Установка для смешивания и диспергирования различных компонентов в жидких средах

Изобретение относится к области изготовления устойчивых дисперсий и эмульсий, применяемых в различных областях, в частности в строительстве, машиностроении, пищевой, медицинской и химической промышленности и т.п.

Известно оборудование немецкой фирмы Ystral GmbH для смешивания и диспергирования, описанное в журнале «Лакокрасочная промышленность», №5 за 2012 год, стр. 17-21, раздел «Оборудование для производства ЛКМ».

Известен «Аппарат для диспергирования и микрокапсулирования гидрофобных жидкостей» по патенту RU №2161063, МПК В01F 11/02, 11.01.2000. Данное изобретение относится к диспергирующему оборудованию, а конкретно к аппаратуре, где для измельчения различных веществ используют энергию ультразвуковых колебаний.

Известно изобретение по патенту RU №2200176, «Композиция на основе алкидных смол», МПК C09D5/08, 01.07.1999 которое относится к области получения алкидных лакокрасочных покрытий, эксплуатирующихся при повышенной влажности. Для достижения необходимых результатов в композицию вводят дополнительные компоненты.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является техническое решение по патенту RU №2173140, «Способ получения кремнийорганолипидных микрокапсул для создания медицинских, косметических препаратов», МПК А61К 9/50, 26.12.2000. Изобретение заключается в том, что для получения кремнийорганолипидных микрокапсул перед смешиванием липофильных и гидрофильных компонентов в липидную фракцию вводят в допустимых количествах кремнийорганические полимерные соединения, а диспергирование проводят в роторно-кавитационной установке.

Данное техническое решение принято за ближайший аналог (прототип).

Задачей заявляемого изобретения является повышение производительности при сохранении качества выпускаемой продукции за более короткий цикл смешивания и диспергирования различных компонентов в жидких средах, при одновременном снижении выбросов вредных летучих веществ, повышение уровня техники безопасности при производстве пигментных паст, связующих составов, гелькоутов, пластизолей и т.д.

Для решения поставленной задачи предлагается установка для смешивания и диспергирования различных компонентов в жидких средах в замкнутом контуре, включающем роторно-кавитационные аппараты.

Отличительными признаками заявляемого изобретения является то, что установка роторно-пульсационных аппаратов (РПА) дополнительно снабжена комплексом ультразвуковых кавитационных аппаратов. Ультразвуковые кавитационные аппараты в комплексе могут размещаться параллельно или последовательно, либо по смешанной схеме относительно друг друга. Количество комплексов и ультразвуковых кавитационных аппаратов в них может быть более одного, что определяется необходимым уровнем дисперсии приготавливаемой смеси и природы компонентов. Комплексы должны быть установлены ступенчато - каскадом, каждый последующий комплекс в каскаде установлен выше предыдущего.

При необходимости можно задавать алгоритмы технологических режимов для получения заведомо определенной степени дисперсии и оптимизации процесса производства.

Проведенный заявителем анализ, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, выявление источников, содержащих сведения заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем результату отличительных признаков в заявленной установке, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «НОВИЗНА».

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ» заявитель провел дополнительный поиск известных решений. Результаты поиска показали, что устройство заявленной установки не вытекает явным образом из известных устройств для смешивания и диспергирования различных компонентов в жидких средах.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».

Заявляемая установка для смешивания и диспергирования различных компонентов в жидких средах включает диссольвер (скоростную мешалку) - 1, роторно-пульсационный аппарат (РПА) - 2, насоса - 3 и ультразвукового диспергатора (УЗД) - 4.

