RU2124933C1

RU2124933C1 - Homogenizer

Info

Publication number: RU2124933C1
Application number: RU98104623A
Authority: RU
Inventors: Р.Ш. Муфазалов; С.М. Медведев
Original assignee: Муфазалов Роберт Шакурович
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: production of colloid-monodisperse systems in chemical, petrochemical, food, microbiological, pharmaceutical, cosmetic and other branches of industry. SUBSTANCE: homogenizer uses reception and drain vessels, pump with a drive, connecting pipelines and a homogenizing head with a swirlchamber. The homogenizing head has a throttling unit, hydroacoustic nozzles, resonance chambers. The swirlchamber is aligned with the hydroacoustic nozzles directed in opposite directions. The throttling unit is furnished with a cone made for axial displacement. The effect is in improvement of the quality of the final product due to intensification of the process of influence of hydroacoustic energy, separation of flow in the swirlchamber and additional treatment of product in resonance chambers running free, and improving the amplitude-frequency characteristic of generated waves. Besides, cavitation wear of the homogenizing head is prevented. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к пищевой, микробиологической, химической, нефтехимической, фармацевтической, косметической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для получения коллоидно-монодисперсных систем. The invention relates to food, microbiological, chemical, petrochemical, pharmaceutical, cosmetic 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 (см. а.с. 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 pump (see A.S. 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, состоящую из двух конических вихревых камер с падающими тангенциальными каналами и соплами, расположенными одно против другого. Между соплами вихревых камер выполнена кольцевая камера с тангенциальным выходным патрубком (а.с. СССР N 1839613, кл. B 01 F 3/00, 1990). The closest in essence and the achieved result to the claimed device is a homogenizer for multicomponent liquid products, including a receiving and draining tank, a pump with a drive and a homogenizing head, consisting of two conical vortex chambers with falling tangential channels and nozzles located one against the other. Between the nozzles of the vortex chambers there is an annular chamber with a tangential outlet pipe (AS USSR N 1839613, class B 01 F 3/00, 1990).

Недостатком прототипа является неудовлетворительное качество гомогенизации конечного продукта из-за слабого волнового воздействия на обрабатываемую среду и кавитационный износ внутренней поверхности вихревых камер. The disadvantage of the prototype is the unsatisfactory quality of homogenization of the final product due to the weak wave impact on the processed medium and cavitation wear of the inner surface of the vortex chambers.

Цель изобретения - повышение долговечности устройства и качество конечного продукта за счет интенсификации воздействия волновой энергии на обрабатываемую среду. The purpose of the invention is to increase the durability of the device and the quality of the final product due to the intensification of the impact of wave energy on the processed medium.

Поставленная цель достигается тем, что гомогенизатор, содержащий приемную и сливную емкости, насос с приводом, соединительные трубопроводы и гомогенизирующую головку с вихревой камерой, снабженной тангенциальным входным и центральным выходным каналами, гомогенизирующая головка снабжена дросселирующим узлом, гидроакустическими соплами, резонансными камерами, а вихревая камера расположена соосно между гидроакустическими соплами, направленными во взаимно противоположные стороны и сообщенными с резонансными камерами, причем торцевая поверхность гидроакустического сопла выполнена закругленной по радиусу. This goal is achieved in that a homogenizer containing a receiving and draining tank, a pump with an actuator, connecting pipes and a homogenizing head with a vortex chamber equipped with a tangential inlet and central output channels, a homogenizing head is equipped with a throttling unit, hydroacoustic nozzles, resonant chambers, and a vortex chamber located coaxially between the sonar nozzles directed in mutually opposite directions and in communication with the resonance chambers, and the end the surface of the sonar nozzle is rounded in radius.

Кроме того, дросселирующий узел снабжен конусом, выполненным с возможностью осевого перемещения. In addition, the throttling unit is equipped with a cone made with the possibility of axial movement.

В предложенном гомогенизаторе дросселирующий узел служит для регулирования давления в гомогенизирующей головке. От величины создаваемого противодавления зависят геометрические размеры ядра разрежения в кавитационной зоне и энергия схлопования кавитационных пузырьков. Кроме того, регулируя давлением, процесс гомогенизации можно вывести на резонансный режим работы, при котором будут минимальные энергозатраты. In the proposed homogenizer, the throttling unit serves to control the pressure in the homogenizing head. The geometric dimensions of the rarefaction nucleus in the cavitation zone and the energy of collapse of cavitation bubbles depend on the magnitude of the created backpressure. In addition, by regulating the pressure, the homogenization process can be brought to the resonant mode of operation, in which there will be minimal energy consumption.

