Многоконусный струйный аппарат

 

Изобретение относится к области смешивания жидкостей и может быть использовано, в частности, в молочной промышленности для эмульгирования в молоке жира, получения высокодисперсных эмульсий с высокой равномерностью распределения дисперсной фазы в среде. Аппарат включает герметичный корпус со штуцерами ввода рабочего потока и подмешиваемого компонента, внутри которого центрально установлен вертикальный ряд насадок, имеющих коническую и цилиндрическую части, последовательно расположенных одна в другой с образованием кольцевого зазора между ними и имеющих осевые проходные каналы, перегородку и диффузор. Перегородка и верхняя конусная насадка установлены с возможностью вертикального перемещения, цилиндрическая часть насадки имеет диаметр, превышающий диаметр основания ее конической части, и имеет по меньшей мере три среза, в плоскостях которых лежат образующие наружной поверхности конической части. Насадки оперты друг на друга цилиндрическими частями, осевые проходные каналы насадок имеют цилиндрическую поверхность. Технический результат состоит в повышении степени диспергирования. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области смешивания жидкостей и может быть использовано, в частности, в молочной промышленности для эмульгирования в молоке жира, получения высокодисперсных эмульсий с высокой равномерностью распределения дисперсной фазы в среде.

Известен многоконусный струйный аппарат для смешивания жидкостей, включающий герметичный корпус с патрубками ввода рабочего потока и подмешиваемого компонента; внутри корпуса центрально установлен вертикальный ряд насадок в виде усеченных конусов, последовательно расположенных один в другом с образованием кольцевого зазора между ними и конусообразного проходного канала для продукта с вершиной со стороны ввода рабочего потока, горизонтальная перегородка и диффузор, при этом верхняя конусная насадка выполнена заодно с патрубком ввода рабочего потока, см. SU 609527, класс A 23 J 1/20, 1978 г. Недостатком данного устройства является невозможность введения подмешиваемого компонента в количестве, превышающем 5% по отношению к рабочему потоку за счет малого контакта рабочего потока с подмешиваемым компонентом.

Известен также многоконусный струйный аппарат, включающий герметичный корпус с патрубками ввода рабочего потока и подмешиваемого компонента, внутри которого центрально установлен вертикальный ряд усеченных конусных насадок, последовательно расположенных одна на другой с образованием кольцевого зазора между ними и конусообразного проходного канала для продукта с вершиной со стороны ввода рабочего потока, горизонтальную перегородку и диффузор; верхняя конусная насадка выполнена заодно с патрубком ввода рабочего потока; перегородка и верхняя конусная насадка установлены с возможностью вертикального перемещения для образования контактной поверхности переменной высоты, угол конусности проходного канала, образованного конусными насадками, размещенными над перегородкой, превышает угол конусности проходного канала, образованного конусными насадками, размещенными под перегородкой, см. RU 2080164, класс B 01 F 5/04, 1993 г.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения. Оно позволяет несколько расширить диапазон введения подмешиваемого компонента и обеспечивает одновременное регулирование его количества.

Однако его основной недостаток состоит в том, что его гидродинамические характеристики обусловливают малую степень турбулизации потока жидкости, поэтому средняя величина жировых шариков (d_cp) составляет 2 мкм, в результате получаемая дисперсная эмульсия недостаточно гомогенизирована. Кроме этого, данное устройство не позволяет одновременно с диспергированием осуществлять тепломассообменные процессы, например стерилизацию.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения степени диспергирования компонентов, а также обеспечения возможности одновременного осуществления диспергирования и тепломассообменных процессов.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в многоконусном струйном аппарате, включающем герметичный корпус со штуцерами ввода рабочего потока и подмешиваемого компонента, внутри которого центрально установлен вертикальный ряд насадок, имеющих коническую и цилиндрическую части, последовательно расположенных одна в другой с образованием кольцевого зазора между ними и имеющих осевые проходные каналы, перегородку и диффузор, причем перегородка и верхняя конусная насадка установлены с возможностью вертикального перемещения, цилиндрическая часть насадки имеет диаметр, превышающий диаметр основания ее конической части, и имеет, по меньшей мере, три среза, в плоскостях которых лежат образующие наружной поверхности конической части, в полости герметичного корпуса размещен полый цилиндрический элемент с прорезями, в котором размещены насадки, при этом насадки оперты друг на друга цилиндрическими частями, осевые проходные каналы насадок имеют цилиндрическую поверхность; в полость герметичного корпуса в зоне между перегородкой и диффузором введен дополнительный штуцер для подачи жидкой и/или газообразной среды; в полость герметичного корпуса в зоне между патрубком ввода рабочего потока и перегородкой может быть введен, по меньшей мере, один дополнительный штуцер.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает принципиально новый эффект устройства, который состоит в том, что степень турбулизации потока жидких сред и соответственно степень диспергирования возрастают примерно в два раза благодаря принципиальным изменениям геометрии элементов устройства. При этом средняя величина жировых шариков (d_cp) полученной эмульсии составляет 1 мкм, то есть уменьшается в два раза по сравнению с прототипом. Таким образом обеспечивается высокая степень гомогенизации эмульсии.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено: на фиг.1 - общий вид устройства; на фиг.2 - вид устройства сверху; на фиг.3 - продольный разрез устройства; на фиг.4 - устройство в аксонометрии; на фиг.5 - полый цилиндрический элемент; на фиг.6 - то же, что и на фиг.5, вид сверху; на фиг.7 - то же, что и на фиг.5, в аксонометрии; на фиг.8 - конусная насадка, вид спереди; на фиг.9 - конусная насадка, вид слева;
на фиг.10 - конусная насадка, вид сверху;
на фиг.11- конусная насадка в аксонометрии.

