ГОМОГЕНИЗАТОР ДЛЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1995 года по МПК A01J11/16 

Изобретение относится к пищевой, микробиологической, косметической, фармацевтической, химической, нефтехимической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для получения коллоидно-монодисперсных систем.

Аналогом изобретения является гомогенизатор для жидких продуктов, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку (авт. св. СССР N 793507, кл. A 01 J 11/16, B 01 F 3/00, 1976).

Недостатком аналога является низкое качество гомогенизации жидких продуктов из-за отсутствия волнового воздействия на обрабатываемые продукты.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является гомогенизатор для многокомпонентных жидких продуктов, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку, выполненную в виде вихревой камеры с тангенциальным входным и центральным выходным каналами.

Недостатком прототипа и аналога является низкое качество гомогенизации жидких продуктов из-за слабого воздействия волновой энергии на обрабатываемые продукты.

В предложенном гомогенизаторе устраняются указанные недостатки аналога и прототипа.

Цель изобретения повышение эффективности технологического процесса и улучшение качества гомогенизации путем воздействия на обрабатываемую среду волновой энергией.

Цель достигается тем, что гомогенизатор для многокомпонентных жидких продуктов, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку, выполненную в виде вихревой камеры с тангенциальным входным и центральным выходным каналами, гомогенизирующая головка снабжена направляющей лопаткой, выполненной с острой входной кромкой и установленной с кольцевым зазором от торцовой поверхности вихревой камеры, а торцовая поверхность вихревой камеры выполнена закругленной по радиусу, причем на торцовой поверхности вихревой камеры выполнены тангенциальные каналы. Вихревая камера выполнена сферической. Вихревой генератор снабжен резонансной камерой, размещенной соосно с вихревой камерой.

В предложенном гомогенизаторе в отличие от прототипа гомогенизирующая головка снабжена направляющей лопаткой, выполненной с острой входной кромкой. Это обусловлено тем, что направляющая лопатка служит для направления радиально тангенциального потока, выходящего из вихревой камеры в кавитационную зону для повторного диспергирования. Кроме того, на острие кромки возбуждаются автоколебания малой амплитуды "клинового тона". Все это повышает степень гомогенизации продукта.

Выбор формы вихревой камеры в виде сферы обусловлен высокой амплитудой генерируемых волн сферическими излучателями, работающими в режиме автоко- лебательного периодического гидравлического самозапирания выходного канала.

Цилиндрическая резонансная камера, установленная соосно вихревой камере, обусловлена необходимостью настройки генерируемых волн на резонансную частоту. Кроме того, соосное расположение резонансной камеры приводит к "безыcносной" конструкции вихревого генератора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема гомогенизатора; на фиг. 2 общий вид гомогенизирующей головки в разрезе; на фиг. 3 схема истечения жидкости из вихревой камеры; на фиг. 4 гомогенизирующая головка с резонансной камерой.

Устройство содержит (см. фиг. 1) приемную емкость 1, насос 2 с приводом, гомогенизирующую головку 3, сливную емкость 4. Приемная емкость 1 соединена с приемным патрубком 5 насоса 2, а гомогенизирующая головка 3 установлена на нагнетательной линии 6 насоса 2 и выходом соединена через трубопровод 7 со сливной емкостью 4.

Гомогенизирующая головка 3 (см. фиг. 2) выполнена в виде вихревой камеры 8 с тангенциальными входными каналами 9. На торцовой поверхности 10 вихревой камеры 8 выполнены дополнительные тангенциальные каналы 11. Направление тангенциальных каналов 11 совпадает с направлением вращения жидкости. Гомогенизирующая головка 3 снабжена направляющей лопаткой 12. Между направляющей лопаткой 12 и торцовой поверхностью 10 выполнен кольцевой зазор 13 для прохождения жидкости.

С целью повышения амплитуды волны и степени гомогенизации вихревая камера 8 может быть выполнена в виде сферы (см. фиг. 4) и с центральным выходным каналом 14. Для технологичности изготовления сферической камеры 8 предусмотрен технологический разъем 15.

