СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВО РЕАЛИЗАЦИИ ИХ Российский патент 2001 года по МПК B01J8/10 B01F7/18 

Способ и устройство реализации его относятся к способам и устройствам, которые позволяют проводить процессы как физические, так и химические с жидкими средами, и могут найти широкое применение в пищевой и химической промышленности.

Известен способ осуществления физических процессов, включающий подачу жидкой фазы и твердого продукта в технологическую емкость с получением обрабатываемой массы с последующей ее обработкой, описанный в SU 176868, 01.12.65 и принятый за наиболее близкий аналог.

В SU 176868, 01.12.65 описано также устройство для реализации способа осуществления физических процессов, содержащее технологическую емкость, патрубки для подачи жидкости и твердого продукта в технологическую емкость для получения обрабатываемой массы, приспособления для подогрева и перемешивания обрабатываемой массы, трубопровод для перекачки обработанного полуфабриката.

Недостатком известного способа и устройства является высокая энергоемкость и механоемкость.

Целью изобретения является снижение механоемкости и энергоемкости осуществления физических процессов.

Поставленная задача решается тем, что в способе осуществления физических процессов, включающем подачу жидкой фазы и твердого продукта в технологическую емкость с получением обрабатываемой массы, обработку осуществляют циркуляцией массы по замкнутому каналу: выходное отверстие технологической емкости, нагнетательное устройство, по крайней мере, одна полая лопасть с отверстиями для обеспечения вращения лопасти реактивной силой струи жидкости.

Жидкость перед поступлением на, по крайней мере, одну полую лопасть, предварительно подогревают вне технологической емкости.

Устройство для реализации способа, содержащее технологическую емкость, патрубки для подачи жидкости и твердого продукта в технологическую емкость для получения обрабатываемой массы, приспособления для подогрева и перемешивания обрабатываемой массы, трубопровод для перекачки обработанного полуфабриката, нагнетательное устройство, нагнетающее обрабатываемую массу, соединенное с входным отверстием патрубка, выполненного в виде установленной с возможностью вращения полой лопасти, по крайней мере, с одним проходным отверстием для подачи обрабатываемой среды в технологическую емкость, причем технологическая емкость, нагнетательное устройство, по меньшей мере одна полая лопасть с проходным отверстием образуют замкнутый канал. Замкнутый канал содержит, по крайней мере, один подогреватель, создающий возможность предварительного подогрева вне технологической емкости. По крайней мере, одна из полых лопастей кинематически связана с дополнительным приводом.

Устройство дополнительно может содержать патрубки с загибом на конце, выполненные с возможностью вращения.

В полой лопасти могут быть выполнены дополнительные отверстия.

Патрубок может быть выполнен в виде, по крайней мере, двух полых лопастей, расположенных одна над другой, с возможностью вращения в противоположные стороны относительно друг друга, причем передняя кромка нижней полой лопасти может быть расположена с противоположной стороны по отношению к передней кромке верхней лопасти.

Как уже было указано, жидкая среда подается для физико-химической обработки в технологическую емкость, туда же подается и твердый продукт, например дробленое зерно, при этом жидкая фаза подается через входной патрубок и далее через установленный на нем патрубок с возможностью вращения вокруг своей оси, который может быть выполнен в виде полой лопасти, имеющей сквозной канал (проходное отверстие), начинающийся у комля лопасти и заканчивающийся отверстием, выполненным в зоне задней кромки лопасти или в зоне концевой кромки, загнутой в сторону, противоположную движению лопасти. После заполнения емкости процесс обработки полученной массы производится при непрерывной или с перерывами циркуляцией по замкнутому каналу, состоящему из выходного отверстия, выполненного в дне емкости, выходного патрубка, нагнетательного насоса, входного патрубка, установленного на нем или на корпусе емкости и соединенного с ним с возможностью вращения вокруг своей оси патрубка, выполненного в виде полой лопасти, и самой емкости.

