РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2002 года по МПК B01F7/28 

Изобретение относится к устройствам для обработки гетерогенных систем и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат [1], в котором процесс смешения происходит за счет наличия ротора с коническими кольцами.

Однако это устройство предназначено только для перемешивания систем "жидкость-жидкость", так как в случае подвода газообразной среды смещение будет малоэффективным, потому что объем газовой фазы, как правило, значительно больше жидкой, и должны быть созданы условия для циркуляции смеси.

Известен центробежно-пульсационный аппарат [2], содержащий ротор и статор, выполненные в виде двух коаксиальных цилиндров. В этом устройстве циркуляция потока обеспечивается за счет радиальных лопаток, закрепленных на крышке и днище корпуса.

Однако такое расположение лопаток не способствует равномерному перемешиванию смеси по всему объему аппарата.

Известен роторно-пульсационный аппарат [3] , в котором ротор и статор снабжены зубьями с каналами внутри их. Так как каналы выполнены сквозными, газовая фаза не попадает непосредственно в рабочую зону между статором и ротором, и это приводит к неравномерному распределению газовой среды в рабочем пространстве.

Недостатком данного аппарата также является то, что частицы смеси получаются определенного размера, так как не предусмотрена возможность регулировки зазора между ротором и статором.

Известен диспергатор [4], в котором статор и ротор выполнены в виде дисков и регулирование зазора между ними осуществляется за счет осевого перемещения ротора.

Однако устройство регулирования в нем достаточно сложно и громоздко, что не соответствует цели, поставленной авторами - снижение потребляемой мощности и веса устройства.

Кроме того, все перечисленные аналоги имеют существенный недостаток - отсутствие рубашки для охлаждения реакционной смеси. В любом из аппаратов при обработке любых компонентов за счет создания больших скоростей и интенсивной циркуляции потоков будет выделяться тепло, которое необходимо отводить.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является роторно-пульсационный аппарат [5], содержащий входной и выходной патрубки, ротор и статор с рабочими элементами в виде зубьев. Кроме того, ротор снабжен лопастями для улучшения циркуляции потока смеси.

Недостатком этого аппарата является также отсутствие охладительной рубашки, отсутствие возможности регулирования зазора между ротором и статором и отсутствие каналов в зубьях статора, что приводит к неравномерному распределению газовой фазы в объеме смеси. В устройстве не предусмотрены конструктивные решения для создания интенсивной циркуляции потока. Учитывая, что объем газовой фазы значительно превышает количество жидкости, в конструкции аппарата должны быть созданы условия для рециркуляции потока газовой среды. Известно, что рециркуляция является мощным средством, обеспечивающим равномерное распределение компонентов по объему смеси, что приводит к получению конечного продукта высокого качества.

Целью изобретения является повышение эффективности процессов тепломассообмена в гетерогенных средах типа "газ-жидкость" за счет однородного дробления и равномерного распределения диспергируемого компонента в активной зоне аппарата и организации рециркулирующих потоков.

Поставленная цель достигается путем размещения в зубьях статора вертикальных каналов с выходом в средней части зуба в сторону ротора и сообщающихся между собой посредством общей распределительной камеры. Кроме того, в ступице ротора выполнены отверстия для организации внутренних циркуляционных потоков в аппарате и установлены лопасти, обеспечивающие повышенный насосный эффект. Ротор и статор выполнены в виде коаксиально расположенных конусов, дающих возможность изменения гидравлического давления в зазоре путем регулирования величины зазора. Аппарат снабжен теплообменной рубашкой для поддержания и регулирования температуры обрабатываемой среды.

На чертеже показана конструкция предлагаемого аппарата. Он состоит из корпуса 1, патрубков 2, 3 для ввода компонентов и патрубка 4 для вывода готового продукта. В корпусе смонтированы кольца статора 5 и 6. На валу 7 закреплен ротор 8, снабженный лопастями 9 и отверстиями 10. Ротор и статор выполнены в виде коаксиальных конусов с прорезями 11. На наружной поверхности аппарата размещена рубашка 12 со штуцерами 13 и 14 для ввода и вывода теплоносителя. В зубьях статора 5 имеются каналы 15, выходящие в центральной части зуба в сторону ротора и сообщающиеся с камерой 16. Набор регулировочных шайб 17 служит для настройки величины зазора между статором и ротором.

Аппарат работает следующим образом. По центральному патрубку 2 во внутреннюю полость ротора 8 подается компонент с большим удельным весом. Через патрубок 3 в камеру 16 подается компонент с меньшим удельным весом, который, проходя через каналы 15, сразу же попадает в центральную часть зоны действия тангенциальных и пульсационных сил, где подвергается интенсивному дроблению и перемешиванию. Пройдя активную зону, смесь попадает во внешнюю камеру, откуда через отверстия 10 вновь поступает в полость ротора и затем лопастями 9 отбрасывается в зону периодически перекрывающихся прорезей ротора и статора.

Таким образом, за счет рециркуляции потока обеспечивается многократное взаимодействие компонентов смеси, а периодическое перекрывание прорезей ротора и статора создает условия для эффективной турбулизации и пульсации потока. Готовый продукт отводится через патрубок 4. Тепло, выделяемое в процессе обработки смеси, отводится циркулирующим в рубашке 12 теплоносителем. Так как вращение ротора происходит с постоянной скоростью и каналы выходят в центр зоны действия пульсационных сил и больших градиентов скорости, размер частиц всегда одинаковый и они равномерно распределены по всему объему зоны. Этим обеспечивается однородность дробления и минимальный размер частиц диспергируемого компонента.

Таким образом, достижение цели изобретения обеспечивается совокупным применением приспособления для однородного дробления, непосредственно в зоне действия пульсационных сил, больших градиентов скорости и созданием рециркуляционных потоков, обеспечивающих полное взаимодействие компонентов смеси, равномерность их распределения, т.е. эффективность процесса.

Преимущества предлагаемого аппарата перед известными конструкциями подтверждены сравнительными лабораторными испытаниями. В этом аппарате получены комбинированные продукты питания на основе облепихи, ягод черной смородины и другие. Минимальная степень дисперсности частиц, равная 2 мкм, достигнута при величине зазора между ротором и статором 0,1 мм.

Литература
1. А.с. СССР 1191102 А, В 01 F 7/28, 1985.

2. А.с. СССР 940825, В 01 F 7/28, 1982.

3. А.с. СССР 286974, В 01 F 11/00, 1970.

4. А.с. СССР 664677, В 01 F 7/26, 1979.

5. А.с. СССР 488604, В 01 F 7/28, 1975.

Изобретение относится к устройствам для обработки гетерогенных систем и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности. Аппарат представляет собой корпус с установленными в нем ротором и статором, которые выполнены в виде коаксиальных конусов с прорезями. В зубьях статора имеются каналы, выходящие в центральной части зуба в сторону ротора, благодаря чему один из компонентов непосредственно попадает в рабочую зону. В ступице ротора имеются отверстия для создания рециркулирующих потоков. Периодическое перекрывание прорезей ротора и статора позволяет создавать в рабочей зоне высокие градиенты скорости, эффективную пульсацию и турбулизацию потока смеси. 1 ил.

Роторно-пульсационный аппарат, содержащий входные и выходной патрубки, корпус с установленными в нем ротором, в ступице которого выполнены отверстия, и статором с рабочими элементами в виде зубьев, кроме того, ротор снабжен лопастями, отличающийся тем, что в зубьях статора выполнены вертикальные каналы, выходящие в среднюю часть зуба и обращенные к ротору.