Устройство для получения тонких эмульсий и суспензий

 

Изобретение относится к получению различных продуктов на основе тонких эмульсий и суспензий в пищевой, химической и нефтехимической промышленности. Устройство включает в себя двухступенчатую камеру высокого и сверхвысокого давления, стационарную диспергирующую головку, гидравлический источник высокого давления, систему заправки диспергируемого материала в АСУ. Диспергирующая головка выполнена в виде поворотного ротора с набором диспергирующих элементов (сопло-заслонка), радиально расположенных относительно оси вращения ротора. Ротор снабжен шаговым механизмом его поворота и жестко связан с ним посредством муфты. Камера сверхвысокого давления снабжена подвижной полой плунжерной втулкой, которая связывает камеру сверхвысокого давления с сопловым блоком диспергирующей головки, при этом датчик давления, посредством АСУ, связан с шаговым механизмом поворота ротора. Изобретение позволяет получить высококачественные эмульсии или суспензии с размером частиц R_cp≈0,1 мкм непрерывным способом, поскольку позволяет оператору заменить сопловый блок, отработавший свой ресурс, без остановки диспергирующего устройства, либо автоматическую замену соплового блока в случае, если сопловый блок выйдет из строя раньше установленного срока. 1 ил.

Изобретение относится к получению различных продуктов на основе тонких эмульсий или суспензий и может быть использовано в пищевой промышленности для приготовления маргарина, а также в химической, нефтехимической и других областях промышленности.

Известно экструзионное диспергирующее устройство, а именно дезинтегратор клеток микроорганизмов, содержащий гидравлическую систему давления и дезинтегрирующую головку с дроссельным выходным отверстием, причем дезинтегратор снабжен системой заправки микробной массы, включающей расходную емкость с вентилем и отсечной клапан, а также системами вакуумирования и заполнения инертным газом всех полостей, соприкасающихся с микробной массой (см. авт.св. СССР N 281747, кл. C 12 M 1/04, 1969 г.) [1].

Недостатком данного устройства является его невысокая производительность, из-за необходимости остановки для демонтажа стационарной диспергирующей головки, и разборки и замены вышедшей из строя пары "сопло-заслонка".

Известно также экструзионное диспергирующее устройство непрерывного действия, содержащее камеры высокого и сверхвысокого давления, стационарную диспергирующую головку, гидравлический источник высокого давления, систему заправки эмульсий и систему автоматического управления (см., например, авт. св. СССР N 483430, кл. C 12 М 1/33, 1973 г.) [2].

Вышеназванное устройство [2] наиболее близко по технической сущности и числу общих существенных признаков к заявленному, в силу чего принято в качестве ближайшего аналога.

Дезинтегратор [2], обладая большей производительностью, чем [1], не лишен того же недостатка, а именно ограниченного времени работы диспергирующей головки. При давлении в 250 МПа, оно составляет до 10 часов, так как вследствие эрозии металла пара сопло - заслонка быстро изнашивается и выходит из строя. Это приводит к необходимости остановки и замены изношенной сопловой пары, так как при выходе из строя пары сопло-заслонка экструзионного диспергирующего устройства [2] снижается качество конечного продукта за счет падения рабочего давления диспергирования и протока части диспергируемой эмульсии (суспензии) по эрозионным каналам без достаточного силового воздействия на обрабатываемый материал.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в увеличении производительности и улучшении качества конечного продукта.

Технический результат от использования предложенного устройства заключается в исключении операции по замене изношенной пары сопло - заслонка в процессе его работы за счет автоматической замены сопловой пары. Это позволяет исключить простой и увеличить производительность в 10 раз.

