СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК B04B1/00 A23C7/04 

Изобретение относится к народному хозяйству, а именно к способам разделения жидкостных сред, к конструкциям устройств, используемых в пищевой, химической, нефтехимической, медицинской промышленности, сельском хозяйстве и др.

Известен способ сепарирования молока, который включает подачу одного потока молока, закручивание его путем создания центробежных сил при оборотах 5000-12000 об/мин. Разделяют молоко при этом на сливки и воду с примесями (ЛИПАТОВ Н.Н. "Сепарирование в молочной промышленности", Москва, 1971, стр.11-25).

Недостатком способа является недостаточно глубокое разделение жидкостной среды на составляющие. Невозможность использования его для широкого спектра жидкостных сред: масла растительные и технические, напитки, вода, молочные изделия, лекарства, жидкие химикаты и др.

Из вышеуказанного источника известно также устройство для сепарирования молока, которое включает привод, корпус, в котором выполнен барабан с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Барабан содержит пакет тарелок с отверстиями. Сверху барабана соосно с ним расположена емкость для молока, соединенная с барабаном центральной трубкой для подачи молока. Имеются патрубок для обезжиренного молока и камера и приемник сливок.

Однако указанное устройство имеет недостатки. Разделение жидкостной среды на составляющие недостаточно глубокое. Его нельзя использовать для разделения жидкостных сред с большим разбросом вязкостей: от воды до вязких масел.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по первому независимому пункту формулы изобретения является способ разделения жидкостных сред, включающий подачу, по крайней мере, одного потока жидкостной среды, закручивание его в противоположные стороны путем механического нагружения гидравлическими ударами, мятием, создания центробежных сил и разделение на составляющие (авторское свидетельство №1455415, кл. В 01 D 11/04, 1990).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по третьему независимому пункту формулы изобретения является устройство для разделения жидкостных сред, включающее привод, корпус, в котором размещен рабочий орган, выполненный в виде дисков, расположенных соосно с возможностью противоположного вращения, на каждом диске выполнены кольцевые и радиальные пазы, причем упомянутые диски своими кольцевыми пазами и выступами установлены с зазором друг в друге, емкость для жидкостной среды и соединительные каналы (авторское свидетельство №880469, кл. В 02 С 7/06, 1981).

В основу изобретения поставлена задача создания способа разделения жидкостных сред, по которому новое выполнение операций по направлению потоков жидкостной среды, изменению их взаимного расположения, созданию новых условий их движения позволило бы изменить физико-химическую структуру жидкостных сред, расширить сферы применения способа, а также создания устройства для разделения жидкостных сред, в котором новое наличие конструктивных элементов, новые связи между элементами, новое взаимное расположение элементов, новые формы выполнения элементов и устройства в целом позволили бы производить качественно новое разделение жидкостных сред, значительно расширить области применения.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности изменения физико-химической структуры жидкостных сред.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе разделения жидкостных сред, включающем подачу, по крайней мере, одного потока жидкостной среды, закручивание его в противоположные стороны путем механического нагружения гидравлическими ударами, мятием, создания центробежных сил и разделение на составляющие, согласно изобретению жидкостную среду подают в виде двух встречных потоков, направляют их в параллельных плоскостях, создавая от центра вращения к периферии вихревое турбулентное движение жидкостной среды, причем последнюю подают циклически, возвращая от периферии к центру вращения, доводя до повышения температуры, после окончания процесса разделения проводят процессы отстаивания и фильтрации. Два встречных потока закручивают в противоположные стороны с одинаковыми скоростями.

Указанный технический результат достигается также тем, что в известном устройстве для разделения жидкостных сред, включающем привод, корпус, в котором размещен рабочий орган, выполненный в виде дисков, расположенных соосно с возможностью противоположного вращения, на каждом диске выполнены кольцевые и радиальные пазы, причем упомянутые диски своими кольцевыми пазами и выступами установлены с зазором друг в друге, емкость для жидкостной среды и соединительные каналы, согласно изобретению объем камеры между дисками и корпусом соединен каналами с входными каналами подачи жидкостной среды, на стенках камеры и внешней поверхности дисков выполнены кольцевые и радиальные пазы, при этом диски своими кольцевыми выступами установлены с зазором в кольцевых пазах стенок камеры. Ось вращения дисков выполнена горизонтальной.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что благодаря закручиванию двух встречных потоков жидкостной среды в противоположные стороны и подвергая при механическом нагружении гидравлическим ударам, мятию и кавитации, происходят молекулярно-структурные изменения жидкостной среды, то есть ее глубокое разделение.

Благодаря сближению плоскостей движения двух потоков жидкостной среды, можно разделять жидкостные среды с различной вязкостью, то есть расширить области использования способа.

Большое расстояние между плоскостями движения потоков порядка 3,0 мм выбирают для жидкостных сред с большой вязкостью, например масла, порядка 0,2 мм для жидкостных сред с малой вязкостью, например воды.

