ГОМОГЕНИЗАТОР Российский патент 1999 года по МПК B01F3/00 B01F11/02 

Изобретение относится к пищевой, микробиологической, химической, нефтехимической, фармацевтической, косметической 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 (см. а.с. 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, состоящую из двух конических вихревых камер с падающими тангенциальными каналами и соплами, расположенными одно против другого. Между соплами вихревых камер выполнена кольцевая камера с тангенциальным выходным патрубком (а.с. СССР N 1839613, кл. B 01 F 3/00, 1990).

Недостатком прототипа является неудовлетворительное качество гомогенизации конечного продукта из-за слабого волнового воздействия на обрабатываемую среду и кавитационный износ внутренней поверхности вихревых камер.

Цель изобретения - повышение долговечности устройства и качество конечного продукта за счет интенсификации воздействия волновой энергии на обрабатываемую среду.

Поставленная цель достигается тем, что гомогенизатор, содержащий приемную и сливную емкости, насос с приводом, соединительные трубопроводы и гомогенизирующую головку с вихревой камерой, снабженной тангенциальным входным и центральным выходным каналами, гомогенизирующая головка снабжена дросселирующим узлом, гидроакустическими соплами, резонансными камерами, а вихревая камера расположена соосно между гидроакустическими соплами, направленными во взаимно противоположные стороны и сообщенными с резонансными камерами, причем торцевая поверхность гидроакустического сопла выполнена закругленной по радиусу.

Кроме того, дросселирующий узел снабжен конусом, выполненным с возможностью осевого перемещения.

В предложенном гомогенизаторе дросселирующий узел служит для регулирования давления в гомогенизирующей головке. От величины создаваемого противодавления зависят геометрические размеры ядра разрежения в кавитационной зоне и энергия схлопования кавитационных пузырьков. Кроме того, регулируя давлением, процесс гомогенизации можно вывести на резонансный режим работы, при котором будут минимальные энергозатраты.

Вихревые камеры при определенных соотношениях геометрических размеров являются мощными гидродинамическими излучателями волн с широким спектром частот. Снабжение вихревой камеры гидроакустическими соплами обусловлено тем, что при уменьшении диаметра канала на выходе из вихревой камеры увеличивается частота вращения жидкого продукта пропорционально соотношению диаметров вихревой камеры и гидроакустического сопла и соответственно увеличивается частота излучения гидроакустических волн. Гидроакустические сопла служат для формирования амплитудно-частотной характеристики генерируемых волн, которая зависит, в основном, от соотношения диаметра и длины выходного канала гидроакустического сопла.

Выполнение торцевой поверхности гидроакустического сопла закругленной по радиусу обусловлено необходимостью создания и увеличения разрежения путем резкого расширения вращательного потока на выходе из гидроакустического сопла, а разряжение способствует раннему возникновению кавитации.

Резонансные камеры служат для усиления амплитуды генерируемых гидроакустических волн в резонансном режиме.

Конус, расположенный в дросселирующем узле, служит для дросселирования проходного канала и регулирования давления в гомогенизирующей головке.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема гомогенизатора, на фиг. 2 изображен общий вид гомогенизирующей головки в разрезе, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2.

Гомогенизатор включает (см. фиг. 1) приемную емкость 1, насос с приводом 2, гомогенизирующую головку 3, сливную емкость 4. Приемная емкость 1 соединена с приемным патрубком 5 насоса 2. Нагнетательная линия 6 насоса 2 соединена с входным патрубком гомогенизирующей головки 3. Выходной патрубок 7 соединен со сливной емкостью 4.

Гомогенизирующая головка 3 включает вихревую камеру 8 с тангенциальным входным каналом 9. Вихревая камера 8 расположена соосно между двумя гидроакустическими соплами 10. Торцевая поверхность 11 гидроакустических сопл выполнена закругленной по радиусу. Гидроакустические сопла 10 сообщаются с резонансными камерами 12. Выходные каналы 13 из резонансных камер сообщены с дросселирующим узлом 14. Дросселирующий узел 14 снабжен конусом 15, который выполнен с возможностью осевого перемещения при помощи винта 16.