Устройство реализации способа осуществления физических процессов поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - функциональная схема устройства;
фиг. 2 - пример выполнения полой лопасти;
фиг. 3 - пример выполнения полой лопасти;
фиг. 4 - пример выполнения вращающегося патрубка;
фиг. 5 - пример выполнения вращающегося патрубка;
фиг. 6 - пример выполнения комплексного решения вращающихся патрубка и полой лопасти;
фиг. 7 - пример установки полой лопасти;
фиг. 8 - пример выполнения контура полой лопасти;
фиг. 9 - пример установки полых лопастей;
фиг. 10 - пример выполнения и установки полых лопастей;
фиг. 11 - пример выполнения устройства с дополнительным приводом;
фиг. 12 - пример выполнения приводной части устройства;
фиг. 13 - пример выполнения раскладной полой лопасти;
фиг. 14 - пример выполнения раскладной полой лопасти.

Устройство реализации способа осуществления физических процессов (фиг. 1) содержит корпус 1 емкости для проведения физических и химических процессов, имеющий в верхней части подающий короб 2 для сыпучих или жидких полуфабрикатов, например для подачи солода при приготовлении пивного полуфабриката.

В коробе 2 установлена заслонка 3 для перекрытия подачи полуфабриката в емкость.

В верхней части корпуса 1 выполнен короб 4 с заслонкой 5, установленной в его внутренней части. Короб 4 предназначен для вытяжки тепла при расхолаживании среды, например заторной массы при производстве пивного сусла. В верхней части корпуса 1 выполнено также смотровое окно 6.

В нижней части корпуса 1 выполнена паровая рубашка 7, к которой подведен паропровод 8 с установленным на нем вентилем 9. Паровая рубашка 7 имеет также отвод 10 для отвода парового конденсата. В нижней части корпуса 1 выполнен желоб 11, соединенный с отводящим патрубком 12, который соединяет его с входом насоса 13, выход которого соединен с трехходовым клапаном 14, один из выходов которого соединен с трубопроводом 15 для перекачки переработанного в устройстве для осуществления физических и химических процессов полуфабриката для проведения следующих технологических процессов в других устройствах для их реализации, например для перекачки затора после термической обработки на фильтр-чан для его фильтрации или перекачки сусла пивного в бродильный цех.

Другой выход трехходового клапана трубопроводом 16, также как трубопровод 17 с установленным на нем вентилем 18, связан с входом подогревателя 19, выход которого патрубком 20 соединен с входным патрубком 21, в конце которого установлена ступица 22, на которой через переходной патрубок 23 закреплен патрубок с входным отверстием 24, имеющий, например, форму двухлопастного полого элемента, каждая лопасть которого имеет, по меньшей мере, одно отверстие, расположенное в зоне задней кромки лопасти. Например, левая по схеме лопасть 26a имеет полость 26, соединенную с окружающей средой через отверстие, выполненное в зоне задней кромки этой лопасти, т.е. отверстие 27. В правой лопасти 29 выполнена полость 28 и соответственно отверстие 30, расположенное также в зоне задней кромки лопасти 29. Под прилегающей зоной понимается сама кромка и площадь поверхности лопасти, прилегающая к этой кромке. Лопасти закреплены на ступице 22 с возможностью вращения вокруг своей оси. С целью создания дополнительной тяги на ступице 22 могут быть установлены патрубки. Патрубок 31 (фиг. 4), имеющий в конце загиб 32, направленный в сторону, противоположную направлению вращения лопастей 26a и 29. С противоположной стороны ступицы 22 установлен аналогичный патрубок 36 с аналогичным загибом 34, патрубок 31 в конце имеет проходное отверстие 33, патрубок 36 в конце имеет проходное отверстие 35. На ступице 22 или на другой части вращающегося элемента, например на переходном патрубке 23 или непосредственно на патрубках 31 и 36 (фиг. 5) могут быть установлены дополнительно сплошные лопасти 37, 38, не имеющие внутреннюю полость.

