slots is rigidly secured on shaft. Stator ring is provided with additional slots which connect circular passage with branch pipe; these slots are mirror image of main slots; they are located in staggered order. EFFECT: enhanced efficiency of dispersing. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано для проведения процессов смешивания, эмульгирования, суспендирования и других физико-химических процессов в системах жидкость-газ, жидкость-жидкость и жидкость-твердое тело. The invention relates to chemical engineering and can be used for mixing, emulsification, suspension and other physicochemical processes in liquid-gas, liquid-liquid and liquid-solid systems.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтяной, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности. The invention can be used in chemical, petroleum, pharmaceutical, construction and other industries.

Известен типовой центробежный насос для перекачивания и диспергирования жидкостей, принятый за аналог [1]. Аналог содержит корпус с жестко закрепленным в нем наружным кольцом с прорезями, установленное в нем жестко на валу лопастное колесо с ведущим и покрывным дисками, между которыми закреплено внутреннее кольцо с прорезями. Наружное и внутреннее кольца установлены с определенным зазором, равным б. Known typical centrifugal pump for pumping and dispersing liquids, taken as an analogue [1]. The analogue contains a housing with an outer ring with slots rigidly fixed in it, an impeller mounted rigidly on the shaft with a drive and cover discs, between which an inner ring with slots is fixed. The outer and inner rings are installed with a certain clearance equal to b.

Центробежный насос работает следующим образом. Перекачиваемая жидкость с содержащимися в ней компонентами поступает на вход рабочего колеса и прокачивается через прорези вращающегося внутреннего кольца и неподвижного наружного кольца. Проходя через зазор б, содержащиеся в жидкости компоненты диспергируются за счет быстрого чередования прорезей колец и вызванных этим пульсацией потока, гидравлических ударов и кавитации. Centrifugal pump operates as follows. The pumped liquid with the components contained in it enters the input of the impeller and is pumped through the slots of the rotating inner ring and the stationary outer ring. Passing through the gap b, the components contained in the liquid are dispersed due to the rapid alternation of the slots of the rings and the pulsation of the flow caused by this, hydraulic shock and cavitation.

Недостатком данного насоса является низкая эффективность диспергирования. При поступлении перекачиваемой жидкости с содержащимися в ней компонентами на входе рабочего колеса начинается процесс разделения компонентов обрабатываемой среды под действием центробежной силы (сепарирование). Как известно, основным фактором, ответственным за химические и физико-химические эффекты в гидроакустических излучателях является развитая кавитация. Сепарация компонентов создает условия, при которых в кавитирующей жидкости, создаваемой чередованием прорезей, находится неравномерное количество диспергируемых компонентов, а при большой разнице в плотностях (например, наличие компонента в виде газа или пара) полное их отсутствие. Т.е. кавитирующая жидкость то насыщена компонентами для диспергирования, то их вообще нет. The disadvantage of this pump is the low dispersion efficiency. Upon receipt of the pumped liquid with the components contained in it at the input of the impeller, the process of separation of the components of the medium being processed under the action of centrifugal force (separation) begins. As you know, the main factor responsible for the chemical and physico-chemical effects in sonar emitters is developed cavitation. The separation of components creates conditions under which an uneven amount of dispersible components is found in the cavitating fluid created by the alternation of slots, and when there is a large difference in densities (for example, the presence of a component in the form of gas or vapor), their complete absence. Those. the cavitating liquid is either saturated with components for dispersion, or there are none at all.

Известен роторно-пульсационный аппарат (РПА) для тонкого диспергирования компонентов [2]. Known rotary pulsation apparatus (RPA) for fine dispersion of components [2].

РПА содержит корпус с каналами, входными, для раздельного ввода компонентов, и выходным патрубками. В корпусе находятся коаксиально расположенные цилиндры ротора с прорезями и статора с прорезями. В торцевой стенке ротора и статора выполнены отверстия, сообщающиеся соответственно с прорезями и каналами. Число отверстий в торцевой стенке ротора и статора определяется расходом диспергируемого компонента. RPA contains a housing with channels, input, for separate input components, and output nozzles. In the housing are coaxially arranged rotor cylinders with slots and a stator with slots. Holes are made in the end wall of the rotor and stator, communicating respectively with slots and channels. The number of holes in the end wall of the rotor and stator is determined by the flow rate of the dispersible component.

Аппарат-аналог работает следующим образом. Обрабатываемые компоненты вводятся в аппарат через входные патрубки. При вращении ротора происходит периодическое перекрытие и совмещение торцевых отверстий ротора и статора, способствующее получению однородных капель диспергируемых компонентов. The analog device works as follows. The processed components are introduced into the apparatus through the inlet pipes. When the rotor rotates, there is a periodic overlap and combination of the end holes of the rotor and stator, which contributes to the production of homogeneous drops of dispersible components.

