RU2128545C1

RU2128545C1 - Device for producing fine emulsions and suspensions

Info

Publication number: RU2128545C1
Application number: RU98109977A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Андреев; Ю.А. Калошин; В.М. Тимин; В.И. Кукушкин
Original assignee: Андреев Владимир Николаевич; Калошин Юрий Аркадьевич; Тимин Виталий Михайлович; Кукушкин Владимир Иванович
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-04-10

Abstract

FIELD: emulsion producing equipment. SUBSTANCE: device is finally intended for producing various substances based on fine emulsions and suspensions in food production, chemical and petrochemical industries. Device has double-stage chamber of high and superhigh pressure, stationary dispersing head, hydraulic source of high pressure, system for charging material to be dispersed into automatic control system. Dispersing head is made in the form of turning rotor which is provided with set of dispersing components (nozzle-damper) located radially with respect to axis of rotor rotation. Rotor is also provided with stepping mechanism of its turning and is rigidly connected to it by means of coupling. Superhigh pressure chamber is provided with hollow movable plunger-type bush which connects superhigh pressure chamber with nozzle unit of dispersing head. Pressure sensor is connected to stepping mechanism of rotor turning mechanism through automatic control system. Application of aforesaid embodiment of device allows for producing high-quality emulsions or suspensions with particle size of R_ср ≈ 0,1 mcm in continuous procedure. This is achieved because it permits operator to replace nozzle unit of expired service life with new one without stopping operation of dispersing device. It also allows for automatic replacement of nozzle unit in case it goes out of action before expiration of predetermined service life period. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к получению различных продуктов на основе тонких эмульсий или суспензий и может быть использовано в пищевой промышленности для приготовления маргарина, а также в химической, нефтехимической и других областях промышленности. The invention relates to the production of various products based on thin emulsions or suspensions and can be used in the food industry for the preparation of margarine, as well as in the chemical, petrochemical and other industries.

Известно экструзионное диспергирующее устройство, а именно дезинтегратор клеток микроорганизмов, содержащий гидравлическую систему давления и дезинтегрирующую головку с дроссельным выходным отверстием, причем дезинтегратор снабжен системой заправки микробной массы, включающей расходную емкость с вентилем и отсечной клапан, а также системами вакуумирования и заполнения инертным газом всех полостей, соприкасающихся с микробной массой (см. авт.св. СССР N 281747, кл. C 12 M 1/04, 1969 г.) [1]. An extrusion dispersing device is known, namely, a microorganism cell disintegrator containing a hydraulic pressure system and a disintegrating head with a throttle outlet, and the disintegrator is equipped with a microbial mass filling system including a supply tank with a valve and a shut-off valve, as well as vacuum systems and filling with inert gas of all cavities in contact with the microbial mass (see ed. St. USSR N 281747, class C 12 M 1/04, 1969) [1].

Недостатком данного устройства является его невысокая производительность, из-за необходимости остановки для демонтажа стационарной диспергирующей головки, и разборки и замены вышедшей из строя пары "сопло-заслонка". The disadvantage of this device is its low productivity, due to the need to stop for dismantling the stationary dispersing head, and disassembling and replacing a failed pair of "nozzle-damper".

Известно также экструзионное диспергирующее устройство непрерывного действия, содержащее камеры высокого и сверхвысокого давления, стационарную диспергирующую головку, гидравлический источник высокого давления, систему заправки эмульсий и систему автоматического управления (см., например, авт. св. СССР N 483430, кл. C 12 М 1/33, 1973 г.) [2]. A continuous extrusion dispersing device is also known, comprising high and ultra-high pressure chambers, a stationary dispersing head, a high pressure hydraulic source, an emulsion filling system and an automatic control system (see, for example, ed. St. USSR N 483430, class C 12 M 1/33, 1973) [2].

Вышеназванное устройство [2] наиболее близко по технической сущности и числу общих существенных признаков к заявленному, в силу чего принято в качестве ближайшего аналога. The above device [2] is closest in technical essence and the number of common essential features to the declared one, which is why it is accepted as the closest analogue.

Дезинтегратор [2], обладая большей производительностью, чем [1], не лишен того же недостатка, а именно ограниченного времени работы диспергирующей головки. При давлении в 250 МПа, оно составляет до 10 часов, так как вследствие эрозии металла пара сопло - заслонка быстро изнашивается и выходит из строя. Это приводит к необходимости остановки и замены изношенной сопловой пары, так как при выходе из строя пары сопло-заслонка экструзионного диспергирующего устройства [2] снижается качество конечного продукта за счет падения рабочего давления диспергирования и протока части диспергируемой эмульсии (суспензии) по эрозионным каналам без достаточного силового воздействия на обрабатываемый материал. The disintegrator [2], having greater productivity than [1], is not without the same drawback, namely, the limited operating time of the dispersing head. At a pressure of 250 MPa, it is up to 10 hours, because due to erosion of the metal vapor, the nozzle - damper quickly wears out and fails. This leads to the need to stop and replace the worn nozzle pair, since when the pair fails, the nozzle-damper of the extrusion dispersing device [2] decreases the quality of the final product due to a drop in the working pressure of the dispersion and the flow of part of the dispersible emulsion (suspension) through the erosion channels without sufficient force impact on the processed material.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в увеличении производительности и улучшении качества конечного продукта. The problem to which the present invention is directed, is to increase productivity and improve the quality of the final product.

