Роторно-диспергирующий аппарат (варианты)

 

Изобретение относится к аппаратам пищевой технологии, работающим в жидкой или гелеобразной среде с использованием механического воздействия и акустических колебаний высокой интенсивности. Аппарат предназначен для получения мелкодисперсных эмульсий, суспензий, насыщенных растворов, гомогенных смесей (майонезов, кетчупов, различных фруктовых и овощных паст; повидла, джемов, приготовляемых из целых плодов; теста, приготовляемого из целых зерен; мясных и рыбных паст, кормовых смесей для животных и т.д.) с возможностью предварительного измельчения обрабатываемого продукта непосредственно в аппарате и стерилизации в нем же. Изобретение может быть также использовано в химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности. Задачей изобретения является создание такого аппарата, для которого размеры частиц обрабатываемого материала соизмеримы с размерами входного отверстия ротора, а зубцы статора устойчивы к истиранию. Аппарат состоит из установленного на вращающемся валу ротора, имеющего лопатки внутри и обечайку с прорезями, а также из коаксиального ему статора, закрепленного на корпусе между роторными лопатками и роторной обечайкой, имеющего диаметральное сечение трапецеидальной формы, с прорезями. Расширяющиеся наружу прорези статора выполнены под углом 70-90^o к диаметру, направлены по ходу вращения ротора, имеют наклон внутрь на угол 10-15^o и зубцы на внутренней поверхности, а расширяющиеся наружу прорези ротора выполнены под углом 15-45^o к диаметру, направлены против хода движения обечайки и имеют наклон наружу на угол, равный углу наклона прорезей статора. Для достижения предварительного измельчения материала лопатки ротора могут быть выполнены выступающими над входным отверстием ротора, загнуты навстречу движению и иметь острую входящую кромку. Для исключения возникновения воронкообразных вихрей в потоке и для очищения лопаток ротора перед ними установлены с зазором менее 1 мм прикрепленные к корпусу неподвижные пластины, расположенные вдоль потока, а над пластинами с зазором менее 1 мм на продолжающемся валу ротора установлены вращающиеся вместе с ротором ножи. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к аппаратам пищевой технологии, работающим в жидкой или гелеобразной среде с использованием механического воздействия и акустических колебаний высокой интенсивности. Изобретение может быть использовано в химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности.

Роторно-акустические (или роторно-пульсационные) аппараты, работающие по принципу гидросирены, довольно широко известный и в различных модификациях довольно широко применяемый класс конструкций. Принципиальная схема этих аппаратов примерно одинакова. Они состоят из вращающегося ротора, выполненного в виде цилиндра (иногда с лопастями внутри, если нет постоянного источника давления) с отверстиями различной конфигурации, равномерно расположенными на цилиндрической образующей или торцевой поверхности ротора, и неподвижного статора, выполненного в виде цилиндра снаружи ротора или в виде диска, прилегающего к торцевой поверхности ротора, если отверстия в роторе выполнены на торце. В статоре также имеются отверстия, совпадающие с отверстиями в роторе, сквозь которые, периодически прерываясь, проходит жидкая среда, в которой работает аппарат и в которой при работе аппарата генерируются акустические колебания высокой интенсивности. Эти колебания вызывают процесс кавитации, который является основным диспергирующим фактором.

Однако всем этим конструкциям присущ существенный недостаток. При наличии в рабочей жидкой среде крупных твердых включений (с размером, превышающим размеры отверстий в роторе) значительно увеличивается время диспергирования, а если твердые включения плотно забивают ротор, процесс диспергирования останавливается совсем.

Известен роторный аппарат (А.с. СССР 1824227, МПК⁵ В 01 F 7/28, 1993), в котором частично решается проблема забивания ротора твердыми частицами. Это достигается тем, что статор расположен между лопатками ротора и внешней обечайкой ротора, и лопатки ротора постоянно очищают прорези статора.

Тем не менее процесс диспергирования остается достаточно длительным, т. к. кавитационные пузырьки при схлопывании выламывают из твердых включений очень малые (размерами в несколько мкм) кусочки, а если твердые включения имеют вид плоских пластин, то они, прижимаясь плоскостью к статору, скользят по внутренней поверхности последнего и задерживают обрабатываемую массу, т. е. для хорошей работы данного аппарата требуется предварительное размельчение твердого материала до размеров, сравнимых с размерами прорезей в статоре аппарата.

Это предварительное размельчение хорошо реализуется в роторно-диспергирующем аппарате (патент RU 2158629, МПК⁵ В 01 F 7/28) путем применения затыловки на внутренней поверхности зубцов статора.

Однако и этот аппарат имеет существенные недостатки.