Недостатком аналога является низкая эффективность диспергирования, вследствие того, что однородные капли диспергируемых компонентов попадают в прорези вращающихся цилиндров ротора. На капли начинает действовать центробежная сила, способствующая их сепарации, причем, чем больше разница по величине плотности диспергируемых компонентов, тем процесс сепарации будет эффективнее. Не исключена возможность того, что сепарация приведет к агрегированию капель. The disadvantage of the analogue is the low dispersion efficiency, due to the fact that uniform droplets of dispersible components fall into the slots of the rotating rotor cylinders. A centrifugal force begins to act on the droplets, which facilitates their separation, and the greater the difference in the density of dispersible components, the more efficient the separation process. It is possible that separation will lead to droplet aggregation.

Известен РПА [3], который по наибольшему количеству сходных признаков и принципу получения необходимого качества продукта принят за прототип. Known RPA [3], which by the greatest number of similar features and the principle of obtaining the required product quality is taken as a prototype.

РПА содержит корпус с входными и выходным патрубками, в котором расположены перфорированные статорные цилиндры с каналами и ротор с перфорированным цилиндром и лопастями. Каналы в теле статора выполнены сверлением. RPA contains a housing with inlet and outlet nozzles, in which perforated stator cylinders with channels and a rotor with a perforated cylinder and blades are located. The channels in the stator body are made by drilling.

Прототип работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает в аппарат через входные патрубки. Один из входных патрубков соединен с рабочим пространством аппарата каналами (отверстиями), выполненными сверлением. Такая раздельная подача компонентов позволяет повысить эффективность обработки компонентов, входящих в обрабатываемую среду. The prototype works as follows. Processed medium enters the apparatus through inlet pipes. One of the inlet pipes is connected to the working space of the apparatus by channels (holes) made by drilling. Such a separate supply of components can improve the processing efficiency of the components included in the processed medium.

Недостатком прототипа является низкая эффективность диспергирования вследствие того, что обрабатываемая среда, попадающая в рабочее пространство, подвергается разделению за счет центробежных сил. Это приводит к неравномерному распределению компонентов по рабочему пространству. Уровень разделения компонентов в различных местах рабочего пространства не одинаков, но он имеет место быть, вплоть до перфорации наружного статорного кольца. The disadvantage of the prototype is the low dispersion efficiency due to the fact that the processed medium falling into the workspace is subjected to separation due to centrifugal forces. This leads to an uneven distribution of components across the workspace. The level of separation of components in different places of the working space is not the same, but it does occur, right up to the perforation of the outer stator ring.

Задачей изобретения является повышение эффективности диспергирования путем оптимального соотношения компонентов и количества пульсирующих пузырьков газа и равномерного их распределения в кавитирующей жидкости, а также создания двух различных градиентов скоростей в струе обрабатываемых компонентов. The objective of the invention is to increase the dispersion efficiency by the optimal ratio of components and the number of pulsating gas bubbles and their uniform distribution in the cavitating fluid, as well as the creation of two different velocity gradients in the jet of processed components.

Поставленная задача достигается тем, что у эмульгатора, содержащего корпус с кольцевым каналом и отводом, входные и выходной патрубки, и жестко закрепленное в нем статорное кольцо с прорезями, в котором на валу жестко закреплены ротор с роторным кольцом с прорезями, в статорном кольце выполнены дополнительные прорези, соединяющие кольцевой канал с отводом, являющиеся зеркальным отражением основных прорезей, и расположены относительно друг друга в шахматном порядке. The problem is achieved in that the emulsifier containing the housing with an annular channel and outlet, input and output pipes, and a stator ring with slots rigidly fixed in it, in which a rotor with a rotor ring with slots is rigidly fixed to the shaft, additional stator rings are made the slots connecting the annular channel with the tap, which are a mirror image of the main slots, and are located relative to each other in a checkerboard pattern.

Так как совокупность отличительных признаков предлагаемого изобретения не выявлены в известных в мире технических решениях, то оно соответствует критерию "новизна". Since the totality of the distinguishing features of the invention are not identified in the world-famous technical solutions, it meets the criterion of "novelty."

