Лабораторный гомогенизатор

 

Изобретение относится к технологическому оборудованию для гомогенизации жидких и вязких продуктов и может быть использовано в биотехнологии, пищевой, химической и фармацевтической промышленности, а также в научно-исследовательской практике. Целью изобретения является повышение производительности и расширение функциональных возможностей гомогенизатора, повышение его энерготехнологических характеристик и обеспечение высокого рабочего давления. Лабораторный гомогенизатор содержит корпус с размещенными в нем редуктором и устройством преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и закрепленные на корпусе электродвигатель и гомогенизирующее устройство, включающее плунжер с уплотнительными элементами, гомогенизирующий и всасывающий клапаны, а также манометрическое устройство контроля давления. Кроме того, устройство дополнительно содержит силовую полурамку и узел плавной регулировки длины хода плунжера, закрепленного на полурамке, а преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное выполнен в виде одноступенчатого глобоидно-червячного редуктора, на боковой поверхности глобоидно-зубчатого колеса которого эксцентрично установлен цилиндрический толкатель, снабженный подшипником. Гомогенизирующее устройство содержит корпус со сквозной полостью, внутри которой размещены плунжер с уплотнительными элементами и гомогенизирующий клапан, причем каждый из них охвачен охлаждающей рубашкой, подключаемой к внешнему контуру охлаждения. Лабораторный гомогенизатор снабжен вторым идентичным гомогенизирующим устройством, соединенным с преобразователем вращательного движения в возвратно-поступательное, что позволяет проводить как процессы гомогенизации, так и процессы дезинтеграции обрабатываемых объектов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологическому оборудованию для гомогенизации жидких и вязких продуктов и может быть использовано в биотехнологии, пищевой, фармацевтической и химической промышлен- ности, а также в научно-исследовательской практике, в частности, для приготовления высокодисперсных эмульсий (искусственная жировая пища, кровозаменители, липосомальные суспензии, фотоэмульсии) и других дисперсий.

Цель изобретения повышение производительности и расширение функциональных возможностей гомогенизатора, повышение энерготехнологических характеристик и обеспечение высокого рабочего давления.

На фиг. 1 схематически показан лабораторный гомогенизатор, разрез; на фиг.2 гомогенизатор со снятой крышкой и без электродвигателя, вид сверху.

Лабораторный гомогенизатор содержит корпус 1, преобразователь 2 вращательного движения в возвратно-поступательное, гомогенизирующие устройства 3 (основное и дополнительное), плунжеры 4 с уплотнительными элементами (манжетами) 5, электродвигатель 6, манометрические устройства контроля давления 7, силовые полурамки 8, узлы 9 плавной регулировки длины хода плунжера. Преобразователь 2 вращательного движения в возвратно-поступательное состоит из глобоидного червяка 10, связанного с ним глобоидно-зубчатого колеса 11 с цилиндрическими выступами 12 на его торцах, которые снабжены подшипниками 13, а также фиксирующих планок 14 с направляющими пазами. Передние стенки полурамок выступают наружу корпуса гомогенизатора и снабжены вилками 15 для крепления плунжеров. Задние стенки полурамок связаны с узлами 9 плавной регулировки длины хода плунжера.

Узел 9 плавной регулировки длины хода плунжера содержит упор 16 с пятой 17, размещенный в задней стенке полурамки с возможностью перемещения его вдоль ее оси. Упор имеет фасонный хвостовик 18, выведенный через корпус гомогенизатора наружу и сопряженный с барабаном 19, служащим для установки длины хода плунжера по шкале барабана.