Отверстия 27 и 30 могут быть выполнены не только в зоне задней кромки полых лопастей 26a и 29, но и в зоне конечной кромки этих лопастей, в этом случае они имеют в конце загиб, направленный в противоположную направлению вращения лопастей 26a и 29 сторону (фиг. 3).

На фиг. 2 и 3 показано выполнение полых лопастей. Передняя кромка 39 расположена по направлению вращения лопасти, задняя кромка 40 с противоположной стороны, а концевая кромка 41 расположена в конце лопасти.

На фиг. 7 показан пример крепления лопастей на входном патрубке 21.

В этом примере ступица 22 выполнена из подпятника 42, на котором контактно размещен фланец 43 с возможностью вращения вокруг своей оси и который зафиксирован без препятствия вращению накидной гайкой 44, имеющей резьбовое соединение с подпятником 42. Фланец 43 закреплен, например, при помощи сварки к переходному патрубку 23. С целью улучшения теплообмена на поверхностях лопастей могут быть выполнены радиаторные элементы 42a (фиг. 8), например, выступы, впадины или выпуклости, имеющие различную форму сечения, например трапецеидальной формы.

На фиг. 9 и 10 показаны примеры, на которых полые лопасти располагаются одна под другой. В этом случае в верхней центральной части нижних лопастей 26a и 29, в месте их соединения выполнено проходное отверстие 48, которое через переходник 49, закрепленный на нем подпятник 50, фланец 51, контактно установленный на подпятнике 50 с возможностью вращения вокруг своей оси и зафиксированный без помехи вращению накидной гайкой 52, имеющей резьбовое соединение с фланцем 50, соединяет полости нижних лопастей с полостями верхних лопастей 46 и 47, которые закреплены на переходном патрубке 53 и имеют центральное проходное отверстие 54, расположенное между лопастями и к которому присоединен фланец 51.

При выполнении полый лопастей, расположенных одних под другими, для лучшего перемешивания перерабатываемой среды, отверстия, выполненные в разных по уровню лопастях, направлены в разные, в противоположные стороны, в этом случае передние и задние кромки также у них расположены с противоположной стороны относительно друг к другу. Это обеспечивает вращение лопастей, расположенных на разных уровнях в противоположные стороны относительно друг к другу, т. е. верхние лопасти вращаются, например, по часовой стрелке, а нижние - в противоположную сторону (фиг. 10).

Устройство реализации физических процессов может содержать дополнительный привод, состоящий из тяги 56, механически связывающей полые лопасти через направляющее отверстие 57, выполненное в верхней части корпуса 1 с редуктором 58 с соединенным с ним двигателем 59 (фиг. 11).

Тяга 56 соединена с лопастями 26a и 29 через сплошной переходник 60, прикрепленный к лопастям в месте их присоединения, например, при помощи сварки и муфты 61 (фиг. 12).

В целях лучшей промывки лопасти могут быть раскладными.

Пример выполнения раскладных лопастей изображен на фиг. 13. На переходном патрубке 23 выполняется коллектор 64, в верхней крышке которого выполнены проходные отверстия 65 и 66, расположенные вблизи его стенок, имеющих цилиндрическую форму, соединяющие полость коллектора 64 с полостями лопастей, а и нижней крышке выполнено центральное отверстие 24, в центре крышки, выполненной в верхней части коллектора 64, установлен четырехгранный шток 69, который размещен с возможностью перемещения и направляющей той же формы, что и шток 69, и выполненной в матрице 70. При этом коллектор 64 закреплен в нижней части половины 62 и 63, с полостями 67 и 68, а матрица 70 - в верхних половинах 71 и 72, с полостями 73 и 74. Матрица 70 через ступицу 85, состоящую из шайбы 76 и обоймы 77 при возможности вращения шайбы 76 в обойме 77 соединена со штоком 78, имеющим резьбовое соединение с верхней частью корпуса, с резьбовым отверстием. Шток заканчивается маховиком 79.