Выполнение эмульгатора с отличительными признаками позволяет использовать основные и дополнительные прорези статорного кольца и их взаимное расположение, как элементы позволяющие достичь оптимального соотношения диспергируемых компонентов и количество пульсирующих пузырьков газа и равномерного их распределения в кавитирующей жидкости, а также создать в кавитирующем потоке два градиента скоростей, способствующих эффективному диспергированию. The implementation of the emulsifier with distinctive features allows you to use the main and additional slots of the stator ring and their relative position as elements that allow you to achieve the optimal ratio of dispersible components and the number of pulsating gas bubbles and their uniform distribution in the cavitating fluid, as well as create two velocity gradients in the cavitating flow, contributing to effective dispersion.

Отличительные признаки обеспечивают совместно с общими достижение поставленной задачи, следовательно, они являются существенными. Distinctive features provide, together with the general achievement of the task, therefore, they are significant.

Анализ известных технических решений в исследуемой области и в смежных областях (нефтяной, фармацевтической, строительной) позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с отличительными признаками изобретения и признать свойства, проявляемые этими признаками новыми, а, следовательно, предлагаемое решение соответствующим критерию "изобретательского уровня". An analysis of the known technical solutions in the studied field and in related fields (oil, pharmaceutical, construction) allows us to conclude that they lack features similar to the distinguishing features of the invention and recognize the properties shown by these signs new, and, therefore, the proposed solution meets the criterion of "inventive level. "

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен эмульгатор в продольном разрезе. На фиг. 2 изображено перекрытие статорной прорези роторным кольцом. На фиг. 3 изображено совмещение прорезей роторного и статорного колец. На фиг. 4 изображено статорное кольцо с расположением основных и дополнительных прорезей в шахматном порядке. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows an emulsifier in longitudinal section. In FIG. 2 shows the overlap of the stator slot by the rotor ring. In FIG. 3 shows the combination of slots of the rotor and stator rings. In FIG. 4 shows the stator ring with the location of the main and additional slots in a checkerboard pattern.

Эмульгатор содержит корпус 1 с кольцевым каналом 2 и отводом 3, входными патрубками 4 и 5 и выходным патрубком 6. В корпусе 1 жестко установлено (на резьбе) статорное кольцо 7 с прорезями 8 и дополнительными прорезями 9. На валу 10 жестко (на резьбе) закреплен ротор 11 с лопастями 12, на котором закреплено болтами 13 роторное кольцо 14 с прорезями 15. The emulsifier contains a housing 1 with an annular channel 2 and an outlet 3, inlet pipes 4 and 5 and an outlet pipe 6. In the housing 1, a stator ring 7 with slots 8 and additional slots 9 is rigidly mounted (on the thread). On the shaft 10 is rigidly (on the thread) a rotor 11 with blades 12 is fixed, on which a rotor ring 14 with slots 15 is fixed with bolts 13.

Эмульгатор работает следующим образом. The emulsifier works as follows.

