УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ, ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ И ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЖИДКОТЕКУЧИХ СРЕД Российский патент 2003 года по МПК B01F7/00 

Изобретение относится к устройствам для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред и может быть использовано в пищевой, химической, кормовой, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, парфюмерной промышленности, в строительной индустрии и т.д.

Известны роторные аппараты гидроударного действия для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред [1, 2, 3, 4, 5], содержащие корпус с входным и выходным патрубками и установленные в корпусе ротор и статор, выполненные в виде тел вращения и соприкасающиеся друг с другом боковыми стенками, в которых выполнены каналы. За счет периодического перекрытия каналов при вращении ротора происходит резкое торможение потока, сопровождаемое явлением гидравлического удара и резким повышением давления в среде. При совмещении каналов ротора и статора происходит резкий сброс давления, сопровождаемый возникновением зоны кавитации. За счет этих явлений обрабатываемая среда подвергается интенсивному растворению, эмульгированию или диспергированию.

Указанные аппараты имеют в общем случае принципиальную единую схему и конструктивно незначительно отличаются друг от друга. Все они обеспечивают удовлетворительные технико-экономические показатели указанных выше технологических процессов, однако возможности совершенствования аппаратов данного назначения имеют место.

Известны роторно-пульсационные акустические аппараты [6, 7], обеспечивающие растворение, эмульгирование и диспергирование жидкотекучих сред и содержащие корпус, входной и выходной патрубки, статор, на торце которого, обращенном к ротору, размещены коаксиальные цилиндры с проточными каналами и ротор.

Обрабатываемая среда подвергается в каналах ротора и статора интенсивному гидромеханическому воздействию как со стороны элементов конструкции указанных каналов, так и благодаря пульсациям давления, скорости, турбулентным течениям. Кроме того, ротор и статор при работе аппарата совершают колебания, излучая в обрабатываемую среду мощные акустические волны, сопровождаемые пульсирующим давлением в среде.

Известные аппараты, обеспечивая приемлемые показатели технологических процессов, тем не менее имеют неудовлетворительную надежность, т.к. их конструктивные элементы и, в первую очередь, ротор и статор работают в условиях интенсивного абразивного износа. Повысить надежность работы аппаратов можно, по крайней мере, двумя путями, во-первых, применением износостойких материалов и, во-вторых, сокращением числа конструктивных элементов, подвергающимся наибольшему абразивному износу.

Именно по второму пути пошли авторы известных устройств [8, 9], предназначенных для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред. Эти конструкции имеют корпус с входным и выходным патрубками и размещенное в корпусе на приводном валу центробежное лопастное колесо.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является диспергатор [9] , содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенное в корпусе на приводном валу центробежное лопастное колесо с закрепленными на нем цилиндрическими кольцами с окнами.

Указанный диспергатор имеет простую конструкцию, содержащую только ротор, и не имеет статора. За счет этой простоты обеспечивается повышенная надежность работы, однако уровень диспергирования жидкотекучих сред недостаточен, т.к. они подвергаются воздействию только кавитации.

Изобретение решает задачу повышения эффективности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред в условиях отсутствия одного из главных конструктивных элементов, а именно статора.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в придании жидкотекучей обрабатываемой среде высоких скоростей движения с гидродинамическим ударом об элементы конструкции ротора весьма сложных траекторий непрерывного принудительного турбулентного и турбулентно вихревого движения. В жидкотекучей обрабатываемой среде при этом создаются значительные градиенты скорости в различных направлениях, частицы ее сталкиваются, соударяются между собой и с элементами конструкции ротора, а также подвергаются многократному кавитационному воздействию при прохождении обрабатываемой среды по каналам и резонаторам ротора.

Указанный технический результат получают за счет того, что в известной конструкции устройства для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред, включающей корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на приводном валу размещено роторное колесо с внутренней полостью, снабженной лопатками, и каналами, соединяющими внутреннюю полость с внешней боковой поверхностью роторного колеса, на внешней боковой поверхности роторного колеса выполнены радиальные цилиндрические вихревые камеры, в плоскости вращения роторного колеса выполнены две группы каналов, соединяющих внутреннюю полость роторного колеса с радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, каждый канал в группе соединен с двумя смежными радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, при этом каналы одной группы смещены относительно каналов другой группы в плоскости вращения роторного колеса, каждая радиальная цилиндрическая вихревая камера соединена с двумя смежными с ней каналами по одному из группы, а на выходе каждой радиальной цилиндрической вихревой камеры установлен насадок. Сечение каналов роторного колеса выполнено сужающимся к периферии колеса, а насадки радиальных цилиндрических вихревых камер установлены с возможностью их демонтажа.

Изложенная выше совокупность существенных признаков устройства позволит получить хорошие технические показатели работы устройства при отсутствии статора как одной и наиболее изнашиваемой детали роторных аппаратов гидроударного действия и получить по сравнению с прототипом повышение эффективности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред.

Принципиальная схема устройства представлена на чертежах.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез аппарата; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.4 - сечение С-С на фиг.1; на фиг.3 - сечение Д-Д на фиг.3; на фиг.6 - сечение F-F на фиг.4; на фиг.7 - сечение N-N на фиг.2 (развертка).

Устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред включает корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 обрабатываемых жидкотекучих сред. Внутри корпуса 1 на приводном валу 4 размещено роторное колесо 5, снабженное лопатками 6 и имеющее внутреннюю полость 7. На внешней боковой поверхности 8 роторного колеса 5 выполнены радиальные цилиндрические вихревые камеры 9. В плоскости вращения роторного колеса 5 выполнены каналы 10, сечение которых уменьшается к периферии роторного колеcа 5. Каналы 10 соединяют внутреннюю полость 7 роторного колеса 5 с радиальными цилиндрическими вихревыми камерами 9. При этом с одной стороны внутренней полости 7 выполнена одна группа каналов, показанная на фиг.3, а с другой стороны - другая, показанная на фиг.4. Каналы одной группы смещены относительно каналов другой группы в плоскости вращения роторного колеса 5. Каждый канал 10 в обеих группах с помощью тангенциальных каналов 11 соединен с двумя смежными радиальными цилиндрическими вихревыми камерами 9. Каждая радиальная цилиндрическая вихревая камера 9 соединена с двумя смежными с ней каналами по одному и из каждой группы. На выходе каждой радиальной цилиндрической вихревой камеры 9 с возможностью демонтажа установлены насадки 12.

Устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред работает следующим образом.

При вращении роторного колеса 5 от привода (не показан) через приводной вал 4 жидкотекучая среда поступает через патрубок входа 2 корпуса 1 во внутреннюю полость 7, где, взаимодействуя с лопатками 6, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток среды получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения роторного колеса 5 и его диаметра. При движении по каналам 10 жидкотекучая среда получает дополнительное приращение скорости, как за счет действия центробежных сил, так и за счет сужения поперечного сечения каналов 10. При входе в тангенциальные каналы 11 струя жидкотекучей среды с большой скоростью ударяется о стенки тангенциальных каналов, при этом частицы среды разбиваются на более мелкие частички частично истираются. В каналах 10 и 11 частицам обрабатываемой жидкотекучей среды сообщаются весьма сложные траектории непрерывного принудительного турбулентного движения, создаются значительные градиенты скорости в различных направлениях. Далее жидкотекучая среда тангенциально поступает в радиальные цилиндрические вихревые камеры 9. В каждую такую камеру одновременно поступает среда от двух смежных с ней каналов 10 - по одному из каждой группы. При этом в каждой радиальной цилиндрической вихревой камере 9 возникает мощное турбулентно вихревое движение обрабатываемой среды, сопровождаемое явлениями кавитации и интенсивным излучением звуковой и ультразвуковой энергии. В результате возникновения волн уплотнения и разрежения происходит возникновение и "схлопывание" кавитационных пузырьков и интенсивное воздействие на обрабатываемую жидкотекучую среду, что значительно ускоряет процессы растворения, эмульгирования и диспергирования. При входе в насадки 12 вновь формируется высокоскоростная струя обрабатываемой жидкотекучей среды, которая взаимодействует с корпусом 1 устройства и дополнительно интенсифицирует процессы, происходящие при движении среды по каналам и элементам роторного колеса 5. Далее обрабатываемая среда через патрубок выхода 3 направляется на другие технологические линии.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает высокую интенсивность обработки жидкотекучих сред без применения одной из наиболее подверженных абразивному износу деталей, а именно статора, что обеспечивает более надежную его работу в сравнении с известными аналогичными аппаратами.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авт. свид. СССР 1586759, B 01 F 7/12, заявлено 06.05.88.

2. Авт. свид. СССР 1611429, B 01 F 7/24, заявлено 20.01.89.

3. Патент РФ 2064822, В 01 F 7/00, заявлено 16.12.92.

4. Патент РФ 2067022, B 01 F 7/00, заявлено 08.02.94.

5. Патент РФ 2149680, В 01 F 7/00, заявлено 24.03.99.

6. Патент РФ 2162731, В 01 F 7/00, заявлено 28.05.99.

7. Патент РФ 2162732, В 01 F 7/00, заявлено 28.05.99.

8. Авт. свид. СССР 806087, В 01 F 3/00, заявлено 10.04.79.

9. Авт. свид. СССР 1577811, В 01 F 7/26, заявлено 02.06.83 (прототип).

Изобретение относится к устройствам для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред и может быть использовано в пищевой, химической нефтедобывающей и других отраслях промышленности. Изобретение решает задачу повышения эффективности процессов растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред в условиях отсутствия одного из главных конструктивных элементов, а именно статора. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в придании жидкотекучей обрабатываемой среде высоких скоростей движения с гидродинамическим ударом об элементы конструкции ротора весьма сложных траекторий непрерывного принудительного турбулентного и турбулентно вихревого движения. Устройство включает корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на приводном валу помещено роторное колесо, на внешней боковой поверхности которого выполнены радиальные цилиндрические вихревые камеры. В плоскости вращения роторного колеса выполнены две группы каналов, соединяющих внутреннюю полость роторного колеса с радиальными цилиндрическими вихревыми камерами. Каждый канал в группе соединен с двумя смежными радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, а каналы одной группы смещены относительно каналов другой группы в плоскости вращения роторного колеса. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для растворения, эмульгирования и диспергирования жидкотекучих сред, включающее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого на приводном валу размещено роторное колесо с внутренней полостью, снабженной лопатками, и каналами, соединяющими внутреннюю полость с внешней боковой поверхностью роторного колеса, отличающееся тем, что на внешней боковой поверхности роторного колеса выполнены радиальные цилиндрические вихревые камеры, в плоскости вращения роторного колеса выполнены две группы каналов, соединяющих внутреннюю полость роторного колеса с радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, каждый канал в группе соединен с двумя смежными радиальными цилиндрическими вихревыми камерами, при этом каналы одной группы смещены относительно каналов другой группы в плоскости вращения роторного колеса, каждая радиальная цилиндрическая вихревая камера соединена с двумя смежными с ней каналами - по одному из каждой группы, а на выходе каждой радиальной цилиндрической вихревой камеры установлен насадок. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сечение каналов роторного колеса выполнено сужающимся к периферии колеса. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что насадки радиальных цилиндрических вихревых камер установлены с возможностью их демонтажа.