Лопасти могут выполняться раскладными в виде ракушек, в данном частном случае нижняя половина 62 и верхняя половина 71 закреплены друг к другу при помощи шарнира 80, при этом верхняя половина 71 имеет возможность вращаться вокруг оси шарнира 80 и относительно нижней половины 62, тем самым при необходимости, например, при засоре или промывки обе половины раскрываются как ракушка (фиг. 14).

Способ осуществления физических процессов заключается в следующем. Рассмотрим этот способ на примере приготовления пивного сусла. По коробу 2 в корпус 1 технологической емкости подается сыпучий продукт, например солод, одновременно по трубопроводу 17 подается подогретая предварительно или подогреваемая в подогревателе 19 вода.

При достижении заданного уровня в технологической емкости заторной массы система переключается на замкнутый кольцевой цикл, но в период заполнения технологической емкости подогретая вода, проходя по патрубку 20, входному патрубку 21, ступице 22, переходному патрубку 23 и попадая в полости 26 и 28, проходя по ним, достигая противоположно направленных отверстий 27 и 30, с достаточной силой выходя из них, вода своей реактивной струей начинает вращать полые лопасти, перемешивая реакционную сусловую массу. Эта сила может создаваться дополнительно патрубками 31 и 36. Жидкая среда, проходя через них, создает при выходе из отверстий 33 и 35 реактивную струю. Кроме размешивания жидкой массы полые лопасти одновременно прогревают эту среду, так как горячая жидкость, проходя через полую лопасть, прогревает ее корпус, а та, в свою очередь вращаясь, прогревает, при этом очень равномерно, всю заторную или другую жидкую массу.

После заполнения технологической емкости жидким продуктом начинается обработка этой среды при непрерывном движении по замкнутому каналу, который состоит из следующих звеньев: по желобу 11 жидкая среда, суспензия или смесь, например заторная масса или пивное сусло, поступает на вход насоса 13 по патрубку 12, далее среда поступает на вход трехходового клапана 14, а через него по трубопроводу 16 - к подогревателю 19 и, подогреваясь в нем до необходимой температуры, по патрубку 20 и входному патрубку 21 поступает на вход ступицы 22, а через нее и переходной патрубок 23 поступает в полости 26 и 28 соответствующих лопастей 26a и 29 и, выходя в отверстия 27 и 30, создавая реактивную силу, вращает лопасти вокруг оси ступицы 22, которые прогревают и перемешивают среду, находящуюся в корпусе 1 технологической емкости. В верхней части корпуса 1 выполнен желоб 4 с заслонкой 5 для расхолаживания реакционной массы. При приготовлении затора используются различные технологические паузы, например мальтозная пауза, при которых прекращается циркуляция жидкой среды по замкнутому каналу и в отдельных случаях прекращается подогрев этой среды. В этих частных примерах насос 13 отключается на время паузы, а на нагреватель 19 прекращается подача пара также на время паузы. При технологической паузе, при которой происходит расхолаживание заторной массы, заслонка 5 открывается, и окружающий воздух поступает в корпус 1 технологической емкости.

Реактивная тяга увеличивается при выполнении дополнительных патрубков 31 и 36, полости которых соединены с полостями лопастей 26a и 29, так как создается дополнительная реактивная сила, образуемая жидкой средой, проходящей не только по полостям лопастей 26a и 29 через ступицу 22, но и через ту же ступицу 22 по патрубкам 31 и 36 через загибы 32 и 34 и отверстия 33 и 35 жидкая масса создает дополнительную реактивную струю.

Выполнение проходных отверстий в зоне концевых кромок полых лопастей 26a и 29 при загнутых прилегающих передних и задних кромках позволяет сделать переход жидкой среды перед выходом ее из отверстий 27 и 30, что снижает гидравлическое сопротивление и, следовательно, увеличение кпд гидравлической струи. Выполнение радиаторных элементов 42a на полых лопастях позволяет увеличить поверхность нагрева, а следовательно, увеличивается и кпд прогрева жидкой среды в корпусе 1 технологической емкости и одновременно улучшается качество перемешивания этой среды. Размещение полых лопастей одни под другими при выполнении соответствующих отверстий с противоположной стороны по отношению друг к другу, верхних по отношению к нижним, позволяет вращаться верхним лопастям в противоположную сторону по отношению к нижним, что позволяет улучшать перемешивание жидкой среды, а также лучше ее прогревает.

