RU2190462C2

RU2190462C2 - Rotary-pulsating apparatus

Info

Publication number: RU2190462C2
Application number: RU2000128253/12A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Иванец; Г.Е. Иванец; М.М. Афанасьева; Е.А. Сафонова; В.В. Артемасов
Original assignee: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: food-processing, pharmaceutical, chemical and other branches of industry. SUBSTANCE: apparatus has housing incorporating rotor and stator, which are made in the form of coaxial cones equipped with slots. Stator teeth have channels extending through central part of tooth toward rotor so that one of components is delivered immediately into working zone. Rotor hub is provided with openings for creating recirculating flows. Periodic overlapping of rotor and stator openings provides for development of high speed gradients, effective pulsation and turbulization of mixture flow. Apparatus may be used for treating heterogeneous systems. EFFECT: increased efficiency and simplified construction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для обработки гетерогенных систем и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to devices for processing heterogeneous systems and can be used in food, pharmaceutical, chemical and other industries.

Известен аппарат [1], в котором процесс смешения происходит за счет наличия ротора с коническими кольцами. A known apparatus [1], in which the mixing process occurs due to the presence of a rotor with conical rings.

Однако это устройство предназначено только для перемешивания систем "жидкость-жидкость", так как в случае подвода газообразной среды смещение будет малоэффективным, потому что объем газовой фазы, как правило, значительно больше жидкой, и должны быть созданы условия для циркуляции смеси. However, this device is intended only for mixing liquid-liquid systems, since in the case of supplying a gaseous medium, the displacement will be ineffective, because the volume of the gas phase, as a rule, is much larger than the liquid, and conditions must be created for the circulation of the mixture.

Известен центробежно-пульсационный аппарат [2], содержащий ротор и статор, выполненные в виде двух коаксиальных цилиндров. В этом устройстве циркуляция потока обеспечивается за счет радиальных лопаток, закрепленных на крышке и днище корпуса. Known centrifugal pulsation apparatus [2], containing a rotor and a stator made in the form of two coaxial cylinders. In this device, the flow circulation is provided by radial blades mounted on the cover and bottom of the housing.

Однако такое расположение лопаток не способствует равномерному перемешиванию смеси по всему объему аппарата. However, this arrangement of the blades does not contribute to uniform mixing of the mixture throughout the volume of the apparatus.

Известен роторно-пульсационный аппарат [3] , в котором ротор и статор снабжены зубьями с каналами внутри их. Так как каналы выполнены сквозными, газовая фаза не попадает непосредственно в рабочую зону между статором и ротором, и это приводит к неравномерному распределению газовой среды в рабочем пространстве. Known rotor-pulsation apparatus [3], in which the rotor and stator are equipped with teeth with channels inside them. Since the channels are made through, the gas phase does not directly enter the working area between the stator and the rotor, and this leads to an uneven distribution of the gas medium in the working space.

Недостатком данного аппарата также является то, что частицы смеси получаются определенного размера, так как не предусмотрена возможность регулировки зазора между ротором и статором. The disadvantage of this apparatus is that the particles of the mixture are obtained a certain size, since it is not possible to adjust the gap between the rotor and the stator.

Известен диспергатор [4], в котором статор и ротор выполнены в виде дисков и регулирование зазора между ними осуществляется за счет осевого перемещения ротора. Known dispersant [4], in which the stator and rotor are made in the form of discs and the clearance between them is controlled by the axial movement of the rotor.

Однако устройство регулирования в нем достаточно сложно и громоздко, что не соответствует цели, поставленной авторами - снижение потребляемой мощности и веса устройства. However, the control device in it is quite complicated and cumbersome, which does not correspond to the goal set by the authors - reducing the power consumption and weight of the device.

Кроме того, все перечисленные аналоги имеют существенный недостаток - отсутствие рубашки для охлаждения реакционной смеси. В любом из аппаратов при обработке любых компонентов за счет создания больших скоростей и интенсивной циркуляции потоков будет выделяться тепло, которое необходимо отводить. In addition, all of these analogues have a significant drawback - the lack of a jacket for cooling the reaction mixture. In any of the devices during the processing of any components due to the creation of high speeds and intensive circulation of flows, heat will be generated, which must be removed.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является роторно-пульсационный аппарат [5], содержащий входной и выходной патрубки, ротор и статор с рабочими элементами в виде зубьев. Кроме того, ротор снабжен лопастями для улучшения циркуляции потока смеси. Closest to the proposed invention is a rotary-pulsation apparatus [5], containing inlet and outlet nozzles, a rotor and a stator with working elements in the form of teeth. In addition, the rotor is equipped with blades to improve the circulation of the mixture flow.