Вихревые камеры при определенных соотношениях геометрических размеров являются мощными гидродинамическими излучателями волн с широким спектром частот. Снабжение вихревой камеры гидроакустическими соплами обусловлено тем, что при уменьшении диаметра канала на выходе из вихревой камеры увеличивается частота вращения жидкого продукта пропорционально соотношению диаметров вихревой камеры и гидроакустического сопла и соответственно увеличивается частота излучения гидроакустических волн. Гидроакустические сопла служат для формирования амплитудно-частотной характеристики генерируемых волн, которая зависит, в основном, от соотношения диаметра и длины выходного канала гидроакустического сопла. Vortex chambers with certain ratios of geometric dimensions are powerful hydrodynamic wave emitters with a wide spectrum of frequencies. The supply of the vortex chamber with hydroacoustic nozzles is due to the fact that when the channel diameter at the outlet of the vortex chamber decreases, the rotation frequency of the liquid product increases in proportion to the ratio of the diameters of the vortex chamber and the hydroacoustic nozzle and, accordingly, the radiation frequency of the hydroacoustic waves increases. Hydroacoustic nozzles serve to form the amplitude-frequency characteristic of the generated waves, which depends mainly on the ratio of the diameter and length of the output channel of the hydroacoustic nozzle.

Выполнение торцевой поверхности гидроакустического сопла закругленной по радиусу обусловлено необходимостью создания и увеличения разрежения путем резкого расширения вращательного потока на выходе из гидроакустического сопла, а разряжение способствует раннему возникновению кавитации. The execution of the end surface of the sonar nozzle is rounded in radius due to the need to create and increase rarefaction by drastically expanding the rotational flow at the outlet of the sonar nozzle, and the discharge contributes to the early occurrence of cavitation.

Резонансные камеры служат для усиления амплитуды генерируемых гидроакустических волн в резонансном режиме. Resonance chambers are used to enhance the amplitude of the generated hydroacoustic waves in the resonant mode.

Конус, расположенный в дросселирующем узле, служит для дросселирования проходного канала и регулирования давления в гомогенизирующей головке. The cone located in the throttling unit serves to throttle the passage channel and regulate the pressure in the homogenizing head.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема гомогенизатора, на фиг. 2 изображен общий вид гомогенизирующей головки в разрезе, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2. In FIG. 1 is a schematic diagram of a homogenizer; FIG. 2 is a sectional perspective view of the homogenizing head; FIG. 3 is a section AA in FIG. 2.

Гомогенизатор 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. The homogenizer includes (see Fig. 1) a receiving tank 1, a pump with a drive 2, a homogenizing head 3, a drain tank 4. The receiving tank 1 is connected to the receiving pipe 5 of the pump 2. The discharge line 6 of the pump 2 is connected to the inlet pipe of the homogenizing head 3. The outlet pipe 7 is connected to the drain tank 4.

Гомогенизирующая головка 3 включает вихревую камеру 8 с тангенциальным входным каналом 9. Вихревая камера 8 расположена соосно между двумя гидроакустическими соплами 10. Торцевая поверхность 11 гидроакустических сопл выполнена закругленной по радиусу. Гидроакустические сопла 10 сообщаются с резонансными камерами 12. Выходные каналы 13 из резонансных камер сообщены с дросселирующим узлом 14. Дросселирующий узел 14 снабжен конусом 15, который выполнен с возможностью осевого перемещения при помощи винта 16. The homogenizing head 3 includes a vortex chamber 8 with a tangential inlet channel 9. The vortex chamber 8 is located coaxially between two sonar nozzles 10. The end surface 11 of the sonar nozzles is rounded off in radius. Hydroacoustic nozzles 10 communicate with resonance chambers 12. The output channels 13 of the resonance chambers are in communication with a throttling unit 14. The throttling unit 14 is provided with a cone 15, which is axially movable with a screw 16.

Гомогенизатор работает следующим образом. Многокомпонентный жидкий продукт (далее - продукт) из приемной емкости 1 через приемный патрубок 5 насосом через нагревательную линию 6 подается в гомогенизирующую головку 3 (см. фиг. 1). Продукт через нагнетательный трубопровод 6 по тангенциальному каналу 9 поступает в вихревую камеру 8. В вихревой камере 8 жидкий продукт приобретает частоту вращения (в пределах 2•10³ ... 3•10³ с^-1). При этом по оси вихревой камеры 8 образуется ядро разрежения, которое способствует возникновению гидроакустических волн. Далее, вращательно-волновой поток жидкого продукта разделяется на два потока и поступает в гидроакустическое сопло 10, где частота вращения продукта возрастает пропорционально соотношению диаметров вихревой камеры и гидроакустического сопла и доходит до 5•10³...6•10³ с^-1. При этом в канале и на выходе из сопла 10 образуется кавитационное ядро и высокочастотные гидроакустические волны. На выходе из гидроакустического сопла 10 продукт направляется в радиально-тангенциальном направлении и поступает в резонансные камеры 12, как показано на фиг. 2. Из резонансных камер 12 продукт по каналам 13 поступает в дросселирующий узел 14, далее по патрубку 7 в сливную емкость 4.The homogenizer works as follows. A multi-component liquid product (hereinafter referred to as the product) from the receiving tank 1 through the receiving pipe 5 is pumped through the heating line 6 to the homogenizing head 3 (see Fig. 1). The product through the discharge pipe 6 through the tangential channel 9 enters the vortex chamber 8. In the vortex chamber 8, the liquid product acquires a rotational speed (within 2 • 10 ³ ... 3 • 10 ³ s ^-1 ). In this case, a rarefaction core is formed along the axis of the vortex chamber 8, which contributes to the occurrence of hydroacoustic waves. Further, the rotational wave flow of the liquid product is divided into two streams and enters the sonar nozzle 10, where the product rotational speed increases in proportion to the ratio of the diameters of the vortex chamber and the sonar nozzle and reaches 5 • 10 ³ ... 6 • 10 ³ s ^-1 . In this case, a cavitation core and high-frequency hydroacoustic waves are formed in the channel and at the exit from the nozzle 10. At the exit of the sonar nozzle 10, the product is directed in the radial tangential direction and enters the resonance chambers 12, as shown in FIG. 2. From the resonance chambers 12, the product through channels 13 enters the throttling unit 14, then through the pipe 7 to the drain tank 4.

В процессе прохождения продукта через гидроакустическое сопло генерируются высокочастотные гидроакустические волны с частотой до 2•10⁴ Гц. Создание противодавления в гомогенизирующей головке дросселирующим узлом способствует усилению энергии схлопования кавитационного ядра и увеличению амплитуды генерируемых волн. Это, в свою очередь, приводит к активации многофазного продукта, к возникновению различных нелинейных эффектов гидроакустической и гидродинамической кавитации и повышению степени гомогенизации обрабатываемого продукта.During the passage of the product through the sonar nozzle, high-frequency sonar waves are generated with a frequency of up to 2 • 10 ⁴ Hz. The creation of counterpressure in the homogenizing head by the throttling unit enhances the energy of the collapse of the cavitation core and increases the amplitude of the generated waves. This, in turn, leads to the activation of a multiphase product, to the appearance of various nonlinear effects of hydroacoustic and hydrodynamic cavitation and to an increase in the degree of homogenization of the processed product.

Таким образом, использование гомогенизирующей головки с вихревой камерой, снабженной гидроакустическими соплами, резонансными камерами и дросселирующим узлом, позволяет повысить степень гомогенизации продукта и износостойкость гомогенизирующей головки. Thus, the use of a homogenizing head with a vortex chamber equipped with hydroacoustic nozzles, resonance chambers and a throttling unit, allows to increase the degree of homogenization of the product and the wear resistance of the homogenizing head.

Кроме того, гомогенизирующая головка имеет простую конструкцию по сравнению с существующими, технологична в изготовлении, обладает высокой надежностью и работоспособностью, малой энергоемкостью. In addition, the homogenizing head has a simple design compared to existing ones, is technologically advanced to manufacture, has high reliability and performance, low energy consumption.

Claims

1. A homogenizer containing a receiving and draining tank, a pump with a drive, connecting pipes and a homogenizing head with a vortex chamber equipped with a tangential inlet and central output channels, characterized in that the homogenizing head is equipped with a throttling unit, hydroacoustic nozzles, resonant chambers, and a vortex chamber located coaxially between the hydroacoustic nozzles directed in mutually opposite directions and communicated with resonance chambers, and the end surface of the gy roakusticheskogo nozzle is rounded along the radius.

2. The homogenizer according to claim 1, characterized in that the throttling unit is equipped with a cone made with the possibility of axial movement.