Технический результат от использования предложенного устройства заключается в исключении операции по замене изношенной пары сопло - заслонка в процессе его работы за счет автоматической замены сопловой пары. Это позволяет исключить простой и увеличить производительность в 10 раз. The technical result from the use of the proposed device is to exclude the operation of replacing a worn pair of nozzle - damper during its operation due to automatic replacement of the nozzle pair. This eliminates downtime and increases productivity by 10 times.

Названный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения тонких эмульсий и суспензий, содержащем камеру высокого и сверхвысокого давления, стационарную диспергирующую головку, гидравлический источник высокого давления, систему заправки эмульсий и систему автоматического управления, названная диспергирующая головка выполнена в виде поворотного ротора с набором диспергирующих элементов (сопло - заслонка), радиально расположенных относительно оси вращения ротора с шагом 36^o. При этом заслонка соплового блока выполнена сферической с возможностью свободной установки ее относительно сопла (его конической поверхности) под действием силового механизма, например пружины, и давления диспергируемого продукта в осевом направлении. Причем ротор диспергирующей головки снабжен шаговым механизмом его поворота, а в полости "Б" установлена подвижная плунжерная втулка, связывающая полость "Б" с сопловым блоком диспергирующей головки, а датчики давления посредством автоматической системы управления связаны с шаговыми механизмами поворота роторов.The named technical result is achieved due to the fact that in the device for producing thin emulsions and suspensions containing a high and ultra-high pressure chamber, a stationary dispersing head, a hydraulic high pressure source, an emulsion filling system and an automatic control system, said dispersing head is made in the form of a rotary rotor with a set of dispersing elements (nozzle - shutter), radially located relative to the axis of rotation of the rotor with a step of 36 ^o . In this case, the nozzle block flap is made spherical with the possibility of its free installation relative to the nozzle (its conical surface) under the action of a power mechanism, such as a spring, and the pressure of the dispersible product in the axial direction. Moreover, the rotor of the dispersing head is equipped with a stepping mechanism for its rotation, and a movable plunger sleeve is installed in the cavity “B”, connecting the cavity “B” with the nozzle block of the dispersing head, and the pressure sensors are connected to the stepping mechanisms of rotation of the rotors by means of an automatic control system.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где приведена схема экструзионного диспергирующего устройства. Предлагаемое устройство содержит: двухступенчатую камеру 1 высокого (полости А) и сверхвысокого (полости Б) давления, диспергирующую головку 2, расходную емкость 3, отсекающие клапаны 4, 5, воздухораспределитель 6, гидравлический источник 7 высокого давления, воздухораспределитель 8, сопловый блок 9, силовой механизм 10, плунжерную втулку 11, ротор 12, шаговый механизм поворота ротора 13, воздухораспределитель 14, запорный клапан 15, датчик давления 16, поршневую группу 17, подвижны экран 18. The claimed device is illustrated in the drawing, which shows a diagram of an extrusion dispersing device. The proposed device contains: a two-stage chamber 1 high (cavity A) and ultrahigh (cavity B) pressure, a dispersing head 2, a supply tank 3, shut-off valves 4, 5, an air distributor 6, a hydraulic source 7 high pressure, an air distributor 8, a nozzle block 9, a power mechanism 10, a plunger sleeve 11, a rotor 12, a stepping mechanism for turning the rotor 13, an air distributor 14, a shut-off valve 15, a pressure sensor 16, a piston group 17, a movable screen 18.