Недостатком этого аппарата является также отсутствие охладительной рубашки, отсутствие возможности регулирования зазора между ротором и статором и отсутствие каналов в зубьях статора, что приводит к неравномерному распределению газовой фазы в объеме смеси. В устройстве не предусмотрены конструктивные решения для создания интенсивной циркуляции потока. Учитывая, что объем газовой фазы значительно превышает количество жидкости, в конструкции аппарата должны быть созданы условия для рециркуляции потока газовой среды. Известно, что рециркуляция является мощным средством, обеспечивающим равномерное распределение компонентов по объему смеси, что приводит к получению конечного продукта высокого качества. The disadvantage of this apparatus is the lack of a cooling jacket, the inability to control the gap between the rotor and the stator and the absence of channels in the teeth of the stator, which leads to an uneven distribution of the gas phase in the volume of the mixture. The device does not provide constructive solutions for creating intense flow circulation. Given that the volume of the gas phase significantly exceeds the amount of liquid, conditions must be created in the design of the apparatus for the recirculation of the gas flow. It is known that recycling is a powerful tool that provides uniform distribution of components throughout the volume of the mixture, which leads to a final product of high quality.

Целью изобретения является повышение эффективности процессов тепломассообмена в гетерогенных средах типа "газ-жидкость" за счет однородного дробления и равномерного распределения диспергируемого компонента в активной зоне аппарата и организации рециркулирующих потоков. The aim of the invention is to increase the efficiency of heat and mass transfer processes in heterogeneous media such as gas-liquid due to uniform crushing and uniform distribution of the dispersible component in the active zone of the apparatus and the organization of recirculating flows.

Поставленная цель достигается путем размещения в зубьях статора вертикальных каналов с выходом в средней части зуба в сторону ротора и сообщающихся между собой посредством общей распределительной камеры. Кроме того, в ступице ротора выполнены отверстия для организации внутренних циркуляционных потоков в аппарате и установлены лопасти, обеспечивающие повышенный насосный эффект. Ротор и статор выполнены в виде коаксиально расположенных конусов, дающих возможность изменения гидравлического давления в зазоре путем регулирования величины зазора. Аппарат снабжен теплообменной рубашкой для поддержания и регулирования температуры обрабатываемой среды. This goal is achieved by placing vertical channels in the stator teeth with an exit in the middle part of the tooth towards the rotor and communicating with each other through a common distribution chamber. In addition, openings were made in the rotor hub for organizing internal circulation flows in the apparatus and blades were installed to provide an increased pumping effect. The rotor and stator are made in the form of coaxially arranged cones, making it possible to change the hydraulic pressure in the gap by adjusting the size of the gap. The apparatus is equipped with a heat exchange jacket to maintain and control the temperature of the medium being treated.

На чертеже показана конструкция предлагаемого аппарата. Он состоит из корпуса 1, патрубков 2, 3 для ввода компонентов и патрубка 4 для вывода готового продукта. В корпусе смонтированы кольца статора 5 и 6. На валу 7 закреплен ротор 8, снабженный лопастями 9 и отверстиями 10. Ротор и статор выполнены в виде коаксиальных конусов с прорезями 11. На наружной поверхности аппарата размещена рубашка 12 со штуцерами 13 и 14 для ввода и вывода теплоносителя. В зубьях статора 5 имеются каналы 15, выходящие в центральной части зуба в сторону ротора и сообщающиеся с камерой 16. Набор регулировочных шайб 17 служит для настройки величины зазора между статором и ротором. The drawing shows the design of the proposed apparatus. It consists of a housing 1, nozzles 2, 3 for input components and nozzle 4 for output of the finished product. Stator rings 5 and 6 are mounted in the housing. A rotor 8 is mounted on the shaft 7, equipped with blades 9 and holes 10. The rotor and stator are made in the form of coaxial cones with slots 11. A jacket 12 with fittings 13 and 14 for input and coolant outlet. In the teeth of the stator 5 there are channels 15 extending in the central part of the tooth towards the rotor and communicating with the camera 16. The set of adjusting washers 17 serves to adjust the size of the gap between the stator and the rotor.