Названный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения тонких эмульсий и суспензий, содержащем камеру высокого и сверхвысокого давления, стационарную диспергирующую головку, гидравлический источник высокого давления, систему заправки эмульсий и систему автоматического управления, названная диспергирующая головка выполнена в виде поворотного ротора с набором диспергирующих элементов (сопло - заслонка), радиально расположенных относительно оси вращения ротора с шагом 36^o. При этом заслонка соплового блока выполнена сферической с возможностью свободной установки ее относительно сопла (его конической поверхности) под действием силового механизма, например пружины, и давления диспергируемого продукта в осевом направлении. Причем ротор диспергирующей головки снабжен шаговым механизмом его поворота, а в полости "Б" установлена подвижная плунжерная втулка, связывающая полость "Б" с сопловым блоком диспергирующей головки, а датчики давления посредством автоматической системы управления связаны с шаговыми механизмами поворота роторов.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где приведена схема экструзионного диспергирующего устройства. Предлагаемое устройство содержит: двухступенчатую камеру 1 высокого (полости А) и сверхвысокого (полости Б) давления, диспергирующую головку 2, расходную емкость 3, отсекающие клапаны 4, 5, воздухораспределитель 6, гидравлический источник 7 высокого давления, воздухораспределитель 8, сопловый блок 9, силовой механизм 10, плунжерную втулку 11, ротор 12, шаговый механизм поворота ротора 13, воздухораспределитель 14, запорный клапан 15, датчик давления 16, поршневую группу 17, подвижны экран 18.

Устройство работает следующим образом. Диспергируемый материал из расходной емкости 3, через отсекающие клапаны 4, 5 поступает в одну из полостей Б сверхвысокого давления камеры 1, а из другой полости Б диспергируемый продукт под действием высокого гидравлического давления жидкости, поступающей в полость А камеры 1 от гидравлического источника 7 посредством поршневой группы 17 подается в диспергирующую головку 2. При этом диспергируемый продукт движется по каналу плунжерной втулки 11 и соплового блока 9 под действием сверхвысокого давления, перемещая сферическую заслонку соплового блока 9 в осевом направлении, преодолевая сопротивление силового механизма 10. В результате образуется экструзионная щель между соплом и заслонкой соплового блока 9, через которую вытесняется диспергируемый продукт. Течение диспергируемого продукта через экструзионную щель приводит к значительным силовым воздействиям на него (большим скоростям и напряжениям сдвига, вибрационным и ударным нагрузкам), при этом размеры частиц эмульсии (суспензии) резко уменьшаются и достигают средней величины порядка 0,1 мкм. Операция непрерывного контроля процесса диспергирования и автоматической замены вышедшего из строя, раньше установленного срока, соплового блока 9 реализуется следующим образом. Как только датчик давления 16 зафиксирует снижение рабочего давления диспергирования и сигнал отклонения контролируемой величины поступает в АСУ, произойдет переключение каналов диспергирования с помощью гидравлического источника 7, что необходимо для разгрузки вышедшего из строя соплового блока 9 со стороны полости Б мерной камеры 1. Разгрузка соплового блока 9 диспергирующей головки 2 со стороны силового механизма осуществляется АСУ с помощью запорного клапана 15 и воздухораспределителей 8 и 14. При этом сжатый воздух от воздухораспределителя 8 поступает в пневматическую полость силового механизма 10 и сжимает пружину. Свободный от силового воздействия ротор 12 диспергирующей головки 2 поворачивается на один шаг по команде АСУ с помощью шагового механизма 13. При этом в зону диспергирования размещается резервный сопловый блок 9, а вышедший из строя блок подлежит замене оператором без остановки диспергирующего устройства. Наличие в предложенном диспергирующем устройстве полой плунжерной втулки 11 обеспечивает герметичное соединение полости сверхвысокого давления двухступенчатой камеры 1 с сопловым блоком 9.

Предложенная конструкция экструзионного диспергирующего устройства позволяет с необходимой периодичностью (после выработки ресурса) заменять оператору сопловые блоки диспергирующей головки без остановки диспергатора. Кроме того, предложенное устройство позволяет непрерывно контролировать работоспособность соплового блока, а в случае выхода его из строя, раньше установленного срока, автоматически заменять его.

Формула изобретения

Устройство для получения тонких эмульсий и суспензий, содержащее камеру высокого и сверхвысокого давления, стандартную диспергирующую головку, гидравлический источник высокого давления, систему заправки эмульсии или суспензии и систему автоматического управления, отличающееся тем, что диспергирующая головка выполнена в виде поворотного ротора с набором диспергирующих элементов, радиально расположенных относительно оси вращения ротора, причем сферическая заслонка установлена относительно сопла с возможностью осевого перемещения под действием силового механизма, при этом ротор снабжен шаговым механизмом его поворота и жестко связан с ним посредством муфты, а камера сверхвысокого давления снабжена подвижной полой плунжерной втулкой, связывающей камеру сверхвысокого давления с сопловым блоком диспергирующей головки, при этом датчик давления посредством системы автоматического управления связан с шаговым механизмом поворота ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1