Гомогенизирующее устройство выполнено из коррозионно- и термостойких материалов, например титановых сплавов, имеет корпус 20 и легкосъемное крепление плунжера к вилке полурамки с помощью штифта 21. Внутри корпуса гомогенизирующего устройства размещены набор жестких и мягких манжет 5 одинаковой формы с объемной долей наполнителя от 20 до 50% и от 0 до 10% причем в наборе жесткие и мягкие манжеты расположены с чередованием их между собой и общее количество манжет выбирают в зависимости от максимального рабочего давления от 3 до 20, поджатых грундбуксой 22, стержень 23 и седло 24 гомогенизирующего клапана, охваченные охлаждающими рубашками 25 и 26, подключаемыми к внешнему контуру охлаждения, а также всасывающий клапан 27, выпускной штуцер 28, толкатель 29 и пружина 30. Толкатель и пружина связаны с барабаном 31, который связан с помощью винтовой резьбы с корпусом 20 гомогенизирующего устройства. При этом дополнительное гомогенизирующее устройство соединено с преобразователем вращательного движения в возвратно-поступательное по зеркально-симметричной кинематической схеме, а цилиндрические толкатели установлены эксцентрично на преобразователе и разнесены один относительно другого на 180^о.

Гомогенизатор работает следующим образом.

Вращательное движение вала электродвигателя 6 передается преобразователю 2 вращательного движения в возвратно-поступательное, а именно: одноступенчатому глобоидно-червячному редуктору, состоящему из глобоидного червяка 10 и глобоидно-зубчатого колеса 11, через которые усилие сообщается цилиндрическому выступу 12, снабженному подшипником 13. Подшипник 13, двигаясь по окружности с радиусом, равным величине эксцентриситета оси цилиндрического выступа 12, относительно оси глобоидно-зубчатого колеса 11, входит в контакт с силовой полурамкой 8, которая в результате получаемого усилия скользит по направляющему пазу фиксирующей планки 14 и передает усилие через вилку 15 и штифт 21 плунжеру 4. Так как цилиндрические выступы 12 разнесены один относительно другого на 180^о, движение обоих плунжеров является противофазным. Каждый плунжер уплотняется своим набором уплотнительных элементов 5 в корпусе 20 соответствующего гомогенизирующего устройства. При возвратно-поступа- тельном движении плунжеров 4 обрабатываемый продукт поступает в корпус 20 гомогенизирующих устройств через всасывающий клапан 27 при всасывающем движении соответствующего плунжера и выдавливается через гомогенизирующий клапан, состоящий из стержня 23 и седла 24, при выдавливающем движении плунжера. Гомогенизирующий клапан поджимается толкателем 29, усилие которому сообщается от пружины 30, сжимаемой барабаном 31, причем усилие прижима определяет создаваемое давление. Давление контролируется манометрическим устройством 7. Выделяемое при работе гомогенизирующего устройства избыточное тепло отводится хладагентом, циркулирующим через охлаждающие рубашки 25 и 26, которые окружают гомогенизирующий клапан и уплотнительные элементы. Процесс гомогенизации осуществляется за счет гидродинамических сил турбулентного потока обрабатываемого жидкого продукта, создаваемого в микрощели между стержнем 23 и седлом 24 гомогенизирующего клапана. Гомогенизированный продукт выходит из гомогенизирующего устройства через выпускной штуцер 28. Регулировку рабочего давления гомогенизации осуществляют изменением усилия на толкателе 29, создаваемого сжатой пружиной 30, путем вращения барабана 31 по винтовой резьбе на корпусе 20 гомогенизирующего устройства.

Производительность каждого гомогенизирующего устройства регулируют, ввинчивая упор 16 с пятой 17 во внутреннее пространство силовой полурамки 8, тем самым ограничивая свободу движения подшипника 13, что приводит к увеличению длины хода плунжера. Если упор 16 и пята 17 занимают такое положение, что подшипник 13 движется свободно внутри пространства полурамки 8, возвратно-поступательное движение полурамки 8 и, следовательно, плунжера 4 отсутствует. Перемещение упора 16 относительно полурамки 8 осуществляется с помощью вращения по винтовой резьбе с помощью фасонного хвостовика 18, сопряженного с установочным барабаном 19.