Обрабатываемая среда (две несмешивающиеся жидкости) поступает в корпус 1 раздельно по входным патрубкам 4 и 5. Одна из жидкостей поступает по входному патрубку 4 в ротор 11 и лопастями 12 нагнетается в прорези 15 и 8 роторного 14 и статорного 7 колец. В прорезях 8 (см. фиг. 2 и фиг. 3) при их периодическом перекрытии и совмещении с прорезями 15 создается кавитирующая жидкость. Образование кавитирующей жидкости происходит в два этапа. На первом этапе (см. фиг. 2) в статорной прорези 8, при ее перекрытии роторным кольцом, образуется вакуум за счет того, что часть жидкости успевает вытечь в отвод 3 и освобождает часть объема прорези. Вакуум способствует разрыву жидкости в объеме прорези 8, т.е. появлению пузырьков газа. Причем количество этих пузырьков зависит от многих условий: давления, температуры, скорости потока, физических свойств жидкости, наличия в ней микропузырьков газа или микроскопических твердых частиц. На втором этапе (см. фиг. 3) прорези 15 и 8 совмещаются. В результате в прорезь 8 поступает жидкость из прорези 15, увеличивая в ней давление и, заставляя сжиматься пузырьки газа, которые начинают пульсировать. Вторая жидкость по входному патрубку 5 и кольцевому каналу 2 поступает в прорези 9, минуя вращающееся поле жидкости, поступающей по входному патрубку 4, в результате чего не происходит их взаимного разделения. Истекающие из прорезей 8 кавитирующие струи жидкости эжектируют из дополнительных прорезей 9 другую несмешивающуюся жидкость. Обе жидкости под действием пульсирующих пузырьков интенсивно диспергируются и перемешиваются, причем количество жидкости, эжектируемое из прорезей 9 находится в прямой зависимости от количества пульсирующих пузырьков, находящихся в кавитирующем потоке, истекающем из прорезей 8. Это происходит потому, что интенсивность передачи энергии от струи прорези 8 к струе прорези 9 зависит от интенсивности их взаимного перемешивания, а эта интенсивность определяется количеством пульсирующих пузырьков газа. Готовый продукт отводится через выходной патрубок 6 в технологическую линию. Расположение прорезей 8 и 9 статорного кольца 7 в шахматном порядке (см. фиг. 4) позволяет использовать влияние двух ближайших струй кавитирующей жидкости прорезей 8 на струю жидкости, истекающую из прорези 9. Так как уровень кавитации жидкости прорезей 8 различен, исходя из условий кавитации, то образуемые ими потоки жидкости прорезей 9 будут иметь два градиента скоростей, что способствует эффективному диспергированию обрабатываемой среды. The medium to be treated (two immiscible liquids) enters the housing 1 separately through the inlet pipes 4 and 5. One of the liquids enters the rotor 11 through the inlet pipe 4 and is pumped with blades 12 into the slots 15 and 8 of the rotor 14 and stator 7 rings. In the slots 8 (see Fig. 2 and Fig. 3), when they are periodically overlapped and combined with the slots 15, a cavitating fluid is created. The formation of cavitating fluid occurs in two stages. At the first stage (see Fig. 2), in the stator slot 8, when it is blocked by the rotor ring, a vacuum is formed due to the fact that part of the liquid has time to flow into the outlet 3 and frees part of the volume of the slot. The vacuum contributes to the rupture of the liquid in the volume of the slot 8, i.e. the appearance of gas bubbles. Moreover, the number of these bubbles depends on many conditions: pressure, temperature, flow rate, physical properties of the liquid, the presence of microbubbles of gas or microscopic solid particles in it. In the second stage (see Fig. 3), the slots 15 and 8 are combined. As a result, the liquid from the slot 15 enters the slot 8, increasing the pressure in it and causing the gas bubbles to begin to compress, which begin to pulsate. The second liquid through the inlet pipe 5 and the annular channel 2 enters the slots 9, bypassing the rotating field of the liquid entering the inlet pipe 4, as a result of which they do not separate. Cavitating jets of liquid flowing from slots 8 eject another immiscible liquid from additional slots 9. Both liquids under the action of pulsating bubbles are intensively dispersed and mixed, and the amount of fluid ejected from the slots 9 is directly dependent on the number of pulsating bubbles in the cavitating flow flowing from the slots 8. This is because the intensity of energy transfer from the jet of the slots 8 to the jet of the slot 9 depends on the intensity of their mutual mixing, and this intensity is determined by the number of pulsating gas bubbles. The finished product is discharged through the outlet pipe 6 to the production line. The location of the slots 8 and 9 of the stator ring 7 in a checkerboard pattern (see Fig. 4) allows you to use the influence of the two nearest jets of cavitating fluid of the slots 8 on the jet of fluid flowing out of the slot 9. Since the level of cavitation of the liquid of the slots 8 is different, based on cavitation conditions , then the liquid flows of the slots 9 formed by them will have two velocity gradients, which contributes to the effective dispersion of the medium being treated.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении производительности за счет повышения эффективности диспергирования. Feasibility of the invention is to increase productivity by increasing the dispersion efficiency.

Литература
1. Авт. свид. СССР, N 773311, кл.³ F 04 D 1/00, F 04 D 7/04, 1980, БИ N 39.Literature
1. Auth. testimonial. USSR, N 773311, cl. ³ F 04 D 1/00, F 04 D 7/04, 1980, BI N 39.

2. Богданов В.В. и др. Эффективные малообъемные смесители. - Л.: Химия, 1989. - 224 с. - ил. (Химия промышленности), с. 54, рис. 2.28. 2. Bogdanov V.V. and others. Effective low-volume mixers. - L .: Chemistry, 1989 .-- 224 p. - il. (Chemistry of industry), p. 54, fig. 2.28.

3. Балабудкин М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. - М.: Медицина, 1983, с. 95, рис. 23. 3. Balabudkin M.A. Rotary pulsation apparatus in the pharmaceutical industry. - M.: Medicine, 1983, p. 95, fig. 23.

Claims

1. An emulsifier comprising a housing with an annular channel and an outlet, inlet and outlet nozzles and a stator ring with slots rigidly fixed therein, in which a rotor with a rotor ring with slots is rigidly fixed to the shaft, characterized in that additional slots are made in the stator ring, connecting the annular channel with a tap, which is a mirror image of the main slots.

2. The emulsifier according to claim 1, characterized in that the main and additional slots of the stator ring are staggered.