Гидроакустический гомогенизатор для многокомпонентных и многофазных сред

Изобретение относится к гидроакустическим гомогенизаторам и может использоваться для получения коллоидно-монодисперсных систем в химической, нефтехимической, фармацевтической, микробиологической, косметической, пищевой и других отраслях промышленности. Устройство содержит приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку с вихревой камерой с тангенциальными входными и центральным выходным каналами. Гомогенизирующая головка снабжена диафрагменным резонатором, установленным в плоскости торца вихревой камеры, образующим тороидальную резонансную камеру вокруг вихревой камеры. Вихревая камера снабжена камерой предварительного закручивания потока с тангенциальными входными каналами. Технический результат состоит в улучшении качества конечного продукта за счет интенсификации процесса воздействия гидроакустической энергии, усиления амплитудно-частотной характеристики генерируемых волн. Кроме того, уменьшается кавитационный износ элементов гомогенизирующей головки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение предназначено для получения коллоидно-монодисперсных систем в химической, нефтехимической, фармацевтической, микробиологической, косметической, пищевой и других отраслях промышленности.

Аналогом изобретения является волновой гомогенизатор, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку (см. патент СССР №1839612, кл. A 01 J 11/16, B 01 F 3/00, 30.05.90).

Недостатком аналога является низкое качество гомогенизации жидких продуктов из-за слабого волнового воздействия на обрабатываемую среду.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является гомогенизатор для многокомпонентных жидких продуктов, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку, выполненную в виде вихревой камеры с тангенциальными входными и центральным выходным каналами (патент РФ №2032325, кл. A 01 J 11/16, 27.03.90).

Недостатком прототипа является неудовлетворительное качество гомогенизации конечного продукта из-за слабого волнового воздействия на обрабатываемую среду и кавитационный износ внутренней поверхности вихревой камеры.

Цель изобретения - повышение качества конечного продукта за счет интенсификации воздействия гидроакустической энергией на обрабатываемую среду и повышение долговечности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем приемную и сливную емкости, насос с приводом, соединительные трубопроводы и гомогенизирующую головку с вихревой камерой, выполненной с тангенциальными входными и центральным выходным каналами, гомогенизирующая головка снабжена диафрагменным резонатором, образуя тороидальную резонансную камеру вокруг вихревой камеры, а вихревая камера установлена с возможностью регулирования кольцевого зазора и снабжена камерой предварительного закручивания потока с тангенциальными входными каналами, причем тангенциальные входные каналы камеры предварительного закручивания потока и вихревой камеры имеют одинаковое вращательное направление.

Обоснование отличительных признаков.

В предложенном устройстве диафрагменный резонатор служит для генерирования гидроакустических волн клинового тона. Тороидальная резонансная камера служит для согласования частот волн, излучаемых вихревой камерой и диафрагменным резонатором, и усиления амплитуды гидроакустических волн. Регулируемость кольцевого зазора путем перемещения вихревой камеры относительно кромки диафрагменного резонатора дает возможность изменить амплитудно-частотные параметры гидроакустических волн.

В предложенном устройстве, в отличие от прототипа, вихревая камера снабжена камерой предварительного закручивания потока с тангенциальными входными каналами, а тангенциальные каналы камеры предварительного закручивания потока и вихревой камеры имеют одинаковое вращательное направление.

Это обеспечивает предварительное вращательное движение перед вихревой камерой в том же направлении, что и в вихревой камере, и позволяет получить определенную начальную тангенциальную скорость на входе в вихревую камеру. Это, в свою очередь, повысит акустический КПД и эффективность гомогенизации обрабатываемых компонентов. Для этого суммарное сечение тангенциальных каналов камеры предварительного закручивания потока должно быть не меньше суммарного сечения тангенциальных входных каналов вихревой камеры. Кроме того, камера предварительного закручивания потока способствует увеличению долговечности (срока службы) вихревой камеры.

Размещение гомогенизирующей головки внутри сливной емкости в затопленном пространстве, в отличие от прототипа, способствует более полному использованию гидроакустической энергии и повышению качества выпускаемой продукции.

Сущность изобретения поясняется приведенными чертежами.

на фиг.1 изображена принципиальная схема устройства;

на фиг.2 изображен общий вид гомогенизирующей головки в разрезе.