1. Размер твердых включений не может превышать размеры внутренней полости ротора.

2. Изготовлению затыловки на зубцах статора присущи значительные технологические трудности.

3. При попадании внутрь ротора предметов значительной твердости происходит интенсивное истирание зубцов, вплоть до полного исчезновения затыловки, за довольно непродолжительное время, что полностью выводит из строя рабочие органы аппарата.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такого аппарата, для которого размеры частиц обрабатываемого материала соизмеримы с размерами входного отверстия ротора, а зубцы статора устойчивы к истиранию.

Аппарат предназначен для получения мелкодисперсных эмульсий, суспензий, насыщенных растворов, гомогенных смесей (майонезов, кетчупов, различных фруктовых и овощных паст; повидла, джемов, приготовляемых из целых плодов; теста, приготовляемого из целых зерен; мясных и рыбных паст, кормовых смесей для животных и т. д.) с возможностью предварительного измельчения обрабатываемого продукта непосредственно в аппарате и стерилизации в нем же.

Свойство аппарата нагревать обрабатываемый продукт, присущее всем роторно-пульсационным аппаратам, позволяет получать полностью готовую продукцию без добавления дополнительного оборудования (например, пастеризаторов) в технологическую цепочку.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном аппарате, состоящем из установленного на вращающемся валу ротора, имеющего лопатки внутри и обечайку с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными против вращения ротора, а также из коаксиального ему статора, закрепленного на корпусе между роторными лопатками и роторной обечайкой, имеющего диаметральное сечение трапецеидальной формы с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными по ходу вращения ротора, расширяющиеся наружу прорези статора выполнены под углом 70-90^o к диаметру, имеют наклон внутрь на угол 10-15^o и могут иметь на режущей кромке пилообразные зубчики, а расширяющиеся наружу прорези ротора выполнены под углом 15-45^o к диаметру и имеют наклон наружу на угол, равный углу наклона прорезей статора.

Для достижения предварительного измельчения материала лопатки ротора могут быть выполнены выступающими над входным отверстием ротора, загнуты навстречу движению и иметь острую входящую кромку, на которой тоже могут быть выполнены пилообразные зубчики.

Для исключения возникновения воронкообразных вихрей в потоке и для очищения лопаток ротора перед ними установлены с зазором менее 1 мм прикрепленные к корпусу неподвижные пластины, расположенные вдоль потока, а над пластинами с зазором менее 1 мм на продолжающемся валу ротора установлены вращающиеся вместе с ротором ножи.

Сущность изобретения состоит в том, что расположение прорезей в статоре под углом 70-90^o к диаметру исключает необходимость затыловки, а расширение прорезей в наружную сторону делает маловероятным забивание прорезей обрабатываемым материалом. Кроме того, зубцы статора приобретают свойство самозатачивания. Износ внутренней поверхности статора на 2-3 мм не влияет на работоспособность аппарата, а поскольку зубцы при означенном расположении прорезей получаются крупными, то даже при столь значительном износе остаются достаточно прочными.

Режущий угол зубца получается в 2-3 раза меньше затылованного, что уменьшает усилие резания и, соответственно, нагрузку на зубцы статора и лопатки ротора.

Наклон прорезей статора на 10-15^o внутрь обеспечивает расположение режущей кромки зубца под некоторым острым углом α, что также улучшает условия резания, снижает ударные нагрузки на лопатки ротора.

Нанесенные на режущую кромку прорезей статора пилообразные зубчики повышают эффективность измельчения фрагментов материала повышенной твердости и компенсируют вредное для резания затупление режущей кромки.

Одновременно внутренний наклон прорези статора обеспечивает расположение выходящего конца прорези под углом, близким к прямому. Наружный наклон прорези ротора под тем же углом служит для такого же расположения входящего края прорези ротора. Это позволяет разместить в роторе количество прорезей, кратное количеству прорезей в статоре, что увеличивает частоту акустических колебаний и, соответственно, уменьшает время диспергирования материала.

Описание конструкции аппарата поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид аппарата, на фиг.2 - разрез Б-Б фиг.1.

В корпусе или баке 1 неподвижно закреплен трапецеидальный в диаметральном сечении статор 2, в котором под углом 70-90^o к диаметру сделаны расширяющиеся в наружную сторону и направленные в сторону вращения ротора прорези, которые формируют режущие зубцы статора. Прорези статора имеют наклон внутрь 10-15^o. На вращающемся валу 3 установлен ротор 4, во внешней обечайке которого также сделаны расширяющиеся наружу и расположенные под углом 15-45^o к диаметру прорези, но они направлены в противоположную сторону и имеют наклон наружу. Лопатки 5 ротора 4 несколько выступают под выходным отверстием ротора, загнуты навстречу движению и имеют острую входящую кромку. Выше лопаток на продолжающемся валу ротора установлены ножи 7, которые вращаются вместе с ротором.