С целью улучшения гомогенизации жидкого продукта вихревая камера 8 может быть оснащена дополнительной резонансной камерой 16 (см. фиг. 5).

Гомогенизатор работает следующим образом.

Многокомпонентный жидкий продукт (далее продукт) из приемной емкости 1 через приемный патрубок 5 насосом 2 подается в гомогенизирующую головку 3 (см. фиг. 1).

Гомогенизирующая головка выполнена в виде вихревого генератора (см. фиг. 2). Продукт через нагнетательный трубопровод 6 и по тангенциально направленным каналам 9 поступает в вихревую камеру 8. В вихревой камере 8 жидкий продукт приобретает вращательное движение с большой частотой вращения (в пределах 2 ˙ 10³ 5 ˙ 10³ с^-1). При этом по оси вихревой камеры 8 генерируются высокочастотные гидроакустические волны, которые способствуют возникновению в жидкостях гидроакустической и гидродинамической кавитации, которые, в свою очередь, способствуют интенсивной гомогенизации многокомпонентных жидкостей.

Далее вращательно-волновой поток жидкого продукта из вихревой камеры 8 с большой скоростью направляется в тангенциально-радиальном направлении (фиг. 2 и 3) и часть потока поступает в кольцевой зазор 13 между направляющей лопаткой 12 и торцовой поверхностью 10 вихревой камеры. При этом в полости А (см. фиг. 2) повышается давление и жидкий продукт по тангенциальным каналам 11 поступает повторно в зону кавитации для повторной гомогенизации. Избыточное давление в полости А, необходимое для такой циркуляции, поддерживается, во-первых, за счет кинетической энергии радиально-тангенциального потока, во-вторых за счет разности скоростей жидкости на выходе из вихревой камеры 8 и в полости А.

Кроме того, улучшению гомогенизации способствуют волны, генерируемые на кромке направляющей лопатки 12. Когда радиально тангенциальный поток с большой скоростью натекает на острую кромку направляющей лопатки, на ней возбуждаются автоколебания малой амплитуды, которые генерируют волны "клинового тона", частота которых зависит от скорости истечения, плотности жидкого продукта и жесткости самой лопатки. Далее гомогенизированный жидкий продукт поступает в сливную емкость 4.

Таким образом, наличие направляющей лопатки 12 в предложенном устройстве и использование кинетической энергии радиально тангенциального потока способствует повышению качества гомогенизации и эффективности технологического процесса без дополнительных затрат энергии. Кроме того, гомогенизирующая головка имеет простую конструкцию, обладает надежностью и работоспособностью (отсутствуют подвижные детали и механические трения), технологичностью изготовления и малой энергоемкостью.

Использование: пищевая микробиологическая косметическая, фармацевтическая, химическая, нефтехимическая и другие отрасли промышленности и может быть использовано для получения коллоидно - монодисперсных систем. Сущность: гомогенизатор состоит из вихревого генератора с направляющей лопаткой для направления потока жидкого продукта повторно в зону кавитации. Эффект достигается использованием кинетической энергии радиально - тангенциального потока, а также применением различных форм вихревых и резонансных камер. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ГОМОГЕНИЗАТОР ДЛЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку, выполненную в виде вихревой камеры с тангенциальным входным и центральным выходным каналами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности технологического процесса и улучшения качества гомогенизации путем воздействия на обрабатываемую среду волновой энергией, гомогенизирующая головка снабжена направляющей лопаткой, выполненной с острой входной кромкой, и установленной с кольцевым зазором от торцевой поверхности вихревой камеры, выполнена закругленной по радиусу, причем на торцевой поверхности вихревой камеры выполнены тангенциальные каналы. 2. Гомогенизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения амплитуды генерируемых волн, вихревая камера выполнена сферической. 3. Гомогенизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества гомогенизации путем настройки генерируемых волн на резонансную частоту, вихревой генератор снабжен резонансной камерой, размещенной соосно над вихревой камерой.