RU2032325C1

RU2032325C1 - Homogenizer for multi-component liquid products

Info

Publication number: RU2032325C1
Authority: RU
Inventors: Р.Ф. Ганиев; Р.Ш. Муфазалов; Ю.П. Захаров
Original assignee: Научно-производственная фирма "Волнотех"
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: homogenizer is provided with vortex generator and guide blade for returning the liquid product treated to the cavitation zone. There is a number of eddy and resonance chambers. The process is based on kinetic energy resultant from the radially tangential flow of liquid. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой, микробиологической, косметической, фармацевтической, химической, нефтехимической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для получения коллоидно-монодисперсных систем. The invention relates to food, microbiological, cosmetic, pharmaceutical, chemical, petrochemical and other industries and can be used to produce colloidal monodisperse systems.

Аналогом изобретения является гомогенизатор для жидких продуктов, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку (авт. св. СССР N 793507, кл. A 01 J 11/16, B 01 F 3/00, 1976). An analogue of the invention is a homogenizer for liquid products, including a receiving and draining tank, a pump with a drive and a homogenizing head (ed. St. USSR N 793507, class A 01 J 11/16, B 01 F 3/00, 1976).

Недостатком аналога является низкое качество гомогенизации жидких продуктов из-за отсутствия волнового воздействия на обрабатываемые продукты. The disadvantage of this analogue is the low quality of homogenization of liquid products due to the absence of wave action on the processed products.

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 тангенциальным входным и центральным выходным каналами. The closest in essence and the achieved result to the claimed device is a homogenizer for multicomponent liquid products, including a receiving and drain tank, a pump with a drive and a homogenizing head, made in the form of a vortex chamber with a tangential inlet and central output channels.

Недостатком прототипа и аналога является низкое качество гомогенизации жидких продуктов из-за слабого воздействия волновой энергии на обрабатываемые продукты. The disadvantage of the prototype and analogue is the low quality homogenization of liquid products due to the weak effect of wave energy on the processed products.

В предложенном гомогенизаторе устраняются указанные недостатки аналога и прототипа. The proposed homogenizer eliminates these disadvantages of the analogue and prototype.

Цель изобретения повышение эффективности технологического процесса и улучшение качества гомогенизации путем воздействия на обрабатываемую среду волновой энергией. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the process and improve the quality of homogenization by exposing the medium to be treated with wave energy.

Цель достигается тем, что гомогенизатор для многокомпонентных жидких продуктов, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизирующую головку, выполненную в виде вихревой камеры с тангенциальным входным и центральным выходным каналами, гомогенизирующая головка снабжена направляющей лопаткой, выполненной с острой входной кромкой и установленной с кольцевым зазором от торцовой поверхности вихревой камеры, а торцовая поверхность вихревой камеры выполнена закругленной по радиусу, причем на торцовой поверхности вихревой камеры выполнены тангенциальные каналы. Вихревая камера выполнена сферической. Вихревой генератор снабжен резонансной камерой, размещенной соосно с вихревой камерой. The goal is achieved in that a homogenizer for multicomponent liquid products, including a receiving and draining tank, a pump with a drive and a homogenizing head made in the form of a vortex chamber with a tangential inlet and central output channels, the homogenizing head is equipped with a guide vane made with a sharp inlet edge and installed with an annular gap from the end surface of the vortex chamber, and the end surface of the vortex chamber is rounded in radius, and on the end surface of the vortex Eve chambers are tangential channels. The swirl chamber is made spherical. The vortex generator is equipped with a resonant chamber placed coaxially with the vortex chamber.

В предложенном гомогенизаторе в отличие от прототипа гомогенизирующая головка снабжена направляющей лопаткой, выполненной с острой входной кромкой. Это обусловлено тем, что направляющая лопатка служит для направления радиально тангенциального потока, выходящего из вихревой камеры в кавитационную зону для повторного диспергирования. Кроме того, на острие кромки возбуждаются автоколебания малой амплитуды "клинового тона". Все это повышает степень гомогенизации продукта. In the proposed homogenizer, in contrast to the prototype, the homogenizing head is equipped with a guide vane made with a sharp inlet edge. This is due to the fact that the guide vane serves to direct the radially tangential flow exiting from the vortex chamber into the cavitation zone for re-dispersion. In addition, low-amplitude self-oscillations of a "wedge tone" are excited at the tip of the edge. All this increases the degree of homogenization of the product.

Выбор формы вихревой камеры в виде сферы обусловлен высокой амплитудой генерируемых волн сферическими излучателями, работающими в режиме автоко- лебательного периодического гидравлического самозапирания выходного канала. The choice of the shape of the vortex chamber in the form of a sphere is due to the high amplitude of the generated waves by spherical emitters operating in the mode of self-oscillating periodic hydraulic self-locking of the output channel.

Цилиндрическая резонансная камера, установленная соосно вихревой камере, обусловлена необходимостью настройки генерируемых волн на резонансную частоту. Кроме того, соосное расположение резонансной камеры приводит к "безыcносной" конструкции вихревого генератора. A cylindrical resonance chamber mounted coaxially with the vortex chamber is determined by the need to tune the generated waves to the resonant frequency. In addition, the coaxial arrangement of the resonance chamber leads to a "dead-less" design of the vortex generator.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема гомогенизатора; на фиг. 2 общий вид гомогенизирующей головки в разрезе; на фиг. 3 схема истечения жидкости из вихревой камеры; на фиг. 4 гомогенизирующая головка с резонансной камерой. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a homogenizer; in FIG. 2 is a sectional view of a homogenizing head; in FIG. 3 diagram of the flow of fluid from the vortex chamber; in FIG. 4 homogenizing head with a resonant chamber.

Устройство содержит (см. фиг. 1) приемную емкость 1, насос 2 с приводом, гомогенизирующую головку 3, сливную емкость 4. Приемная емкость 1 соединена с приемным патрубком 5 насоса 2, а гомогенизирующая головка 3 установлена на нагнетательной линии 6 насоса 2 и выходом соединена через трубопровод 7 со сливной емкостью 4. The device contains (see Fig. 1) a receiving tank 1, a pump 2 with a drive, a homogenizing head 3, a drain tank 4. A receiving tank 1 is connected to a receiving pipe 5 of the pump 2, and the homogenizing head 3 is installed on the discharge line 6 of the pump 2 and the output connected through a pipe 7 to a drain tank 4.

Гомогенизирующая головка 3 (см. фиг. 2) выполнена в виде вихревой камеры 8 с тангенциальными входными каналами 9. На торцовой поверхности 10 вихревой камеры 8 выполнены дополнительные тангенциальные каналы 11. Направление тангенциальных каналов 11 совпадает с направлением вращения жидкости. Гомогенизирующая головка 3 снабжена направляющей лопаткой 12. Между направляющей лопаткой 12 и торцовой поверхностью 10 выполнен кольцевой зазор 13 для прохождения жидкости. The homogenizing head 3 (see Fig. 2) is made in the form of a vortex chamber 8 with tangential inlet channels 9. On the end surface 10 of the vortex chamber 8 additional tangential channels 11 are made. The direction of the tangential channels 11 coincides with the direction of rotation of the liquid. The homogenizing head 3 is provided with a guide vane 12. Between the guide vane 12 and the end surface 10, an annular gap 13 for the passage of fluid is made.

С целью повышения амплитуды волны и степени гомогенизации вихревая камера 8 может быть выполнена в виде сферы (см. фиг. 4) и с центральным выходным каналом 14. Для технологичности изготовления сферической камеры 8 предусмотрен технологический разъем 15. In order to increase the wave amplitude and degree of homogenization, the vortex chamber 8 can be made in the form of a sphere (see Fig. 4) and with a central output channel 14. For manufacturability of manufacturing a spherical chamber 8, a technological connector 15 is provided.

С целью улучшения гомогенизации жидкого продукта вихревая камера 8 может быть оснащена дополнительной резонансной камерой 16 (см. фиг. 5). In order to improve the homogenization of the liquid product, the vortex chamber 8 may be equipped with an additional resonant chamber 16 (see Fig. 5).

Гомогенизатор работает следующим образом. The homogenizer works as follows.

Многокомпонентный жидкий продукт (далее продукт) из приемной емкости 1 через приемный патрубок 5 насосом 2 подается в гомогенизирующую головку 3 (см. фиг. 1). A multi-component liquid product (hereinafter the product) from the receiving tank 1 through the receiving pipe 5 is pumped 2 to the homogenizing head 3 (see Fig. 1).

Гомогенизирующая головка выполнена в виде вихревого генератора (см. фиг. 2). Продукт через нагнетательный трубопровод 6 и по тангенциально направленным каналам 9 поступает в вихревую камеру 8. В вихревой камере 8 жидкий продукт приобретает вращательное движение с большой частотой вращения (в пределах 2 ˙ 10³ 5 ˙ 10³ с^-1). При этом по оси вихревой камеры 8 генерируются высокочастотные гидроакустические волны, которые способствуют возникновению в жидкостях гидроакустической и гидродинамической кавитации, которые, в свою очередь, способствуют интенсивной гомогенизации многокомпонентных жидкостей.The homogenizing head is made in the form of a vortex generator (see Fig. 2). The product through the discharge pipe 6 and along the tangentially directed channels 9 enters the vortex chamber 8. In the vortex chamber 8, the liquid product acquires rotational motion with a high speed (within 2 ˙ 10 ³ 5 ˙ 10 ³ s ^-1 ). Moreover, high-frequency hydroacoustic waves are generated along the axis of the vortex chamber 8, which contribute to the appearance of hydroacoustic and hydrodynamic cavitation in liquids, which, in turn, contribute to the intense homogenization of multicomponent liquids.

Далее вращательно-волновой поток жидкого продукта из вихревой камеры 8 с большой скоростью направляется в тангенциально-радиальном направлении (фиг. 2 и 3) и часть потока поступает в кольцевой зазор 13 между направляющей лопаткой 12 и торцовой поверхностью 10 вихревой камеры. При этом в полости А (см. фиг. 2) повышается давление и жидкий продукт по тангенциальным каналам 11 поступает повторно в зону кавитации для повторной гомогенизации. Избыточное давление в полости А, необходимое для такой циркуляции, поддерживается, во-первых, за счет кинетической энергии радиально-тангенциального потока, во-вторых за счет разности скоростей жидкости на выходе из вихревой камеры 8 и в полости А. Next, the rotational wave flow of the liquid product from the vortex chamber 8 is directed at a high speed in the tangential radial direction (Figs. 2 and 3) and part of the flow enters the annular gap 13 between the guide vane 12 and the end surface 10 of the vortex chamber. Moreover, in the cavity A (see Fig. 2), the pressure rises and the liquid product through the tangential channels 11 enters again into the cavitation zone for re-homogenization. The excess pressure in cavity A, necessary for such circulation, is maintained, firstly, due to the kinetic energy of the radial tangential flow, and secondly, due to the difference in fluid velocities at the outlet of the vortex chamber 8 and in the cavity A.

Кроме того, улучшению гомогенизации способствуют волны, генерируемые на кромке направляющей лопатки 12. Когда радиально тангенциальный поток с большой скоростью натекает на острую кромку направляющей лопатки, на ней возбуждаются автоколебания малой амплитуды, которые генерируют волны "клинового тона", частота которых зависит от скорости истечения, плотности жидкого продукта и жесткости самой лопатки. Далее гомогенизированный жидкий продукт поступает в сливную емкость 4. In addition, the waves generated at the edge of the guide vanes contribute to the improvement of homogenization. When a radially tangential flow flows at a high speed onto the sharp edge of the guide vanes, small-amplitude self-oscillations are excited on it, which generate wedge-tone waves whose frequency depends on the outflow speed , the density of the liquid product and the rigidity of the scapula itself. Next, the homogenized liquid product enters the drain tank 4.

Таким образом, наличие направляющей лопатки 12 в предложенном устройстве и использование кинетической энергии радиально тангенциального потока способствует повышению качества гомогенизации и эффективности технологического процесса без дополнительных затрат энергии. Кроме того, гомогенизирующая головка имеет простую конструкцию, обладает надежностью и работоспособностью (отсутствуют подвижные детали и механические трения), технологичностью изготовления и малой энергоемкостью. Thus, the presence of the guide vane 12 in the proposed device and the use of kinetic energy of the radially tangential flow helps to improve the quality of homogenization and the efficiency of the process without additional energy costs. In addition, the homogenizing head has a simple design, has reliability and performance (no moving parts and mechanical friction), manufacturability and low energy consumption.

Claims

1. HOMOGENIZER FOR MULTI-COMPONENT LIQUID PRODUCTS, including a receiving and draining tank, a pump with a drive and a homogenizing head, made in the form of a vortex chamber with tangential inlet and central output channels, characterized in that, in order to increase the efficiency of the process and improve the quality of homogenization by impact on the medium being treated with wave energy, the homogenizing head is equipped with a guide vane made with a sharp inlet edge and installed with an annular gap ores from the end surface of the vortex chamber are rounded in radius, and tangential channels are made on the end surface of the vortex chamber.

2. The homogenizer according to claim 1, characterized in that, in order to increase the amplitude of the generated waves, the vortex chamber is made spherical.

3. The homogenizer according to claim 1, characterized in that, in order to improve the quality of homogenization by tuning the generated waves to the resonant frequency, the vortex generator is equipped with a resonant chamber placed coaxially above the vortex chamber.