Установка дополнительного привода на устройство реализации физических процессов, например при выполнении двигателя 59 электрическим, который через редуктор 58 и тягу усиливает мощность вращения полых лопастей 26a и 29, на которые воздействует также и реактивная тяга гидравлической струи жидкой среды, и, следовательно, улучшает качество перемешивания этой среды.

Выполнение полых лопастей раскладными позволяет лучше их промывать, особенно когда перерабатываются суспензии, содержащие твердые включения, например заторная масса, содержащая дробленый солод. В этом частном случае, воздействуя на маховик 79, вращая его, выворачивая шток 78 из верхней части корпуса 1 и через ступицу 75 и матрицу 70, верхняя половина 71 и 72 поднимаются, а нижние половины 62 и 63 остаются на месте, и лопасти 26a и 39 как бы раздвигаются. Если необходимо эти верхние и нижние половины соединить, достаточно ввернуть шток 78, пока эти половины крепко не соединятся, ступица 75 в этом зафиксированном положении позволяет вращаться этим лопастям относительно штока 78. Аналогично раскрываются лопасти типа ракушка, привод которых не раскрыт (фиг. 14). В этом частном случае лопасти раскрываются относительно шарнира, выполненного в передних кромках полых лопастей.

В корпусе полых лопастей могут быть выполнены дополнительные отверстия для снижения силы трения при вращении этих лопастей например, дополнительные отверстия 81. Проходные отверстия могут быть выполнены в виде сопла.

В заявленном устройстве могут проводиться как физические, так и химические процессы.

Среда, проходящая переработку, в корпусе 1 может подогреваться и при помощи паровой рубашки 7, выполненной непосредственно в технологической емкости.

На фиг. 15 изображен пример выполнения устройства реализации с дополнительным приводом.

На фиг. 16 изображен пример выполнения приводного узла устройства.

На фиг. 17 изображен пример полой лопасти с выходным соплом.

Пример, изображенный на фиг. 15, показывает возможное решение дополнительного привода.

В этом примере на переходном патрубке 21 жестко установлено колесо 82 через ременную передачу 83, соединенную с маховиком 84, который кинематически связан с редуктором 58 и электроприводом, например двигателем 59. Это позволяет создавать вращающий момент реактивной тягой полых лопастей, но и вспомогательным приводом, воздействуя своим вращающим моментом на промежуточный патрубок 21, на котором закреплены лопасти, помогает увеличить мощность их вращения, учитывая одинаковое направление усилия вращения привода и реактивных лопастей. Промежуточный патрубок 21 вращается вместе с лопастями, зафиксированный в уплотнителе 84a.

Вспомогательный привод, изображенный на фиг. 16, содержит промежуточный элемент, втулку 85, имеющую резьбовое соединение с корпусом 1 технологической емкости, в верхней части которой закреплен маховик 79 и во внутреннем цилиндрическом канале 86 которого размещена тяга 56 и на которой жестко закреплены шайбы 87 и 88, ограничивающие перемещение тяги 56 по высоте, относительно втулки 85 в верхнем окончании закреплена шестеренка 89, связанная с достаточно высокой шестеренкой 90, кинематически связанной с вспомогательным приводом. Такое исполнение позволяет, вворачивая или выворачивая втулку 85, раскрывать и закрывать раскладные лопасти и одновременно помогать их вращению вспомогательным приводом. В момент перемещения шестерни 89, когда перемещается втулка 85, эта шестерня перемещается вдоль высокой шестерни 90.

На фиг. 17 изображены сопла 91 и 92, расположенные одна под другой и через которые жидкая среда поступает в технологическую емкость.