Циклическая подача жидкостной среды от периферии к центру вращения позволяет значительно увеличить эффективность разделения и производительность способа.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что благодаря выполнению рабочего органа в виде дисков, расположенных соосно со встречным вращением, имеющих кольцевые и радиальные пазы, взаимно входящие друг в друга, происходит глубокое разделение жидкостной среды, так как изменяется ее физико-химическая структура.

Благодаря соединению каналами объема камеры между дисками и корпусом с входными каналами подачи жидкостной среды увеличивается эффективность разделения и производительность устройства. Этому же еще больше способствует выполнение дополнительных кольцевых и радиальных пазов на стенках камеры и внешней поверхности дисков.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 на виде спереди показано взаимодействие по способу двух потоков жидкостной среды.

На фиг.2 на виде сбоку показано движение потока жидкостной среды в одной из параллельных плоскостей.

На фиг.3 изображена функциональная схема устройства, где показано движение жидкостной среды.

На фиг.4 показаны на виде спереди с частичным разрезом рабочие диски, установленные в стенках камеры корпуса.

На фиг.5 показан диск с кольцевыми и радиальными пазами и выступами.

По способу жидкостную среду подают в виде двух встречных потоков (на фиг.1 показаны двумя стрелками), направляют их в параллельных плоскостях и закручивают в противоположные стороны со скоростью ω, поэтому при слиянии потоков в параллельных плоскостях создается центробежная сила от двойной скорости - 2ω. В параллельных плоскостях жидкостную среду подвергают при механическом нагружении гидравлическим ударам и мятию и создают от центра вращения к периферии вихревое турбулентное движение жидкостной среды. На фиг.1 на виде спереди показано вихревое турбулентное движение между двумя плоскостями, то есть два вертикальных вихря - вверх и вниз от оси вращения. На фиг.2 на виде сбоку показано вихревое турбулентное движение в плоскости, то есть несколько вихрей (на фиг.2 условно показано 9 вихрей), каждый из которых расходится в своем секторе от центра вращения к периферии. Вихревое турбулентное движение переходит в кавитацию, при которой происходит местное выделение паров (вскипание) жидкости с последующей конденсацией выделившихся паровых пузырьков, сопровождающейся местными гидравлическими ударами, которые повышают давление и температуру. Указанные плоскости движения потоков сближают на расстояние прямо пропорциональное вязкости жидкостной среды, то есть при большей вязкости выбирают большее расстояние.

При длительном мятии при многократном продавливании жидкости под высоким давлением через малые зазоры происходят молекулярно-структурные изменения в жидкости, кавитация еще больше усиливает эти процессы, способствуя глубокому разделению жидкостной среды.

Жидкостную среду могут подавать циклически, возвращая ее от периферии к центру вращения (на фиг.1 показано условно четырьмя стрелками). Этим увеличивается эффективность способа.

Расстояние между плоскостями движения потоков жидкостной среды выбирают в пределах 0,2-3,0 мм, охватывая таким образом весь диапазон жидкостных сред от малой вязкости (вода, напитки) до большой вязкости (масла, жидкие смазки). В частности, для молока расстояние выбирают в диапазоне 1-2 мм в зависимости от жирности молока. Соответственно для воды и напитков, имеющих низкую вязкость, это будет расстояние 0,2-1 мм, а для масел расстояние составит в диапазоне порядка 2,0-3,0 мм.

Устройство включает привод 1, корпус 2, в котором размещен, по крайней мере, один рабочий орган, который выполнен в виде двух дисков 3, 4 (фиг.3, 4), расположенных соосно. Диски 3, 4 выполнены в корпусе 2 с возможностью противоположного вращения от привода 1. На каждом диске 3, 4 выполнены кольцевые пазы 5 и кольцевые выступы 6, а также радиальные пазы 7 (фиг.3, 4, 5). Диски 3,4 своими кольцевыми пазами 5 и выступами 6 установлены с зазором друг в друге. Устройство снабжено емкостью 8 для жидкостной среды, на фиг.3 показано две емкости, которые соединены каналами 9 с входными каналами 10 подачи жидкостной среды. Емкость 1 расположена выше дисков 3, 4, чтобы по свойству сообщающихся сосудов было всегда заполнено пространство между дисками 3, 4 и корпусом 2 жидкостной средой, которая одновременно выполняет и роль смазки. Устройство снабжено выходным каналом 12 с краном для слива жидкостной среды.

Ось вращения дисков 3, 4 может быть выполнена в горизонтальной.

Объем камеры между дисками 3, 4 и корпусом 2 может быть соединен каналами 11 с входными каналами 10 подачи жидкостной среды. Это позволяет более эффективно разделять жидкостную среду.

