Роторно-пульсационный аппарат

Изобретение относится к устройствам для получения стабильных дисперсных систем с жидкой фазой. Роторно-пульсационный аппарат содержит электродвигатель с регулируемой частотой вращения, привод-мультипликатор. Рабочая часть включает цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками. В корпусе соосно расположен ротор, жестко закрепленный на вертикальном валу привода. Ротор имеет два ряда концентрически расположенных зубьев, направляющие каналы с изменяющейся к периферии глубиной и кольцевую рифленую зону. В крышке корпуса, соосно ротору, жестко закреплен статор, содержащий два ряда концентрически расположенных зубьев и кольцевую рифленую зону. Обрабатываемая смесь через входной патрубок подается в центральную часть вращающегося ротора, откуда под действием центробежных сил поступает в осевой зазор между ротором и статором. После прохождения зазора между зубчатыми элементами поток обрабатываемой среды поступает в направляющие каналы ротора, а затем поступает в рифленую рабочую зону. Техническое решение позволяет интенсифицировать процессы диспергирования, эмульгирования и гомогенизации при обработке дисперсных систем с жидкой фазой. 4 ил.

 

Устройство предназначено для получения стабильных дисперсных систем с жидкой фазой и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен роторно-пульсационный аппарат [1], который содержит корпус с установленным в нем ротором, на основании которого выполнены отверстия. В корпусе аппарата на внешней стороне ротора установлены лопасти полусферической формы, которые расположены около отверстий основания ротора. Недостатком данного устройства является невысокая эффективность процесса за счет относительно большого зазора между ротором и статором в вертикальной плоскости.

Известен роторно-пульсационный аппарат [2], включающий рабочую камеру с устройством ввода контактирующих фаз и патрубком вывода эмульсии, концентрично установленными в ней ротором и статором, имеющими радиальные каналы. Устройство ввода контактирующих фаз выполнено в виде инжекционного узла смешения, при этом сопло расположено непосредственно в камере аппарата. Центральная часть ротора имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и, по крайней мере, с двумя концентричными кольцевыми выступами на боковой поверхности. Недостатком данной конструкции является низкая эффективность процесса при переработке дисперсных систем, содержащих пищевые волокна из-за недостаточной турбулизации потока обрабатываемой среды.

Наиболее близким к изобретению является многосекционный роторно-пульсационный аппарат [3], который содержит корпус с установленными в нем ротором и статором с рабочими элементами в виде зубьев. Корпус аппарата разделен на две секции перегородками, в которых имеются отверстия различного диаметра. Одна из перегородок насаживается на вал к основанию ротора и крепится к нему шпонкой, а вторая расположена в средней части корпуса, причем нижней стороной опирается на втулку, надетую на вал, а верхняя сторона закреплена гайкой. Недостатком указанной конструкции является невысокая эффективность процесса при переработке дисперсных систем, содержащих пищевые волокна из-за недостаточного количества зон изменения скорости и давления в потоке обрабатываемой дисперсной системы.

В основе изобретения лежит задача многофакторного многократного воздействия на обрабатываемую среду с дополнительной турбулизацией потока обрабатываемой смеси и создания условий для истирания дисперсной фазы в тонком слое. Поставленная задача решается тем, что устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками с установленными в нем ротором и статором с рабочими элементами в виде концентрично расположенных зубьев, отличающийся тем, что ротор и статор на периферии имеют кольцевые рифленые рабочие зоны, а в рифленой зоне ротора выполнены радиальные каналы с уменьшающейся к периферии глубиной.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема роторно-пульсационного аппарата. Роторно-пульсационный аппарат содержит электродвигатель 1 с регулируемой частотой вращения, привод-мультипликатор 2. Рабочая часть включает цилиндрический корпус 3 с входным 4 и выходным 5 патрубками. В корпусе соосно расположен ротор 6, жестко закрепленный на вертикальном валу 7. В крышке 8 корпуса, соосно ротору, жестко закреплен статор 9.

На фиг. 2 представлен ротор, содержащий ряд прямоугольных в поперечном сечении концентрически расположенных зубьев 10, ряд трапецеидальных концентрически расположенных зубьев 11, радиальные каналы 12 с изменяющейся к периферии глубиной, выполненные в рабочей рифленой зоне 13, имеющей форму кольца.

На фиг. 3 представлен статор, содержащий ряд трапецеидальных прямоугольных, концентрически расположенных зубьев 14, ряд концентрически расположенных прямоугольных зубьев 15 и рабочую рифленую зону 16, имеющую форму кольца.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая смесь через входной патрубок 4 подается в центральную часть вращающегося ротора 6, откуда под действием центробежных сил поступает в осевой зазор между ротором и статором (зона 17, фиг. 4), при этом за счет резкого изменения направления движения потока и его скорости возникают сдвиг и растяжение в слоях, происходит предварительное диспергирование обрабатываемой среды. В зонах 18, 19 и 20 вышеуказанные процессы повторяются. После прохождения зазора между зубчатыми элементами поток обрабатываемой среды поступает в направляющие каналы ротора (зона 21), которые выполнены с уменьшающейся к периферии ротора глубиной, что способствует увеличению скорости потока обрабатываемой среды на выходе из канала. Рифленая рабочая зона 22 создает эффект истирания в тонком слое для дополнительного разрушения волокнистых включений, механоактивации дисперсной системы и образования устойчивых межмолекулярных связей.

В то же время при вращении ротора происходит периодическое совмещение и перекрытие радиальных каналов ротора с каналами статора, что приводит к возникновению гидравлических ударов и развитию кавитации, в результате чего обрабатываемая среда подвергается интенсивным гидродинамическим и акустическим воздействиям. Совокупность указанных воздействий способствует интенсификации таких процессов, как гомогенизация, диспергирование и эмульгирование при обработке дисперсных систем с жидкой фазой.

Таким образом, предложенное устройство позволяет более качественно, по сравнению с приведенными аналогами, осуществлять процессы диспергирования, эмульгирования и гомогенизации в дисперсных системах с жидкой фазой.

Литература

1. Пат. №2309791, Российская Федерация, МПК⁷ B01F 7/00, B01F 7/28 / Роторно-пульсационный аппарат с направляющими лопастями / Иванец Г.Е., Светкина Е.А., Грунич С.В., Ядута А.З. Заявитель: Иванец Г.Е., Светкина Е.А., Грунич С.В., Ядута А.З., заявл. 12.12.2005, опубл. 10.11.2007.

2. Пат. №2299091, Российская Федерация, МПК⁷ B01F 3/08, B01F 7/28 / Роторно-пульсационный аппарат для получения преимущественно систем "жидкость - жидкость" / Сакович Г.В., Василишин М.С, Кухленко А.А., Сысолятин С.В., Карпов А.Г. Заявитель: Сакович Г.В., Василишин М.С., Кухленко А.А., Сысолятин С.В., Карпов А.Г., заявл. 16.11.2005, опубл. 20.05.2007.

3. Пат. №2257257, Российская Федерация, МПК⁷ B01F 7/00, B01F 7/28 / Многосекционный роторно-пульсационный аппарат / Иванец Г.Е., Грунич С.В., Светкина Е.А., Артемасов В.В., Аверкин С.В. Заявитель: Иванец Г.Е., Грунич С.В., Светкина Е.А., Артемасов В.В., Аверкин С.В., заявл. 15.03.2004, опубл. 27.07.2005.

Роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным патрубками с установленными в нем ротором и статором с рабочими элементами в виде концентрично расположенных зубьев, отличающийся тем, что ротор и статор на периферии имеют кольцевые рифленые рабочие зоны, а в рифленой зоне ротора выполнены радиальные каналы с уменьшающейся к периферии глубиной.