Устройство работает следующим образом. Диспергируемый материал из расходной емкости 3, через отсекающие клапаны 4, 5 поступает в одну из полостей Б сверхвысокого давления камеры 1, а из другой полости Б диспергируемый продукт под действием высокого гидравлического давления жидкости, поступающей в полость А камеры 1 от гидравлического источника 7 посредством поршневой группы 17 подается в диспергирующую головку 2. При этом диспергируемый продукт движется по каналу плунжерной втулки 11 и соплового блока 9 под действием сверхвысокого давления, перемещая сферическую заслонку соплового блока 9 в осевом направлении, преодолевая сопротивление силового механизма 10. В результате образуется экструзионная щель между соплом и заслонкой соплового блока 9, через которую вытесняется диспергируемый продукт. Течение диспергируемого продукта через экструзионную щель приводит к значительным силовым воздействиям на него (большим скоростям и напряжениям сдвига, вибрационным и ударным нагрузкам), при этом размеры частиц эмульсии (суспензии) резко уменьшаются и достигают средней величины порядка 0,1 мкм. Операция непрерывного контроля процесса диспергирования и автоматической замены вышедшего из строя, раньше установленного срока, соплового блока 9 реализуется следующим образом. Как только датчик давления 16 зафиксирует снижение рабочего давления диспергирования и сигнал отклонения контролируемой величины поступает в АСУ, произойдет переключение каналов диспергирования с помощью гидравлического источника 7, что необходимо для разгрузки вышедшего из строя соплового блока 9 со стороны полости Б мерной камеры 1. Разгрузка соплового блока 9 диспергирующей головки 2 со стороны силового механизма осуществляется АСУ с помощью запорного клапана 15 и воздухораспределителей 8 и 14. При этом сжатый воздух от воздухораспределителя 8 поступает в пневматическую полость силового механизма 10 и сжимает пружину. Свободный от силового воздействия ротор 12 диспергирующей головки 2 поворачивается на один шаг по команде АСУ с помощью шагового механизма 13. При этом в зону диспергирования размещается резервный сопловый блок 9, а вышедший из строя блок подлежит замене оператором без остановки диспергирующего устройства. Наличие в предложенном диспергирующем устройстве полой плунжерной втулки 11 обеспечивает герметичное соединение полости сверхвысокого давления двухступенчатой камеры 1 с сопловым блоком 9. The device operates as follows. The dispersible material from the supply tank 3, through the shut-off valves 4, 5, enters one of the cavities B of the ultra-high pressure of the chamber 1, and from the other cavity B the dispersible product under the action of high hydraulic pressure of the fluid entering the cavity A of the chamber 1 from the hydraulic source 7 by means of a piston group 17 is fed into the dispersing head 2. In this case, the dispersible product moves along the channel of the plunger sleeve 11 and the nozzle block 9 under the action of ultrahigh pressure, moving the nozzle spherical shutter block 9 in the axial direction, overcoming the resistance of the power mechanism 10. As a result, an extrusion gap is formed between the nozzle and the shutter of the nozzle block 9, through which the dispersible product is expelled. The flow of the dispersible product through the extrusion gap leads to significant force impacts on it (high speeds and shear stresses, vibration and shock loads), while the particle sizes of the emulsion (suspension) sharply decrease and reach an average value of about 0.1 μm. The operation of continuous monitoring of the dispersion process and automatic replacement of a failed, earlier than the established deadline, nozzle block 9 is implemented as follows. As soon as the pressure sensor 16 detects a decrease in the operating pressure of the dispersion and the deviation signal of the controlled quantity is supplied to the ACS, the dispersion channels will be switched using a hydraulic source 7, which is necessary for unloading the failed nozzle block 9 from the side of the cavity B of the measuring chamber 1. Unloading the nozzle block 9 of the dispersing head 2 from the side of the power mechanism is controlled by an ACS using a shut-off valve 15 and air distributors 8 and 14. At the same time, compressed air from the air distribution literal 8 enters the pneumatic cavity of the power mechanism 10 and compresses the spring. The force-free rotor 12 of the dispersing head 2 is rotated one step at the command of the automated control system using the stepping mechanism 13. At the same time, a reserve nozzle block 9 is placed in the dispersion zone, and a failed block must be replaced by the operator without stopping the dispersing device. The presence in the proposed dispersing device of the hollow plunger sleeve 11 provides a tight connection of the cavity of the ultra-high pressure two-stage chamber 1 with the nozzle block 9.

Предложенная конструкция экструзионного диспергирующего устройства позволяет с необходимой периодичностью (после выработки ресурса) заменять оператору сопловые блоки диспергирующей головки без остановки диспергатора. Кроме того, предложенное устройство позволяет непрерывно контролировать работоспособность соплового блока, а в случае выхода его из строя, раньше установленного срока, автоматически заменять его. The proposed design of the extrusion dispersing device allows, with the necessary frequency (after running out of life) to replace the nozzle blocks of the dispersing head to the operator without stopping the dispersant. In addition, the proposed device allows you to continuously monitor the performance of the nozzle block, and in case of failure, ahead of schedule, automatically replace it.

Claims

A device for producing thin emulsions and suspensions containing a high and ultra-high pressure chamber, a standard dispersing head, a hydraulic high pressure source, an emulsion or suspension filling system and an automatic control system, characterized in that the dispersing head is made in the form of a rotary rotor with a set of dispersing elements, radially arranged relative to the axis of rotation of the rotor, the spherical damper mounted relative to the nozzle with the possibility of axial movement In this case, the rotor is equipped with a stepping mechanism for its rotation and is rigidly connected to it by means of a coupling, and the ultra-high pressure chamber is equipped with a movable hollow plunger sleeve connecting the ultra-high pressure chamber with the nozzle block of the dispersing head, and the pressure sensor is connected via an automatic control system with a stepping mechanism for turning the rotor.