Гомогенизатор работает следующим образом. Многокомпонентный жидкий продукт (далее - продукт) из приемной емкости 1 через приемный патрубок 5 насосом через нагревательную линию 6 подается в гомогенизирующую головку 3 (см. фиг. 1). Продукт через нагнетательный трубопровод 6 по тангенциальному каналу 9 поступает в вихревую камеру 8. В вихревой камере 8 жидкий продукт приобретает частоту вращения (в пределах 2•10³ ... 3•10³ с^-1). При этом по оси вихревой камеры 8 образуется ядро разрежения, которое способствует возникновению гидроакустических волн. Далее, вращательно-волновой поток жидкого продукта разделяется на два потока и поступает в гидроакустическое сопло 10, где частота вращения продукта возрастает пропорционально соотношению диаметров вихревой камеры и гидроакустического сопла и доходит до 5•10³...6•10³ с^-1. При этом в канале и на выходе из сопла 10 образуется кавитационное ядро и высокочастотные гидроакустические волны. На выходе из гидроакустического сопла 10 продукт направляется в радиально-тангенциальном направлении и поступает в резонансные камеры 12, как показано на фиг. 2. Из резонансных камер 12 продукт по каналам 13 поступает в дросселирующий узел 14, далее по патрубку 7 в сливную емкость 4.

В процессе прохождения продукта через гидроакустическое сопло генерируются высокочастотные гидроакустические волны с частотой до 2•10⁴ Гц. Создание противодавления в гомогенизирующей головке дросселирующим узлом способствует усилению энергии схлопования кавитационного ядра и увеличению амплитуды генерируемых волн. Это, в свою очередь, приводит к активации многофазного продукта, к возникновению различных нелинейных эффектов гидроакустической и гидродинамической кавитации и повышению степени гомогенизации обрабатываемого продукта.

Таким образом, использование гомогенизирующей головки с вихревой камерой, снабженной гидроакустическими соплами, резонансными камерами и дросселирующим узлом, позволяет повысить степень гомогенизации продукта и износостойкость гомогенизирующей головки.

Кроме того, гомогенизирующая головка имеет простую конструкцию по сравнению с существующими, технологична в изготовлении, обладает высокой надежностью и работоспособностью, малой энергоемкостью.

Изобретение предназначено для получения коллойдно-монодисперсных систем в химической, нефтехимической, пищевой, микробиологической, фармацевтической, косметической и других отраслях промышленности. Гомогенизатор содержит приемную и сливную емкости, насос с приводом, соединительные трубопроводы и гомогенизирующую головку с вихревой камерой. Гомогенизирующая головка снабжена дросселирующим узлом, гидроакустическими соплами, резонансными камерами. Вихревая камера расположена соосно между гидроакустическими соплами, направленными во взаимно противоположные стороны. Дросселирующий узел снабжен конусом, выполненным с возможностью осевого перемещения. Эффект заключается в улучшении качества конечного продукта за счет интенсификации процесса воздействия гидроакустической энергии, разделения потока в вихревой камере и дополнительной обработке продукта в резонансных колерах, работающих в автоколебательном режиме и улучшающих амплитудно-частотную характеристику генерируемых волн. Кроме того, исключается кавитационный износ элементов гомогенизирующей головки. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Гомогенизатор, содержащий приемную и сливную емкости, насос с приводом, соединительные трубопроводы и гомогенизирующую головку с вихревой камерой, снабженной тангенциальным входным и центральным выходным каналами, отличающийся тем, что гомогенизирующая головка снабжена дросселирующим узлом, гидроакустическими соплами, резонансными камерами, а вихревая камера расположена соосно между гидроакустическими соплами, направленными во взаимно противоположные стороны и сообщенными с резонансными камерами, причем торцевая поверхность гидроакустического сопла выполнена закругленной по радиусу. 2. Гомогенизатор по п. 1, отличающийся тем, что дросселирующий узел снабжен конусом, выполненным с возможностью осевого перемещения.