Диски 3, 4 с внешней стороны и боковые стенки камеры корпуса 2 могут быть снабжены кольцевыми пазами 5 и выступами 6, а также радиальными пазами 7. При этом диски 3, 4 своими кольцевыми выступами 6 установлены с зазором в кольцевых пазах 5 стенок камеры корпуса 2 (фиг.4). Это позволяет в 3 раза увеличить производительность устройства и также дополнительно увеличить эффективность разделения жидкостной среды.

Кольцевые пазы 5 и выступы 6 могут быть выполнены токарной обработкой, радиальные пазы 7 могут быть выполнены фрезеровкой. Поскольку все детали устройства соприкасаются с различными жидкостными средами, они как правило должны быть покрыты защитным покрытием: хромом, никелем или титаном.

Работа устройства заключается в следующем.

В исходном положении кран 12 открыт. В емкости 8 наливают жидкостную среду, которая по каналам 9 и 10 заполняет все зазоры между пазами и выступами дисков 3, 4 и стенок камеры корпуса 2. Кран 12 закрывают. Затем включают привод 1, который, вращая диски 3,4 в противоположные стороны, создает центробежную силу, которая создает давление жидкостной среды на периферии дисков 3, 4 и проталкивает ее по соединительным каналам 1 либо непосредственно около оси вращения к выступам и пазам дисков 3, 4 или к отверстиям входных каналов 10. Одновременно по мере разгона дисков 3, 4 на их периферии давление возрастает, а на оси вращения дисков 3, 4, где сходятся во входных каналах 10 два потока жидкостной среды, создается разрежение и жидкостная среда втягивается в зазоры между дисками 3, 4 и боковыми стенками корпуса 2. Таким образом, жидкостная среда многократно циклически прогоняется при механическом нагружении, испытывая гидравлические удары, мятие, переходя в кавитацию. При этом происходит вскипание жидкостной среды при расширении зазоров, повышение температуры до 60-80°С и, наоборот, схлопывание пузырьков газа при расширении зазоров. Это приводит к быстрому и эффективному разделению жидкостной среды. После окончания процесса разделения привод 1 выключают, открывают кран 12 и жидкостную среду выливают, проводя с ней уже известные процессы отстаивания, фильтрации и др. по известным технологиям. Если одно устройство используется для нескольких жидкостных сред, то необходимо после каждой жидкостной среды устройство промывать. Конечно, целесообразно иметь для каждой жидкостной среды свое устройство, тогда оно будет наиболее эффективно использоваться.

Способ и устройство предназначены для использования в пищевой, химической, нефтехимической, медицинской промышленности и позволяет повысить эффективность изменения физико-химической структуры жидкостных сред. Жидкостную среду подают в виде двух встречных потоков. Потоки направляют в параллельных плоскостях, закручивают в противоположные стороны и подвергают при механическом нагружении гидравлическим ударам и мятию, создавая от центра вращения к периферии вихревое турбулентное движение жидкостной среды. Жидкостную среду подают циклически, возвращая от периферии к центру вращения. После окончания процесса разделения проводят процессы отстаивания и фильтрации. Два встречных потока закручивают в противоположные стороны с одинаковами скоростями. В устройстве рабочий орган выполнен в виде дисков, которые расположены соосно с возможностью противоположного вращения. На каждом диске выполнены кольцевые и радиальные пазы. Диски своими кольцевыми пазами и выступами установлены с зазором друг в друге. Объем камеры между дисками и корпусом соединен каналами с входными каналами подачи жидкостной среды. На стенках камеры и внешней поверхности дисков выполнены кольцевые и радиальные пазы. Диски своими кольцевыми выступами установлены с зазором в кольцевых пазах стенок камеры. Ось вращения дисков выполнена горизонтальной. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ разделения жидкостных сред, включающий подачу, по крайней мере, одного потока жидкостной среды, закручивание его в противоположные стороны путем механического нагружения гидравлическими ударами, мятием, создания центробежных сил и разделение на составляющие, отличающийся тем, что жидкостную среду подают в виде двух встречных потоков, направляют их в параллельных плоскостях, создавая от центра вращения к периферии вихревое турбулентное движение жидкостной среды, причем последнюю подают циклически, возвращая от периферии к центру вращения, доводя до повышения температуры, после окончания процесса разделения проводят процессы отстаивания и фильтрации.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закручивают два встречных потока в противоположные стороны с одинаковыми скоростями.3. Устройство для разделения жидкостных сред, включающее привод, корпус, в котором размещен рабочий орган, выполненный в виде дисков, расположенных соосно с возможностью противоположного вращения, на каждом диске выполнены кольцевые и радиальные пазы, причем упомянутые диски своими кольцевыми пазами и выступами установлены с зазором друг в друге, емкость для жидкостной среды и соединительные каналы, отличающееся тем, что объем камеры между дисками и корпусом соединен каналами с входными каналами подачи жидкостной среды, на стенках камеры и внешней поверхности дисков выполнены кольцевые и радиальные пазы, при этом диски своими кольцевыми выступами установлены с зазором в кольцевых пазах стенок камеры.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ось вращения дисков выполнена горизонтальной.