Устройство включает (см. фиг.1) приемную емкость 1, насос с приводом 2, гомогенизирующую головку 3, сливную емкость 4. Приемная емкость 1 соединена с приемным патрубком 5 насоса 2. Нагнетательная линия 6 насоса 2 соединена с входным патрубком гомогенизирующей головки 3. Выходной патрубок 7 соединен со сливной емкостью 4. Гомогенизирующая головка 3 имеет корпус 8, расположенный в корпусе 8, вихревую камеру 9 с тангенциальными входными каналами 10. Внутри корпуса 8 имеется диафрагменный резонатор 11, установленный в плоскости торца вихревой камеры 9 с образованием тороидальной резонансной камеры 12 и кольцевого зазора между кромкой диафрагменного резонатора 11 и торцом вихревой камеры 9, при этом вихревая камера 9 закреплена при помощи резьбого соединения 13 с возможностью регулирования кольцевого зазора. С целью повышения гидроакустического КПД вихревая камера 9 снабжена камерой 14 предварительного закручивания потока. Камера 14 имеет тангенциальные входные каналы 15. Тангенциальные каналы 10 и 15 имеют одинаковое вращательное направление.

Устройство работает следующим образом. Многокомпонентный или многофазный жидкий продукт (далее - продукт) из приемной емкости 1 через соединительный приемный патрубок 5 насосом 2 через нагнетательный трубопровод 6 подается в гомогенизирующую головку 3 (см. фиг.1), где по тангенциальным каналам 15 продукт поступает в камеру 14 предварительного закручивания. В камере 14 поток приобретает определенную окружную скорость. Далее вращающийся поток по тангенциально-направленным каналам 10 поступает в вихревую камеру 9, где вращающийся поток приобретает большую частоту вращения, чем в камере 14 предварительного закручивания потока. При этом на выходе из вихревой камеры генерируются гидроакустические волны. Далее вращательно-пульсирующий поток из вихревой камеры с большой скоростью тангенциально направляется на лезвие диафрагменного резонатора 11. На диафрагменном резонаторе 11 возбуждаются волны клинового тона и интенсивные колебания самой диафрагмы, которые генерируют волны дипольного характера. Тангенциальный пульсирующий поток одновременно поступает в тороидальную резонансную камеру 12. Колебания диафрагменного резонатора 11 приводят к пульсации давления в тороидальной резонансной камере 12. Выходящий поток из тороидальной резонансной камеры 12 с частотой колебания диафрагменного резонатора 11 прерывает входящую в нее струю. Вследствие этого у кольцевого выхода из тороидальной резонансной камеры генерируются гидроакустические волны монопольного характера. При этом тороидальная резонансная камера служит для согласования генерируемых частот и усиления амплитуды гидроакустической волны.

Колебания диафрагмы приводит к пульсационному изменению поступающего потока в тороидальную резонансную камеру, ее объема и давления в ней. При этом резонансная камера начинает излучать гидроакустические волны с частотой колебания диафрагмы. Пульсационное изменение давления в камере 12 с частотой колебания резонатора 11 за счет импульсного воздействия тангенциального потока, выходящего из вихревой камеры 9, приводит к усилению гидроакустической энергии. Это, в свою очередь, приводит к активации многокомпонентного, многофазного продукта, к возникновению различных нелинейных эффектов гидроакустической и гидродинамической кавитации, интенсификации тепломассообменных процессов и повышению степени гомогенизации и качества обрабатываемого продукта.

Таким образом, использование в гомогенизирующей головке диафрагменного резонатора, тороидальной резонансной камеры, вихревой камеры с камерой предварительного закручивания потока позволяет повысить степень гомогенизации и качества продукта и срок службы гомогенизирующей головки.

Кроме того, устройство имеет простую конструкции по сравнению с существующими, технологично в изготовлении, обладает высокой надежностью и работоспособностью из-за отсутствия подвижных деталей, малой энергоемкостью.

1. Гидроакустический гомогенизатор для многокомпонентных и многофазных сред, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом, соединительные трубопроводы и гомогенизирующую головку с вихревой камерой, выполненной с тангенциальными входными и центральным выходным каналами, отличающийся тем, что гомогенизирующая головка снабжена диафрагменным резонатором, установленным в плоскости торца вихревой камеры с кольцевым зазором, образуя тороидальную резонансную камеру вокруг вихревой камеры, а вихревая камера установлена с возможностью регулирования кольцевого зазора и снабжена камерой предварительного закручивания потока с тангенциальными входными каналами, причем тангенциальные входные каналы камеры предварительного закручивания потока и вихревой камеры имеют одинаковое вращательное направление.

2. Гомогенизатор по п.1, отличающийся тем, что гомогенизирующая головка установлена внутри сливной емкости.