Компоненты для смешивания загружаются в вакуум-синус диссольвер 1 для их первоначального перемешивания и распределения, в среднем размер частиц компонентов получается от 80 до 40 мкм. Затем смесь компонентов поступает в роторно-пульсационный аппарат (РПА) 2 для равномерного диспергирования частиц твердых компонентов, разрушения устойчивых агломератов, сгустков и крупных твердых частиц за счет кавитационного и механического воздействий статора и ротора, а также резкой смены ламинарных, радиальных и турбулентных потоков, размер частиц уменьшается до величины 20-10 мкм. На заключительном этапе диспергирования компонентов в ультразвуковом диспергаторе (дальше по тексту УЗД) 4 за счет ультраволнового воздействия энергии разрушения частиц, величина частиц достигает 10-1,0 мкм. Для повышения производительности и увеличения степени дисперсии предлагается увеличить количество ультразвуковых аппаратов и разместить их параллельно или последовательно, либо по смешанной схеме относительно друг друга, т.е. комплексом. Данная установка позволяет создавать идеальные условия для разрушения твердых частиц и равномерного объемного распределения твердофазных компонентов в жидких средах за счет каскадной интенсификации массообменных и дисперсионных процессов при получении паст, пластизолей, гелькоутов, глазурей, строительных смесей и пр.

Сущность заявляемого изобретения, поясняется чертежами, где изображено:

На фигуре 1 представлена установка, состоящая из диссольвера (скоростная мешалка) - 1, роторно-пульсационного аппарата (РПА) - 2, насоса - 3 и ультразвукового кавитационного диспергатора - 4;

На фигуре 2 представлена установка, состоящая из диссольвера - 1, роторно-пульсационного аппарата (РПА) - 2, насоса - 3, ультразвуковых кавитационных диспергаторов - 4, расположенных последовательно комплексом - 5;

На фигуре 3 представлена установка, состоящая из диссольвера - 1, роторно-пульсационного аппарата (РПА) - 2, насоса - 3, ультразвуковых кавитационных диспергаторов - 4, установленных комплексом - 5 и каскада - 6 комплексов - 5, расположенных по смешанной схеме;

На фигуре 4 представлена установка, состоящая из диссольвера и роторно-пульсационного диспергатора (РПА), которая использована в прототипе данного изобретения, патент RU 2173140, «Способ получения кремнийорганолипидных микрокапсул для создания медицинских, косметических препаратов», МПК А61К 9/50, 26.12.2000. Добавление в данную установку ультразвукового диспергатора (УЗД) в количестве 1 шт., способствует ускорению процесса диспергации (измельчения) пигмента по сравнению с вышеупомянутым изобретением.

Наиболее распространенной схемой промышленного получения пигментных паст на сегодняшний день является применение погружных бисерных мельниц. На примере получения пигментных паст для гелькоутов на основе ненасыщенных полиэфирных смол, применяемых на предприятии ООО «Акопласт» показано, что использование одного УЗД в схеме смешения компонентов позволяет сократить время протекания процесса с 7,2 часа до 4,65 часов по сравнению с применением только погружной бисерной мельницы (Таблица 1). На бисерной мельнице данный эффект получить при той же концентрации пигмента и вязкости невозможно, даже если проводить поэтапную обработку с уменьшением размера бисера, т.к. более мелкий бисер требует снижения концентрации пигмента и вязкости, из-за большей собственной насыпной плотности. Последующее добавление количества УЗД способствует ускорению процесса, сокращению времени на диспергирование, с достижением того же качественного показателя по раскрытию цвета, что и с одним аппаратом (Таблица 1). Реализация установки представлена на фигурах 1, 2, 3.

Использование заявляемого изобретения по сравнению с традиционной - погружной бисерной мельницей, позволяет повысить производительность процесса получения лакокрасочных материалов. Для получения 1 тонны пигментной пасты белого цвета на бисерной мельнице необходимо затратить 7,2 часа, а с использованием заявляемого способа смешения и диспергирования необходимо 4,65 часа. При использовании ультразвуковых кавитационных аппаратов для получения пигментных паст повышается производительность процесса, происходит более качественное раскрытие цвета при одинаковом содержании пигмента, а также снижаются риски, связанные с охраной труда и экологией.

Возможность осуществления заявляемого изобретения и его использование в различных областях промышленности, указывает на соответствие этого решения критерию «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ».

На предприятии ООО «Акопласт» заявляемая установка для смешивания и диспергирования применяется при изготовлении лакокрасочных материалов (гелькоут) различной цветовой палитры (каталог цветов RAL Classic). В качестве поясняющего материала ниже представлена Таблица 1: