RU2021848C1 - Homogenizing valve for the production of highly dispersed emulsions - Google Patents
Homogenizing valve for the production of highly dispersed emulsions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2021848C1 RU2021848C1 SU904850685A SU4850685A RU2021848C1 RU 2021848 C1 RU2021848 C1 RU 2021848C1 SU 904850685 A SU904850685 A SU 904850685A SU 4850685 A SU4850685 A SU 4850685A RU 2021848 C1 RU2021848 C1 RU 2021848C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- seat
- homogenizing
- shutter
- sharp edge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
- B01F25/441—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits
- B01F25/4413—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the slits being formed between opposed conical or cylindrical surfaces
Abstract
Description
Изобретение относится к технологическому оборудованию для гомогенизации жидких и вязких продуктов и может быть использовано в биотехнологии, пищевой, фармацевтической и химической промышленности, а также в научно-исследовательской практике для приготовления высокодисперсных эмульсий (кровезаменители, искусственная жировая пища, липосомальные лекарственные суспензии, фотоэмульсии и т.д.) и других дисперсий, в частности эмульсий перфторорганических соединений (ПФС), служащих основой для приготовления газопереносящих кровезаменителей и перфузионных сред. The invention relates to technological equipment for the homogenization of liquid and viscous products and can be used in biotechnology, food, pharmaceutical and chemical industries, as well as in research practice for the preparation of highly dispersed emulsions (blood substitutes, artificial fatty foods, liposomal drug suspensions, photoemulsions, etc. etc.) and other dispersions, in particular emulsions of perfluororganic compounds (PPS), which serve as the basis for the preparation of gas-carrying blood substitute th and perfusion environments.
Кроме того, изобретение может быть использовано в микробиологической промышленности для дезинтеграции микроорганизмов с целью получения из них различных ферментов, например бактериородопсина. In addition, the invention can be used in the microbiological industry for the disintegration of microorganisms in order to obtain various enzymes from them, for example bacteriorhodopsin.
Эмульсии ПФС являются сложными коллоидными системами, состоящими из дисперсионной среды - раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) в воде и дисперсной фазы - перфторорганического соединения. Они могут служить модельной дисперсной системой при определении эффективности работы гомогенизирующих клапанов. PPS emulsions are complex colloidal systems consisting of a dispersion medium - a solution of a surface-active substance (surfactant) in water and a dispersed phase - an organofluorine compound. They can serve as a model dispersed system in determining the performance of homogenizing valves.
В промышленности применяются различные типы клапанных гомогенизаторов, в которых под воздействием высокого давления продукт многократно проходит через узкую щель гомогенизирующего клапана и под действием сил турбулентных пульсаций потока, развивающихся в результате перепада давления, размельчается и приобретает однородность по размерам частиц дисперсной фазы - гомогенизируется. Various types of valve homogenizers are used in industry, in which, under the influence of high pressure, the product passes many times through the narrow slit of the homogenizing valve and, under the influence of the forces of turbulent pulsations of the flow, which develop as a result of the pressure drop, is crushed and becomes uniform in particle size of the dispersed phase - it is homogenized.
Степень гомогенизации в полной мере характеризуется функцией распределения частиц эмульсии по диаметрам. Однако определение функции распределения слишком сложно и для рутинных многократных определений степени гомогенизации применяют различные методы определения среднего диаметра частиц, который часто является математическим ожиданием функции распределения частиц. Уменьшение среднего диаметра частиц эмульсии отражает, как правило, сужение кривой функции распределения, что означает увеличение однородности частиц эмульсии или улучшение качества гомогенизируемого продукта. The degree of homogenization is fully characterized by the distribution function of the particles of the emulsion in diameter. However, the determination of the distribution function is too complicated, and for routine multiple determinations of the degree of homogenization, various methods are used to determine the average particle diameter, which is often the mathematical expectation of the particle distribution function. A decrease in the average particle diameter of the emulsion usually reflects a narrowing of the distribution function curve, which means an increase in the uniformity of the particles of the emulsion or an improvement in the quality of the product being homogenized.
Большинство известных типов гомогенизирующих клапанов используется в молочной промышленности. При гомогенизации молочных продуктов средний диаметр жировых шариков уменьшается с 5-10 до 0,5-1 мкм (при Р = 25 МПа), что является достаточным для улучшения качества молочных продуктов. Most known types of homogenizing valves are used in the dairy industry. During homogenization of dairy products, the average diameter of fat globules decreases from 5-10 to 0.5-1 microns (at P = 25 MPa), which is sufficient to improve the quality of dairy products.
Однако для других целей, в частности при приготовлении фотоэмульсий или эмульсий ПФС, необходим средний диаметр частиц 70-100 нм (т.е. в 10 раз меньше) и с наибольшей однородностью по размерам частиц, т. е. с наименьшим возможным разбросом диаметров. However, for other purposes, in particular in the preparation of photo-emulsions or PPS emulsions, an average particle diameter of 70-100 nm (i.e., 10 times smaller) and with the greatest uniformity in particle size, i.e. with the smallest possible variation in diameters, is required.
Получение необходимых параметров дисперсности эмульсий находится в прямой зависимости от геометрических характеристик гомогенизирующей щели, а следовательно, от конструкции гомогенизирующего клапана. Основным диаметром гомогенизирующей щели, определяющим дисперсность эмульсий, является ширина гомогенизирующей щели h. Средний диаметр частиц эмульсии обратно пропорционален ширине щели h. Obtaining the necessary parameters of the dispersion of emulsions is directly dependent on the geometric characteristics of the homogenizing gap, and therefore on the design of the homogenizing valve. The main diameter of the homogenizing gap, which determines the dispersion of the emulsions, is the width of the homogenizing gap h. The average particle diameter of the emulsion is inversely proportional to the gap width h.
Из модельных исследований гомогенизирующих клапанов известно, что ширина клапанной щели при работе гомогенизатора изменяется в зависимости от расхода жидкости, проходящей через клапан (т. е. от производительности), вязкости жидкости, давления гомогенизации, диаметра подводящего к щели канала (внутренний диаметр щели) по формуле. From model studies of homogenizing valves, it is known that the width of the valve slit during operation of the homogenizer varies depending on the flow rate of the fluid passing through the valve (i.e., on the flow rate), fluid viscosity, homogenization pressure, diameter of the channel leading to the slot (inner diameter of the slot) formula.
h= 
Q - расход жидкости (производительность гомогенизатора);
μ - коэффициент расхода прохождении жидкости через гомогенизирующую щель (зависит от вязкости);
d - внутренний диаметр щели;
Р - давление гомогенизации;
g - ускорение свободного падения;
γ - удельный вес жидкости.h =
Q - flow rate (homogenizer capacity);
μ is the coefficient of flow rate of fluid passing through the homogenizing gap (depending on viscosity);
d is the internal diameter of the gap;
P is the pressure of homogenization;
g is the acceleration of gravity;
γ is the specific gravity of the liquid.
По литературным данным ширина гомогенизирующей щели колеблется в пределах 25-500 мкм. Измерить ее весьма сложно, и часто приводимые данные носят лишь оценочный характер. According to published data, the width of the homogenizing gap varies between 25-500 microns. It is very difficult to measure, and often the data presented are only estimates.
В большинстве известных конструкций гомогенизирующих клапанов гомогенизирующая щель создается между поверхностями седла и затвора гомогенизирующего клапана. Эти элементы гомогенизирующего клапана имеют некоторую шероховатость поверхности, которая зависит от вида их механической обработки. Высота микронеровностей контактирующих поверхностей определяет минимальную величину их сближения, т. е. минимальную ширину щели h. Уменьшение высоты микронеровностей (улучшение чистоты поверхности) связано со значительными трудозатратами и временем обработки поверхностей. В процессе эксплуатации из-за кавитационной эрозии чистота контактирующих поверхностей седла и затвора ухудшается, что немедленно отражается на качестве гомогенизирующего продукта. Для уменьшения влияния эрозии на контактирующие поверхности гомогенизирующей щели повышают твердость материала седла и затвора до 50-60 НRС, выбирая соответствующий материал (твердые сплавы) или упрочняя их путем специальных видов обработки (закалка, алмазный спеченный слой), что увеличивает трудозатраты на изготовление и ремонт клапанов. In most known designs of homogenizing valves, a homogenizing gap is created between the surfaces of the seat and shutter of the homogenizing valve. These elements of the homogenizing valve have some surface roughness, which depends on the type of machining. The height of the microroughness of the contacting surfaces determines the minimum value of their rapprochement, i.e., the minimum gap width h. Reducing the height of microroughnesses (improving surface cleanliness) is associated with significant labor costs and surface treatment time. During operation, due to cavitation erosion, the purity of the contacting surfaces of the seat and the valve deteriorates, which immediately affects the quality of the homogenizing product. To reduce the effect of erosion on the contacting surfaces of the homogenizing slit, the hardness of the seat and shutter material is increased to 50-60 НРС, choosing the appropriate material (hard alloys) or hardening them by special types of processing (hardening, diamond sintered layer), which increases labor costs for manufacturing and repair valves.
При контактировании двух шероховатых поверхностей первыми вступают в контакт не самые высокие выступы, а те из них, которым противостоит на сопряженной поверхности такой выступ, что сумма высот выступа первой поверхности и противолежащего ему выступа второй поверхности окажется наибольшей. По мере увеличения нагрузки в контакт будут вступать все новые пары противостоящих выступов, обладающих все меньшей суммой высот. Образовавшаяся таким образом площадь касания будет состоять из площадок, расположенных на разных высотах и под различными углами. Однако увеличение площади за счет наклона площадок невелико и при расчетах применяется, что все площадки контакта расположены в одной плоскости. When two rough surfaces are in contact, the first to come into contact are not the highest protrusions, but those that are opposed on the mating surface by such a protrusion that the sum of the heights of the protrusion of the first surface and the protruding protrusion of the second surface is the greatest. As the load increases, more and more pairs of opposing protrusions with an ever smaller sum of heights will come into contact. The contact area thus formed will consist of sites located at different heights and at different angles. However, the increase in area due to the inclination of the sites is small and in the calculations it is used that all contact areas are located in the same plane.
Упругий контакт имеет место для твердых металлических поверхностей с высокой чистотой обработки (шероховатость поверхности от Rz = 3,2-1,6 мкм (8 кл. ) до Rz = =0,05-0,025 (12 кл.). Упругий контакт наблюдается при повторном нагружении металлических поверхностей, которые при первом нагружении деформировались пластически, до тех пор, пока нагрузка не превысит первоначальную.Elastic contact takes place for hard metal surfaces with high purity (surface roughness from R z = 3.2-1.6 μm (8 cells) to R z = 0.05-0.025 (12 cells). observed upon repeated loading of metal surfaces, which during the first loading were deformed plastically, until the load exceeds the initial one.
Пластический контакт с поверхностным упрочнением материала имеет место для мягких металлических поверхностей с грубой (шероховатость поверхности от Rz = =320-160 мкм (1 кл.) до Rz = 40-20 мкм (4 кл.)) и средней чистотой обработки (шероховатость поверхности от Rz = 20-10 мкм (5 кл.) до Rz = 6,3-3,2 мкм (7 кл.)).Plastic contact with surface hardening of the material takes place for soft metal surfaces with rough (surface roughness from R z = 320-160 μm (1 cell) to R z = 40-20 μm (4 cell)) and an average cleanliness of processing ( surface roughness from R z = 20-10 microns (5 cells) to R z = 6.3-3.2 microns (7 cells)).
Известен и широко применяется гомогенизирующий клапан, включающий седло и затвор, с плоскими контактирующими поверхностями (тип клапана "плоскость-плоскость") [1] . Он является наиболее простым по конструкции и требует наименьших трудозатрат при изготовлении. В этом клапане в результате доводки и притирки контактирующих поверхностей шероховатость поверхности уменьшается до величин Rz = =0,8-0,4 мкм (10 кл.). Седло и затвор клапана изготавливаются из твердых сплавов (карбид вольфрама), твердость которых превышает НRC 55-60. Минимальный средний диаметр частиц эмульсий ПФС, получаемых с помощью такого клапана, равен 130 нм при давлении Р = 40 МПа (фиг. 2, I).Known and widely used homogenizing valve, including a seat and a shutter, with flat contacting surfaces (valve type "plane-plane") [1]. It is the simplest in design and requires the least labor in manufacturing. In this valve, as a result of fine-tuning and grinding of the contacting surfaces, the surface roughness decreases to R z = 0.8-0.4 μm (10 cells). The valve seat and valve gate are made of hard alloys (tungsten carbide) whose hardness exceeds HRC 55-60. The minimum average particle diameter of the SFC emulsions obtained using such a valve is 130 nm at a pressure of P = 40 MPa (Fig. 2, I).
На фиг. 2 показана зависимость изменения среднего диаметра частиц эмульсий ПФС от времени гомогенизации или от числа повторных пассажей через гомогенизирующую щель для различных типов гомогенизирующих клапанов, контуры которых показаны в правом верхнем углу. По оси абсцисс отложены время гомогенизации Т в минутах и число пассажей Nц, а по оси ординат - средний диаметр частиц эмульсии ПФС. In FIG. Figure 2 shows the dependence of the change in the average particle diameter of PPS emulsions on the time of homogenization or on the number of repeated passages through the homogenizing slit for various types of homogenizing valves, the contours of which are shown in the upper right corner. The homogenization time T in minutes and the number of passages Nc are plotted along the abscissa, and the average particle diameter of the PPS emulsion is plotted along the ordinate.
Известен гомогенизирующий клапан, включающий седло и затвор, с соосными коническими контактирующими поверхностями с телесным углом конуса 150-165о [2] . Клапан относится к типу клапанов "конус-конус". Клапан содержит седло с центральным отверстием, через которое под действием подают гомогенизируемый продукт, и затвор, выполненный в виде тела грибовидной формы. Диск затвора ("шляпка" гриба), определяющий зазор (щель) между седлом и затвором, обращен к выходу продукта. Стержень ("ножка" гриба) вставляется в отверстие седла и служит для центровки затвора относительно седла. Она в сечении имеет треугольную форму для свободного пропускания продукта через седло. Контактирующие поверхности седла и затвора имеют высокую степень точности и чистоту поверхности не хуже Rz = 3,2-1,6 мкм (8 кл.). Величина твердости материала седла и затвора не менее НRC 30-35 и не более НRC 50-55. Минимальный средний диаметр частиц эмульсий ПФС равен 200 нм при Р = 40 МПа (фиг. 2, II).Known homogenizing valve, comprising a seat and a shutter, with coaxial conical contacting surfaces with a solid angle of the cone of 150-165 about [2]. The valve is a cone-cone type valve. The valve comprises a seat with a central hole through which a homogenized product is supplied under the action, and a valve made in the form of a mushroom-shaped body. The shutter disk (“cap” of the mushroom), which defines the gap (gap) between the seat and the shutter, faces the outlet of the product. The rod (the “leg” of the fungus) is inserted into the hole in the seat and serves to center the shutter relative to the seat. It has a triangular cross section for free passage of the product through the saddle. The contacting surfaces of the seat and the shutter have a high degree of accuracy and the surface cleanliness is not worse than R z = 3.2-1.6 μm (8 cells). The hardness of the material of the saddle and valve is not less than HRC 30-35 and not more than HRC 50-55. The minimum average particle diameter of the SFC emulsions is 200 nm at P = 40 MPa (Fig. 2, II).
Известно также большое количество различных более сложных по конструкции гомогенизирующих клапанов с параллельными (одной или несколькими) контактирующими поверхностями, которые являются разновидностями клапана с соосными коническими поверхностями. A large number of various more complex homogenizing valves with a parallel (one or more) contacting surfaces, which are varieties of a valve with coaxial conical surfaces, are also known.
Известен, например, гомогенизирующий клапан с одной или несколькими кольцевыми коническими канавками и противостоящими им кольцевыми коническими выступами на седле и затворе, призванными создать большую турбулентность потоков щели (тип клапана "выступ-впадина") [3]. Твердость материала и величина шероховатости контактирующих поверхностей такого клапана такая же, как и у клапана с коническими поверхностями, описанного выше. Однако минимальный средний диаметр частиц эмульсий ПФС равен 110 нм при Р = 40 МПа (фиг. 2, III). Known, for example, a homogenizing valve with one or more annular conical grooves and opposing annular conical protrusions on the seat and valve, designed to create greater turbulence of the flow of the gap (type valve "protrusion-cavity") [3]. The hardness of the material and the roughness of the contact surfaces of such a valve is the same as that of the valve with conical surfaces described above. However, the minimum average particle diameter of the SFC emulsions is 110 nm at P = 40 MPa (Fig. 2, III).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является гомогенизирующий клапан, описанный в [4]. Клапан относится к типу клапанов с конической контактирующей поверхностью с телесным углом 150-180о, преимущественно 165о, сопряженной с острой кольцевой кромкой ("конус-острая кромка"). Он содержит седло с центральным отверстием, через которое под давлением подают гомогенизирующий продукт, и затвор, выполненный в виде цилиндра с конической торцевой поверхностью. Затвор контактирует конической торцевой поверхностью с седлом по острой ("ножевой") кромке. Острая кромка позволяет увеличить кавитацию и турбулентность потока на выходе из гомогенизирущей щели. Седло и затвор изготовлены из высокотвердого материала "стеллит" (карбид вольфрама) твердостью более НRC 55-60. Чистота поверхности контактирующих поверхностей не хуже Rz = 3,2-1,6 мкм (8 кл.). Минимальный средний диаметр частиц эмульсий ПФС равен 120 нм при Р = 40 МПа (фиг. 2, IV).The closest technical solution to the claimed is a homogenizing valve described in [4]. The valve is a type of valve with a conical contact surface with a solid angle of 150-180 about , mainly 165 about , conjugated with a sharp annular edge ("cone-sharp edge"). It contains a seat with a central hole through which a homogenizing product is supplied under pressure, and a shutter made in the form of a cylinder with a conical end surface. The shutter contacts the conical end surface with the seat along a sharp ("knife") edge. The sharp edge makes it possible to increase cavitation and flow turbulence at the outlet of the homogenizing gap. The seat and bolt are made of high-hardness stellit (tungsten carbide) with a hardness greater than HRC 55-60. The surface cleanliness of the contacting surfaces is not worse than R z = 3.2-1.6 μm (8 cells). The minimum average particle diameter of the SFC emulsions is 120 nm at P = 40 MPa (Fig. 2, IV).
Недостатками описанных выше гомогенизирующих клапанов являются следующие:
невысокая степень дисперсности получаемых эмульсий;
сложность и большая трудоемкость изготовления контактирующих поверхностей с высокой степенью чистоты поверхности;
сложность и большая трудоемкость процесса ремонта (восстановления) контактирующих поверхностей;
применение высокотвердых материалов и специальных методов упрочнения контактирующих поверхностей.The disadvantages of the homogenizing valves described above are as follows:
low degree of dispersion of the resulting emulsions;
the complexity and great complexity of manufacturing contact surfaces with a high degree of surface cleanliness;
the complexity and high complexity of the process of repair (restoration) of contacting surfaces;
application of high hard materials and special methods of hardening of contacting surfaces.
Указанные недостатки обусловлены трудностью получения высокого качества шероховатости поверхности, которая позволяет уменьшить ширину клапанной щели и таким образом уменьшить величину среднего диаметра частиц. These disadvantages are due to the difficulty of obtaining high quality surface roughness, which allows to reduce the width of the valve slit and thus reduce the average particle diameter.
Целью изобретения является получение эмульсий со средним диаметром частиц менее 100 нм за счет уменьшения ширины гомогенизирующей щели, образованной острой кромкой седла и конической поверхностью затвора, и сокращения трудозатрат при изготовлении и ремонте клапана. The aim of the invention is to obtain emulsions with an average particle diameter of less than 100 nm by reducing the width of the homogenizing slit formed by the sharp edge of the seat and the conical surface of the shutter, and reducing labor costs in the manufacture and repair of the valve.
Положительный эффект заявляемого изобретения заключается в возможности получения высокодисперсных эмульсий со средним диаметром частиц менее 100 нм (это кровезаменители, фотоэмульсии, липосомальные лекарственные суспензии и др.) при сокращении трудозатрат на изготовление и ремонт гомогенизирующего клапана в 10-20 раз и увеличении износостойкости контактирующих поверхностей клапана в 1,5-2 раза. The positive effect of the claimed invention lies in the possibility of obtaining highly dispersed emulsions with an average particle diameter of less than 100 nm (these are blood substitutes, emulsions, liposomal drug suspensions, etc.) while reducing labor costs for the manufacture and repair of a homogenizing valve by 10-20 times and increasing the wear resistance of the contacting surfaces of the valve 1.5-2 times.
Цель достигается тем, что гомогенизирующий клапан для получения высокодисперсных эмульсий содержит седло с острой кромкой и отверстием для установки в нем затвора, выполненного в виде цилиндра с конической торцевой поверхностью. The goal is achieved in that the homogenizing valve for obtaining highly dispersed emulsions contains a saddle with a sharp edge and a hole for installing a shutter in it, made in the form of a cylinder with a conical end surface.
Отличительной особенностью изобретения является то, что в седле клапана между острой кромкой и отверстием для установки затвора выполнена кольцевая прямоугольная в сечении канавка, а в отверстии седла выполнены радиальные проточки для выхода гомогенизированной эмульсии, при этом телесный угол конической поверхности затвора имеет величину от 60 до 150о.A distinctive feature of the invention is that in the valve seat between the sharp edge and the hole for installing the shutter an annular rectangular groove is made in the cross section, and radial grooves are made in the hole of the saddle for the exit of the homogenized emulsion, while the solid angle of the tapered surface of the shutter has a value from 60 to 150 about .
Кроме того, на фронтальной поверхности седла в кольцевой канавке жестко установлена герметизирующая металлическая прокладка, а седло и затвор клапана выполнены из материала с различной твердостью, причем материал седла имеет твердость не менее 1200 МПа, а материал затвора от 300 до 1500 МПа, при этом поверхности, образующие острую кромку седла и коническую торцевую часть затвора, имеют величину частоты поверхности от Rz = 160-80 мкм до Rz = 6,3-3,2 мкм.In addition, a sealing metal gasket is rigidly mounted on the front surface of the seat in the annular groove, and the seat and valve plug are made of material with different hardness, the material of the seat having a hardness of at least 1200 MPa and the valve material from 300 to 1500 MPa, while forming the sharp edge of the saddle and the conical end part of the shutter have a surface frequency from R z = 160-80 μm to R z = 6.3-3.2 μm.
На фиг. 1 схематически показан заявляемый гомогенизирующий клапан, вид сбоку, разрез. In FIG. 1 schematically shows the inventive homogenizing valve, side view, section.
Гомогенизирующий клапан содержит седло 1 с входным отверстием 2 и выходным отверстием 3, а также затвор 4, выполненный в виде цилиндра с конической торцевой поверхностью 5, которая контактирует с кольцевой острой кромкой 6 седла и образует клапанную щель. Седло со стороны выходного отверстия имеет выступ 7, которые расположены радиально по периметру выходного отверстия седла таким образом, чтобы установленный затвор был соосен с входным отверстием и острой кромкой седла. Выступы образованы в результате создания канавок (проточек) по периметру выходного отверстия 3 седла, что обеспечивает свободный выход продукта из седла. Выступы и канавки (проточки) герметически взаимосвязаны, т. к. взаимообразуют друг друга. The homogenizing valve comprises a seat 1 with an
Отсутствие каналов (проточек или отверстий) по периметру выходного отверстия седла (т. е. центровка с помощью только цилиндрического выходного отверстия, подогнанного по периметру под диаметр затвора) увеличивает гидродинамическое сопротивление гомогенизирующего клапана, компенсация которого приводит к увеличению высоты гомогенизирующей микрощели из-за необходимости сохранения существующей производительности, что резко ухудшает качество продукта ввиду возрастания величины среднего диаметра частиц (уменьшение гомогенизирующего эффекта). The absence of channels (grooves or holes) around the perimeter of the outlet of the saddle (i.e., alignment using only a cylindrical outlet, fitted around the perimeter to the diameter of the shutter) increases the hydrodynamic resistance of the homogenizing valve, the compensation of which leads to an increase in the height of the homogenizing microcrack due to the need maintaining existing performance, which dramatically affects the quality of the product due to an increase in the average particle diameter (decrease in homogenizing e Fecteau).
Отсутствие выступов (при наличии центровки затвора) и обеспечение выхода продукта через отверстия в боковой поверхности седла приводят к нарушению целостности кольцевой прямоугольной канавки, необходимой для увеличения турбулентных пульсаций выходящего потока. Это сводит к нулю положительный эффект, вносимый кольцевой прямоугольной канавкой в достижение поставленной цели. Отсутствие нормальной центровки приводит к неравномерной величине высоты гомогенизирующей микрощели и к увеличению максимальной высоты гомогенизирующей микрощели до величины, большей, чем та высота микрощели, которая имела бы место при наличии центровки. The absence of protrusions (in the presence of centering of the shutter) and ensuring product exit through holes in the side surface of the saddle lead to a violation of the integrity of the annular rectangular groove, necessary to increase the turbulent pulsations of the outgoing flow. This nullifies the positive effect introduced by the annular rectangular groove in achieving the goal. The absence of normal alignment leads to an uneven height of the homogenizing microcrack and to an increase in the maximum height of the homogenizing microcrack to a value greater than the height of the microcrack that would have occurred in the presence of centering.
Это препятствует достижению поставленной цели, а именно ухудшает эффект гомогенизации и дает увеличение среднего диаметра частиц эмульсии выше 100 нм, тем самым ухудшается дисперсный состав эмульсии (распределение частиц по диаметрам). This impedes the achievement of the goal, namely, worsens the effect of homogenization and gives an increase in the average particle diameter of the emulsion above 100 nm, thereby deteriorating the dispersed composition of the emulsion (particle diameter distribution).
Между острой кромкой седла и радиальными выступами расположена кольцевая прямоугольная канавка 8, необходимая для увеличения турбулентных пульсаций. Кольцевая прямоугольная в сечении канавка в заявляемом гомогенизирующем клапане расположена не внутри гомогенизирующей микрощели, как у плоского клапана, а непосредственно за ней. Следует отметить, что кольцевая прямоугольная в сечении канавка 8 образована в седле 1 цилиндрической поверхностью 12 и двумя плоскостями 13 и 14, причем плоскость 13 одновременно формирует острую кромку 6 (и, следовательно, гомогенизирующую микрощель), а плоскость 14 формирует переднюю стенку выступов 7, направляющих и центрирующих затвор 4. Between the sharp edge of the saddle and the radial protrusions there is an annular rectangular groove 8, which is necessary to increase turbulent pulsations. An annular rectangular groove in the inventive homogenizing valve is not located inside the homogenizing micro-slit, as in a flat valve, but directly behind it. It should be noted that an annular rectangular groove 8 is formed in the saddle 1 by a
Таким образом, гомогенизирующая микрощель, образованная острой кромкой седла, кольцевая прямоугольная в сечении канавка, расположенная за острой кромкой, и выступы, центрирующие затвор, неразрывно взаимосвязаны и служат для достижения поставленной цели, т. е. образуют друг с другом совокупность общих существенных признаков данного решения, а каждый в отдельности взятый необходим и достаточен для получения положительного эффекта. Thus, the homogenizing microcrack formed by the sharp edge of the saddle, an annular rectangular groove in the section, located behind the sharp edge, and the protrusions that center the shutter are inextricably interconnected and serve to achieve this goal, i.e., form a set of common essential features of this decisions, and each individually taken is necessary and sufficient to obtain a positive effect.
На фронтальной поверхности клапана 9 имеется кольцевая канавка 10, в которую запрессовывается уплотняющая прокладка 11, которая таким образом входит в состав гомогенизирующего клапана. Запрессовка герметизирующей прокладки в седло клапана была вызвана необходимостью жестко устанавливать прокладку в седле клапана, тогда как в известных гомогенизирующих устройствах герметизирующая прокладка не имеет жестких связей с клапаном, что приводит к возможности ее смещения (выпадения) из седла, следствием чего является нарушение герметизации. On the front surface of the valve 9 there is an
Гомогенизирующий клапан работает следующим образом. Homogenizing valve operates as follows.
После установки на место в гомогенизирующее устройство седло 1 клапана зажимается в корпусе гомогенизирующего устройства и герметизируется с помощью прокладки 11. Затвор 4 устанавливается в седло 1 и самоцентрируется посредством конической торцевой поверхности 5 и радиальных выступов 7 седла. При плотном без нагрузки прилегании контактирующих поверхностей седла и затвора расстояние между средними линиями микронеровностей профиля контактирующих поверхностей определяется суммой высот наибольших выступов, вступивших в контакт. Затем затвор прижимается к острой кромке седла с некоторой силой F, cоздаваемой, например, пружиной. Сила F создает давление на поверхность седла и затвора рf. Упрощенно можно считать, что если давление рf < σ , (где σ - предел текучести материала седла или затвора), то имеет место упругая деформация микронеровностей, и деформационного сближения нет. При рf > σ имеет место пластическая деформация, и деформационное сближение поверхностей имеет место. В этом случае происходит вдавливание "твердой" острой кромки 6 седла в "мягкую" коническую торцевую контактирующую поверхность 5 затвора. В результате вдавливания выступы микронеровностей претерпевают пластическую деформацию и уменьшаются, что приводит к сближению контактирующих поверхностей. Расстояние между средними линиями микронеровностей профиля контактирующих поверхностей уменьшается. При этом ширина щели уменьшается на величину деформационного сближения поверхностей. Величина деформационного сближения в основном зависит от нагрузки F, площади контакта и пределов текучести материалов седла и затвора σ . Уменьшение высот поверхностных микронеровностей сопровождается упрочнением поверхностного слоя седла и затвора. Следовательно, при первоначальном нагружении контакта некоторой силой F происходят формирование и улучшение герметических и механических параметров гомогенизирующей щели. Повторное нагружение контакта нагрузками, меньшими чем F, не влияет на параметры щели, так как такой повторный контакт носит упругий характер. Деформационное упрочнение уменьшает износ поверхностей в 1,5-2 раза.After installation in place in the homogenizing device, the valve seat 1 is clamped in the housing of the homogenizing device and sealed with a
Следует подчеркнуть, что в прототипе контакт шероховатых поверхностей седла и затвора носит упругий характер ввиду высокой чистоты поверхностей седла и затвора и малых величин удельного давления на контактирующие поверхности. В заявляемом гомогенизирующем клапане контакт шероховатых поверхностей седла и затвора носит пластический характер с упрочнением материала. It should be emphasized that in the prototype, the contact of the rough surfaces of the saddle and the shutter is elastic in view of the high purity of the surfaces of the saddle and shutter and small values of specific pressure on the contacting surfaces. In the inventive homogenizing valve, the contact of the rough surfaces of the seat and the valve is plastic in nature with hardening of the material.
Частицы эмульсии, проходя через гомогенизирующую щель, испытывают растягивающее и разрывающее влияние сил микропульсаций турбулентного потока и кавитации и дробятся на более мелкие частицы. Для усиления этого эффекта на выходе из гомогенизирующей щели имеется кольцевая прямоугольная канавка 8. The particles of the emulsion passing through the homogenizing gap experience a tensile and tearing effect of the forces of micropulsations of the turbulent flow and cavitation and are crushed into smaller particles. To enhance this effect, an annular rectangular groove 8 is provided at the exit from the homogenizing gap.
Средний диаметр частиц эмульсий, например эмульсий ПФС, изменяется в зависимости от телесного угла конической поверхности затвора по U-образным кривым на любом этапе гомогенизации. The average particle diameter of emulsions, for example PFC emulsions, varies depending on the solid angle of the conical surface of the shutter along the U-shaped curves at any stage of homogenization.
На фиг. 3 по оси абсцисс отложена величина телесного угла торцевой конической поверхности затвора клапана, а по оси ординат - величина среднего диаметра частиц эмульсии ПФС. In FIG. 3, the abscissa axis represents the solid angle of the end conical surface of the valve shutter, and the ordinate axis represents the average particle diameter of the SFC emulsion.
Для различных затворов с телесными углами от 10 до 180о в процессе гомогенизации определяется средний диаметр частиц эмульсий ПФС. На фиг. 3 каждая U-образная кривая показывает изменение среднего диаметра частиц в зависимости от величины телесного угла на некотором фиксированном этапе процесса гомогенизации: 10' - через 10 мин; 15' - через 15 мин и т. д. Из анализа кривых видно, что наилучший гомогенизирующий эффект (наименьший средний диаметр частиц) имеет место при телесных углах от 60 до 150о.For various gates with solid angles from 10 to 180 ° in the process of homogenization, the average particle diameter of the SFC emulsions is determined. In FIG. 3, each U-shaped curve shows the change in the average particle diameter depending on the value of the solid angle at some fixed stage of the homogenization process: 10 '- after 10 minutes; 15 '- 15 minutes, etc. From the analysis of the curves shows that the best homogenizing effect (the smallest average particle diameter) takes place at solid angles from 60 to 150...
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904850685A RU2021848C1 (en) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | Homogenizing valve for the production of highly dispersed emulsions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904850685A RU2021848C1 (en) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | Homogenizing valve for the production of highly dispersed emulsions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021848C1 true RU2021848C1 (en) | 1994-10-30 |
Family
ID=21527273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904850685A RU2021848C1 (en) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | Homogenizing valve for the production of highly dispersed emulsions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2021848C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1293255A3 (en) * | 2001-09-17 | 2004-03-03 | Andritz AG | Method and device for separating impurities from suspensions by flotation |
| RU2575730C2 (en) * | 2010-12-22 | 2016-02-20 | Тетра Лаваль Холдингз Энд Файнэнс С.А. | Homogenising valve |
-
1990
- 1990-08-07 RU SU904850685A patent/RU2021848C1/en active
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 1. Gaulin industrial Homogenizers, Pumpsand Golloid Mills. * |
| 2. Гомогенизатор К5-ОГА-1,2. Руководство по эксплуатации. Одесса, 1948. * |
| 3. Homogenizatoren und Hochdruckpumpen Rannie, Copenhagen. Denmark, 1983. * |
| 4. High - energy homogehizers, low - energy hydroshears, high-capacity pumps, high - pressure pumps, customer product test lab. Gaulin Corporetion, USA, 1982. * |
| Проспект. APV Gaulin Inc., USA, 1984. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1293255A3 (en) * | 2001-09-17 | 2004-03-03 | Andritz AG | Method and device for separating impurities from suspensions by flotation |
| RU2575730C2 (en) * | 2010-12-22 | 2016-02-20 | Тетра Лаваль Холдингз Энд Файнэнс С.А. | Homogenising valve |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4352573A (en) | Homogenizing method | |
| DE3404520C2 (en) | Pump or hydraulic system | |
| DE69721936T2 (en) | Non-contact mechanical seal | |
| EP3230579B1 (en) | High-pressure fuel pump comprising a piston | |
| DE3728946C2 (en) | ||
| JP4163261B2 (en) | Homogenization valve | |
| EP3555502B1 (en) | Piston ring for a piston compressor and piston compressor | |
| DE102007046010A1 (en) | Slide bearing i.e. cylindrical slide bearing, for mounting crankshaft of internal combustion engine, has chamfered spatial sections comprising surface with same size as surface of chamfered corner sections with specific length | |
| US20130205986A1 (en) | Annular valve | |
| RU2021848C1 (en) | Homogenizing valve for the production of highly dispersed emulsions | |
| DE112013004206T5 (en) | Fuel injection valve | |
| DE102010021395B4 (en) | solenoid valve | |
| DE19637663C2 (en) | Valve and process for its manufacture | |
| EP1007861A1 (en) | Regulator for adjusting the fluid flow in a hydrostatic or aerostatic device | |
| DE10201298B4 (en) | Kraftstoffdruckeinstellventil | |
| US20240035577A1 (en) | Valve | |
| DE3820379C2 (en) | ||
| EP1230481B1 (en) | Radial piston pump | |
| DE60132502T2 (en) | FLANGE CONNECTING DEVICE WITH A STATIC BALL JOINT | |
| DE10059954B4 (en) | check valve | |
| DE102016112520A1 (en) | Bearing device for an exhaust gas turbocharger and turbocharger | |
| EP0261102B1 (en) | Fuel pump for an injection engine and process for producing it | |
| JPH1142430A (en) | Atomizer | |
| EP1292771B1 (en) | Pump | |
| DE4027622C1 (en) | Flap valve - has flap machined out of supporting shaft with flow duct orthogonal to shaft |