На этой же фиг. 17 показан комль лопасти, в зоне которого выполнено проходное отверстие, т. е. комль 93 расположен в начале лопасти, в частном случае для лопастей 26a и 29 комль является общим и естественно и входное отверстие 24 для этих лопастей является общим.

На фиг. 18,а изображен пример выполнения проходного отверстия концевой кромки в виде сопла, на фиг. 18,б изображено выполнение сопла, расположенного между передней и задней кромкой лопасти. Таким образом, при выполнении выхода полой лопасти в виде сопла его расположение не лимитируется по отношению к кромкам лопасти, главное условие: оно направлено против направления вращения лопасти, т.е. против передней кромки.

Изобретение относится к способам и устройствам, позволяющим проводить физические и химические процессы с жидкими средами. Жидкую фазу и твердый продукт подают в технологическую емкость с получением обрабатываемой массы, а обработку осуществляют циркуляцией массы по замкнутому каналу: выходное отверстие технологической емкости, нагнетательное устройство, по крайней мере, одна полая лопасть с отверстиями для обеспечения вращения лопасти реактивной силой струи жидкости. Устройство содержит технологическую емкость, патрубки для подачи жидкости и твердого продукта в технологическую емкость для получения обрабатываемой массы, приспособления для подогрева и перемешивания обрабатываемой массы, трубопровод для перекачки обработанного полуфабриката, нагнетательное устройство, нагнетающее обрабатываемую массу, соединенное с входным отверстием патрубка, выполненного в виде установленной с возможностью вращения полой лопасти по крайней мере с одним проходным отверстием для подачи обрабатываемой среды в технологическую емкость, причем технологическая емкость, нагнетательное устройство, по меньшей мере, одна полая лопасть с проходным отверстием образуют замкнутый канал. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Способ осуществления физических процессов, включающий подачу жидкой среды и твердого продукта в технологическую емкость с получением обрабатываемой массы, отличающийся тем, что обработку осуществляют циркуляцией массы по замкнутому каналу: выходное отверстие технологической емкости, нагнетательное устройство, по меньшей мере одна полая лопасть с отверстиями для обеспечения вращения лопасти реактивной силой струи жидкости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость перед поступлением на по крайней мере одну полую лопасть предварительно подогревают вне технологической емкости. 3. Устройство для осуществления физических процессов, содержащее технологическую емкость, патрубки для подачи жидкости и твердого продукта в технологическую емкость для получения обрабатываемой массы, приспособления для подогрева и перемешивания обрабатываемой массы, трубопровод для перекачки обработанного полуфабриката, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит нагнетательное устройство, нагнетающее обрабатываемую массу, соединенное с входным отверстием патрубка, выполненного в виде установленной с возможностью вращения полой лопасти по меньшей мере с одним проходным отверстием для подачи обрабатываемой среды в технологическую емкость, причем технологическая емкость, нагнетательное устройство, по меньшей мере одна полая лопасть с проходным отверстием образуют замкнутый канал. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что замкнутый канал содержит по крайней мере один подогреватель, создающий возможность предварительного подогрева вне технологической емкости. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из полых лопастей кинематически связана с дополнительным приводом. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что проходное отверстие выполнено в зоне задней кромки лопасти. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что проходное отверстие выполнено в зоне концевой кромки, причем прилегающие к концевой кромке передняя и задняя кромки загнуты. 8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что проходное отверстие выполнено в зоне комля лопасти. 9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что патрубок выполнен в виде по меньшей мере двух полых лопастей, расположенных одна над другой с возможностью вращения в противоположные стороны относительно друг друга. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что передняя кромка нижней полой лопасти расположена с противоположной стороны по отношению к передней кромке верхней лопасти. 11. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что полые лопасти выполнены раскладными. 12. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительно содержит патрубки с загибом на конце, выполненные с возможностью вращения. 13. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в полой лопасти выполнены дополнительные отверстия. 14. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что проходное отверстие для поступления обрабатываемой среды в технологическую емкость выполнено в виде сопла. 15. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на поверхности полых лопастей выполнены радиаторные элементы.