Аппарат работает следующим образом. По центральному патрубку 2 во внутреннюю полость ротора 8 подается компонент с большим удельным весом. Через патрубок 3 в камеру 16 подается компонент с меньшим удельным весом, который, проходя через каналы 15, сразу же попадает в центральную часть зоны действия тангенциальных и пульсационных сил, где подвергается интенсивному дроблению и перемешиванию. Пройдя активную зону, смесь попадает во внешнюю камеру, откуда через отверстия 10 вновь поступает в полость ротора и затем лопастями 9 отбрасывается в зону периодически перекрывающихся прорезей ротора и статора. The device operates as follows. A component with a high specific gravity is fed through the central pipe 2 to the inner cavity of the rotor 8. A component with a lower specific gravity is fed through the pipe 3 to the chamber 16, which, passing through the channels 15, immediately enters the central part of the zone of action of the tangential and pulsating forces, where it undergoes intensive crushing and mixing. Having passed the active zone, the mixture enters the external chamber, from where it again enters the rotor cavity through the holes 10 and then is blown by the vanes 9 into the zone of periodically overlapping slots of the rotor and stator.

Таким образом, за счет рециркуляции потока обеспечивается многократное взаимодействие компонентов смеси, а периодическое перекрывание прорезей ротора и статора создает условия для эффективной турбулизации и пульсации потока. Готовый продукт отводится через патрубок 4. Тепло, выделяемое в процессе обработки смеси, отводится циркулирующим в рубашке 12 теплоносителем. Так как вращение ротора происходит с постоянной скоростью и каналы выходят в центр зоны действия пульсационных сил и больших градиентов скорости, размер частиц всегда одинаковый и они равномерно распределены по всему объему зоны. Этим обеспечивается однородность дробления и минимальный размер частиц диспергируемого компонента. Thus, due to the recirculation of the flow, multiple interaction of the mixture components is ensured, and the periodic overlapping of the slots of the rotor and stator creates the conditions for effective turbulization and pulsation of the flow. The finished product is removed through the pipe 4. The heat generated during the processing of the mixture is removed by the heat carrier circulating in the jacket 12. Since the rotor rotates at a constant speed and the channels go to the center of the zone of action of the pulsating forces and large velocity gradients, the particle size is always the same and they are uniformly distributed throughout the volume of the zone. This ensures uniformity of crushing and a minimum particle size of the dispersible component.

Таким образом, достижение цели изобретения обеспечивается совокупным применением приспособления для однородного дробления, непосредственно в зоне действия пульсационных сил, больших градиентов скорости и созданием рециркуляционных потоков, обеспечивающих полное взаимодействие компонентов смеси, равномерность их распределения, т.е. эффективность процесса. Thus, the achievement of the objective of the invention is ensured by the combined use of devices for uniform crushing, directly in the zone of action of pulsating forces, large velocity gradients and the creation of recirculation flows that ensure complete interaction of the components of the mixture, the uniformity of their distribution, i.e. process efficiency.

Преимущества предлагаемого аппарата перед известными конструкциями подтверждены сравнительными лабораторными испытаниями. В этом аппарате получены комбинированные продукты питания на основе облепихи, ягод черной смородины и другие. Минимальная степень дисперсности частиц, равная 2 мкм, достигнута при величине зазора между ротором и статором 0,1 мм. The advantages of the proposed device over the known designs are confirmed by comparative laboratory tests. In this apparatus, combined food products based on sea buckthorn, blackcurrant berries and others are obtained. The minimum degree of particle dispersion, equal to 2 μm, was achieved with a gap between the rotor and stator of 0.1 mm.

Литература
1. А.с. СССР 1191102 А, В 01 F 7/28, 1985.Literature
1. A.S. USSR 1191102 A, B 01 F 7/28, 1985.

2. А.с. СССР 940825, В 01 F 7/28, 1982. 2. A.S. USSR 940825, 01 F 7/28, 1982.

3. А.с. СССР 286974, В 01 F 11/00, 1970. 3. A.S. USSR 286974, 01 F 11/00, 1970.

4. А.с. СССР 664677, В 01 F 7/26, 1979. 4. A.S. USSR 664677, 01 F 7/26, 1979.

5. А.с. СССР 488604, В 01 F 7/28, 1975. 5. A.S. USSR 488604, 01 F 7/28, 1975.

Claims

A rotary-pulsating apparatus containing inlet and outlet nozzles, a housing with a rotor installed in it, in the hub of which holes are made, and a stator with working elements in the form of teeth, in addition, the rotor is equipped with blades, characterized in that the vertical channels are made in the stator teeth extending into the middle part of the tooth and facing the rotor.