Многоконусный струйный аппарат включает герметичный корпус 1, представляющий собой цилиндрическую трубу, герметично сопряженную в верхней части со штуцером 2 ввода рабочего потока, а в нижней части - с диффузором 3. Соединение штуцера 2 и диффузора 3 с корпусом 1 разъемное, что позволяет в случае необходимости осуществлять чистку и регулировку аппарата. Штуцер 4 предназначен для ввода подмешиваемого компонента. Внутри корпуса 1 центрально установлен вертикальный ряд насадок 5, имеющих коническую часть 6 (фиг.8-11) и цилиндрическую часть 7. Насадки последовательно расположены одна в другой с образованием кольцевых конических зазоров 8 между ними; насадки имеют осевые проходные каналы 9 с цилиндрической поверхностью. Диаметр "D" цилиндрической части 7 насадки превышает диаметр "d" основания конической части 6 насадки на величину "а"; цилиндрическая часть 7 имеет, по меньшей мере, три среза 10, плоскости которых ориентированы так, что в них лежат образующие 11 наружной поверхности конической части 6 насадки. В полости герметичного корпуса 1 имеется полый цилиндрический элемент 12 с прорезями 13, внутри которого размещены насадки 5, опирающиеся друг на друга торцевыми поверхностями цилиндрических частей.

Полость герметичного корпуса 1 разделена на две зоны посредством перегородки 14, причем перегородка 14 жестко соединена с верхней конусной насадкой и имеет возможность вертикального перемещения. В полость герметичного корпуса 1 в зону между перегородкой 14 и диффузором 3 введен дополнительный штуцер 14 для подачи жидкой и/или газообразной среды. В полость герметичного корпуса 1 в зоне между патрубком 2 ввода рабочего потока и перегородкой 14 введен дополнительный штуцер 16, который в конкретном примере служит для подключения измерительного прибора - мановакуумметра. Количество дополнительных штуцеров может быть и большим в случае необходимости введения дополнительных компонентов в рабочий поток.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий поток, в конкретном примере молоко, подается через штуцер 2 ввода рабочего потока под давлением 17 бар. Рабочий поток образует разрежение в полости 17, огражденной стенками корпуса 1, перегородкой 14 и штуцером 2. Полость 17 сообщается посредством кольцевого конического зазора 18 с полостью 19, ограниченной стенками корпуса 1, перегородкой 14 и диффузором 3. Степень разрежения определяется мановакуумметром (не показан), подключаемым посредством штуцера 16. Через штуцер 4 подается подмешиваемый компонент - жидкий фруктовый концентрат. Подмешиваемый компонент из пространства 17 через кольцевой конический зазор 18 поступает к месту выхода рабочего потока из штуцера 2, происходит смешивание рабочего потока и подмешиваемого компонента. Затем смесь последовательно проходит через осевые проходные каналы 9 насадок 5. Каждый канал 9 представляет собой местное гидравлическое сопротивление, и поэтому часть смеси через кольцевые конические зазоры 8, срезы 10 и прорези 13 поступает в полость 19 и благодаря турбулизации потока вновь через прорези 13, срезы 10 и зазоры 8 поступает в каналы 9. Происходит диспергирование смеси. Через штуцер 15 в полость 9 подают горячий пар для стерилизации получаемого продукта; горячий пар интенсивно контактирует с диспергируемой смесью, проходя через прорези 13, срезы 10, зазоры 8 и поступает в каналы 9.

По окончании процессов диспергирования и тепломассообмена получается стерилизованная молочно-фруктовая смесь, которая через диффузор 3 подается к месту разлива и упаковки.

Для реализации способа использовано обычное сравнительно несложное промышленное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Многоконусный струйный аппарат, включающий герметичный корпус со штуцерами ввода рабочего потока и подмешиваемого компонента, внутри которого центрально установлен вертикальный ряд насадок, имеющих коническую и цилиндрическую части, последовательно расположенных одна в другой с образованием кольцевого зазора между ними и имеющих осевые проходные каналы, перегородку и диффузор, причем перегородка и верхняя конусная насадка установлены с возможностью вертикального перемещения, отличающийся тем, что цилиндрическая часть насадки имеет диаметр, превышающий диаметр основания ее конической части, и имеет по меньшей мере три среза, в плоскостях которых лежат образующие наружной поверхности конической части, в полости герметичного корпуса размещен полый цилиндрический элемент с прорезями, в котором размещены насадки, при этом насадки оперты друг на друга цилиндрическими частями, осевые проходные каналы насадок имеют цилиндрическую поверхность.

2. Многоконусный струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в полость герметичного корпуса в зоне между перегородкой и диффузором введен дополнительный штуцер для подачи жидкой и/или газообразной среды.

3. Многоконусный струйный аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в полость герметичного корпуса в зоне между патрубком ввода рабочего потока и перегородкой введен по меньшей мере один дополнительный штуцер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11