аппарат для перемешивания

Формула изобретения

Аппарат для перемешивания, содержащий сосуд и фрезерную мешалку, отличающийся тем, что в сосуд дополнительно введены шары из материала, плотность которого превышает плотность перемешивания среды, а диаметр шаров превышает величину зазора между мешалкой и днищем сосуда, но меньше величины радиуса мешалки.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к области химического машиностроения и предназначено для перемешивания вязких жидкостей или сыпучих материалов с крупными кусками твердых включений. Изобретение может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой, цементной и других отраслей промышленности. Известные аппараты для механического перемешивания жидкостей или сыпучих продуктов содержит сосуды, в которых размещены мешалки какого-либо типа. Так, для жидкостей с высокой вязкостью применяются рамные мешалки с низким числом оборотов (20-60 об/с). (Стренк.Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л. Химия, 1975, с.63). Форма мешалки повторяет форму днища сосуда. Такие мешалки малоэффективны, если в жидкости встречаются достаточно крупные твердые куски, которые не разбиваются мешалкой, а вращаются вместе с ней.

В то же время в практике химического производства зачастую возникают ситуации, когда качество имеющегося в наличии сырья значительно ниже, чем требуется по технологическому регламенту, т.е. твердые фракции неоднородны, имеются крупные куски. Для решения таких задач известны аппараты с мешалкой в виде диска (фрезы), располагающейся у днища сосуда (там же с. 66). По большинству конструктивных признаков, этот аппарат принимаем за прототип. Такой аппарат применяется для перемешивания частичек твердого тела с вязкими жидкостями или для дробления частиц твердого тела, т.к. его мешалка обеспечивает высокие напряжения сдвига. Однако, эффективность этого аппарата очень мала из-за малого захвата объема перемешивания среды в единицу времени.

Известен также аппарат для размола твердой фракции шаровая мельница (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химических технологий, М. Химия, 1971, с.736-737). Этот аппарат представляет собой вращающийся барабан, в который помещают комплект шаров и размалываемый материал. При вращении барабана шары, перекатываясь по его внутренней поверхности, размельчают куски перемалываемого материал. Шаровая мельница, в принцип, обеспечивает размол твердой фракции и перемешивание ее с жидкой. Однако, трудности подвода и съема тепла химической реакции к вращающейся емкости исключают ее применение как аппарат в химической промышленности.

Таким образом, задача эффективного перемешивания вязкой жидкости с крупными кусками твердых включений в аппарат химических производств остается актуальной.

Эта задача решается предлагаемым аппаратом для перемешивания, который, как и прототип, содержит сосуд и фрезерную мешалку. В отличие от прототипа в сосуд дополнительно введены шары из материала, плотность которого выше плотности перемешиваемой среды, а диаметр каждого шара не превышает радиуса диска мешалки, но больше расстояния между днищем сосуда и мешалкой.

Устройство схематически изображено на фиг.1. На фиг.2 представлена фрезерная мешалка, вид сверху. Аппарат представляет собой сосуд 1 с эллиптическим или коническим днищем. У днища сосуда 1 на расстоянии h от него расположена мешалка 2 в виде фрезы с лопастями 3. Мешалка соединена с приводом 4. В емкость 1 введены шары 5 в количестве 8-10 штук. Шары должны быть выполнены из материала, плотность которого выше плотности перемешиваемых компонентов. Естественно, к материалу шаров предъявляются и требования прочности. Для большинства перемешиваемых сред хорошо подходят сталь OX18H10T. В случае агрессивных перемешиваемых сред при выборе материалов шаров учитывают их химическую стойкость. Количество шаров зависит от емкости аппарата. Для каждого номинала емкости существует свое оптимальное количество шаров, определяемое экспериментально. Так, для аппарата с емкостью 0,15 м. куб. оптимальным является количество шаров в пределах 8-10 штук. При числе шагов меньше 8 эффективность перемешивания и размола стандартной фрезерной мешалки повышалась незначительно. При числе шаров более 10 дальнейшего повышения эффективности не наблюдалось, зато шла перегрузка электродвигателя.

Размеры шаров выбирали из следующих соображений. Диаметр шара d должен быть больше зазора h между диском 2 мешалки и днищем сосуда 1, с тем, чтобы шары не могли попадать в этот зазор и заклинивать мешалку. С другой стороны, диаметр d шара должен быть меньше радиуса R диска мешалки, иначе он не будет эффективно захватываться лопастями 3 мешалки 2.

Оптимальный размер шаров в этом диапазоне в зависимости от емкости аппарата и параметров перемешиваемой среды выбирают с помощью оценочных расчетов, традиционно применяемых для барабанных мельниц (Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах, М. Недра, 1984).

Работает аппарат следующим образом. При вращении мешалки 2 от привода 4 лопастями 3 шарам 5 передается кинетическая энергия. Шары 5 летят от лопастей 3 мешалки 2 к стенкам сосуда 1, разбивая и перемешивая комки в вязкой среде. Погасив кинетическую энергию на размол и перемешиванием, шары 5 под действием силы тяжести опускаются на дно емкости 1. Для того, чтобы этот прочес происходил, плотность материала шаров должна быть выше плотности перемещаемых компонент, иначе шары захватятся во вращение вместе со средой и не будут опускаться на дно сосуда

Опустившись, шары 5 вновь касаются лопастей 3 вращающейся мешалки, вновь получают порцию кинетической энергии и процесс повторяется. Таким образом идет интенсивное перемешивание и размол фракций.

В качестве примера приведем результаты работы для стандартной фрезерной мешалки со следующими параметрами:

емкость аппарата 0,15 м. куб. дно эллиптическое;

мощность электродвигателя 3 Квт;

число оборотов 80 об/мин;

число лопастей 6 штук, лопасти усиленные;

шары выполнены из стали ОХ18Н10Т диаметром 65 мм;

число шаров 8 штук;

расстояние от мешалки до дна сосуда 30 мм;

радиус диска мешалки 100 мм.

Размол и перемешивание пигмента фталоцианина меди в вазелиновом масле от фракции (от 50 до 1) мм до фракции (от 1 до 0,1) мм осуществлялось за 20 минут. Стандартный аппарат с такими же параметрами решает эту задачу за 60-80 минут.

Таким образом, достаточно просто и минимальными затратами производительность стандартного аппарата с фрезерной мешалкой можно повысить в 3 раза при перемешивании неоднородных фракций.