Над выходным отверстием ротора установлен неподвижно закрепленный к корпусу приемный бункер 6, к стенке которого между лопатками 5 и ножами 7 прикреплены направляющие пластины 8, на режущей кромке прорезей статора выполнены пилообразные зубчики 9.

Аппарат работает следующим образом.

Загруженный в бункер 6 обрабатываемый материал (фрукты, овощи, компоненты комбикорма и т. д.) предварительно иссекается ножами 7 до размеров, соответствующих размерам входного отверстия ротора. Далее увлекаемые потоком залитой жидкости фрагменты материала прижимаются к входному отверстию, где загнутыми краями лопаток 5 измельчаются до размеров, позволяющих проникнуть внутрь ротора. Измельчению способствуют направляющие пластины 8, одновременно служащие антивороночным устройством. Потом фрагменты материала прижимаются лопатками ротора и жидкостью к внутренней поверхности статора, где измельчаются зубцами статора до размеров, позволяющих проникнуть в прорези статора. В прорезях статора материал подвергается акустической обработке высокой интенсивности и материал измельчается до дисперсности 1-5 мкм. Уцелевшие более крупные фрагменты дополнительно измельчаются зубцами внешней обечайки ротора. Затем смесь, поднимаясь в пространстве между корпусом и бункером, переливается через борт бункера и поступает на следующий цикл обработки.

В процессе обработки происходит интенсивное перемешивание компонентов, получение эмульсий как типа вода-масло, так и обратных, а также нагрев получаемого продукта. Кроме того, при высокоинтенсивной акустической обработке происходит стерилизация изготовляемого продукта.

Таким образом, сочетание в заявляемом аппарате механических и акустического способов диспергирования и перемешивания материалов, а также свойство нагревать и стерилизовать получаемый продукт, позволяет значительно сократить производственный цикл и получать готовый продукт в одной единице оборудования.

Использованные источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1824227, МПК В 01 F 7/28, 1993 г.

2. Патент RU 2158629, МПК В 01 F 7/28, Бюл. 31, 10.11.2000.

Формула изобретения

1. Роторно-диспергирующий аппарат, состоящий из установленного на вращающемся валу ротора, имеющего лопатки внутри и обечайку с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными против вращения ротора, а также из коаксиального ротору статора, закрепленного на корпусе между роторными лопатками и роторной обечайкой, имеющего диаметральное сечение трапецеидальной формы, с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными по ходу вращения ротора, отличающийся тем, что расширяющиеся наружу прорези статора выполнены под углом 70-90^o к диаметру, имеют наклон внутрь на угол 10-15^o, расширяющиеся наружу прорези ротора выполнены под углом 15-45^o к диаметру и имеют наклон наружу на угол, равный углу наклона прорезей статора.

2. Роторно-диспергирующий аппарат по п.1, отличающийся тем, что лопатки ротора выступают над входным отверстием ротора, загнуты навстречу движению и имеют острую входящую кромку, перед лопатками ротора установлены с зазором менее 1 мм прикрепленные к корпусу неподвижные пластины, расположенные вдоль потока, а над пластинами с зазором менее 1 мм на продолжающемся валу ротора установлены вращающиеся вместе с ротором ножи.

3. Роторно-диспергирующий аппарат, состоящий из установленного на вращающемся валу ротора, имеющего лопатки внутри и обечайку с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными против вращения ротора, а также из коаксиального ротору статора, закрепленного на корпусе между роторными лопатками и роторной обечайкой, имеющего диаметральное сечение трапецеидальной формы с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными по ходу вращения ротора, отличающийся тем, что расширяющиеся наружу прорези статора выполнены под углом 70-90^o к диаметру, имеют наклон внутрь на угол 10-15^o, расширяющиеся наружу прорези ротора выполнены под углом 15-45^o к диаметру и имеют наклон наружу на угол, равный углу наклона прорезей статора, при этом на режущей кромке, образованной прорезями статора, выполнены пилообразные зубчики.

4. Роторно-диспергирующий аппарат по п.3, отличающийся тем, что лопатки ротора выступают над входным отверстием ротора, загнуты навстречу движению и имеют острую входящую кромку, перед лопатками ротора установлены с зазором менее 1 мм прикрепленные к корпусу неподвижные пластины, расположенные вдоль потока, а над пластинами с зазором менее 1 мм, на продолжающемся валу ротора установлены вращающиеся вместе с ротором ножи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2