Предлагаемый гомогенизатор позволяет: получить высокодисперсные эмульсии со средним размером частиц менее 0,1 мкм (это кровозаменители, искусственная жировая пища, липосомы, фотоэмульсии и др.), а также другие дисперсии такого же диапазона крупности; благодаря возможности создания широкого диапазона давлений от 0 до 200 МПа возможно получение эмульсий с разнообразным средним размером частиц, что позволяет производить с его помощью принципиально новые сложнофазовые продукты; благодаря возможности создания высокого давления (до 200 МПа) на данном гомогенизаторе можно эффективно дезинтегрировать клетки микроорганизмов, причем разрушать не только оболочки микроорганизмов, но и при необходимости внутренние структурные образования; благодаря полной гидравлической развязанности гомогенизирующих устройств в них могут быть обработаны одновременно совершенно различные материалы, например проведена гомогенизация липосомальной суспензии и дезинтеграция суспензии микроорганизмов; благодаря наличию двух гомогенизирующих устройств возможно осуществление режима последовательного пропускания обрабатываемого продукта через оба гомогенизирующие устройства при различных величинах давления на каждом из них, что существенно расширяет технологические возможности гомогенизатора; гомогенизирующее устройство выполнено в виде функционально единого быстросъемного узла, что позволяет проводить стерилизацию автоклавированием всего устройства в собранном виде и обеспечивает быструю его установку на гомогенизатор; минимальный объем обрабатываемого продукта на одном гомогенизирующем устройстве составляет 50 мл, тогда как в аналогичных устройствах он больше, в частности в известном гомогенизаторе величина минимального объема загрузки продукта составляет не менее 200 мл; обеспечение широкого диапазона и плавности регулировки производительности обоих гомогенизирующих устройств независимо друг от друга и непосредственно в процессе гомогенизации продукта (от 0 до 60 л/ч для каждого гомогенизирующего устройства).

Формула изобретения

1. ЛАБОРАТОРНЫЙ ГОМОГЕНИЗАТОР, содержащий корпус с размещенными в нем редуктором и устройством преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, закрепленные на корпусе электродвигатель и гомогенизирующее устройство, включающее плунжер с уплотнительными элементами, гомогенизирующий и всасывающий клапаны и устройство для контроля давления, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит усановленную внутри корпуса гомогенизатора силовую полурамку и закрепленный на последней узел плавной регулировки хода плунжера, а устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное состоит из одноступенчатого глобоидно-червячного редуктора, на боковой поверхности глобоидно-зубчатого колеса которого эксцентрично установлен цилиндрический толкатель, снабженный подшипником, и фиксирующей планки с направляющим пазом, причем полурамка установлена с возможностью ее свободного перемещения вдоль направляющего паза, а плунжер установлен внутри корпуса гомогенизирующего устройства, при этом последний выполнен в виде сквозной полости для уплотнения плунжера и гомогенизирующего клапана, снабжен охлаждающей рубашкой, подключаемой к внешнему контуру охлаждения.

2. Гомогенизатор по п.1, отличающийся тем, что узел регулировки длины хода плунжера содержит упор с пятой, размещенный в задней стенке полурамки с возможностью перемещения его вдоль ее оси, и барабан со шкалой, служащий для установки длины хода плунжера.

3. Гомогенизатор по пп.1 и 2, отличающийся тем,что, с целью повышения энерготехнологических характеристик, он снабжен дополнительным гомогенизирующим устройством, выполненным аналогично основному и соединенным с преобразователем вращательного движения в возвратно-поступательное по зеркально-симметричной кинематической схеме, при этом цилиндрические толкатели установлены эксцентрично на преобразователе и размещены друг относительно друга на 180^oС.

4. Гомогенизатор по пп.1-3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокого рабочего давления, уплотнение плунжера состоит из набора жестких и мягких манжет финиковой формы с объемной долей наполнителя от 20 до 50% и от 0 до 10% причем в наборе жесткие и мягкие манжеты расположены с чередованием между собой и общее количество манжет выбирают в зависимости от максимального рабочего давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2