RU2195996C2

RU2195996C2 - Plant for production of fluid-flow multicomponent mixtures

Info

Publication number: RU2195996C2
Application number: RU2000125709A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Будрик; Г.С. Новиков; В.Д. Харитонов
Original assignee: Государственное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности; Будрик Владислав Глебович; Новиков Геннадий Степанович; Харитонов Владимир Дмитриевич
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: plants for realization of processes of grinding, mixing, emulsifying, dispersion, homogenizing, aeration, foaming and heat treatment; applicable in dairy, food pharmaceutical and other industries. SUBSTANCE: plant for production of fluid-flow multicomponent mixtures relates to apparatuses of rotary-pulsation type and has body with inlet and outlet pipes, rotor located on vertical shaft coaxially with inlet pipe and fixed in body stator, concentric working members with through radial bores with different number of working members on stator and rotor, device for regulation of gap between rotor and stator, and shaft sealing unit. Working surfaces of rotor and stator have trapezoidal bosses. Installed above inlet pipe is vessel with warmth-keeping jacket. Projecting end of vertical shaft is introduced into vessel cavity and provided with additional working members. Plant allows production of fluid-flow multicomponent mixtures with a wide range of treatment of fluid-flow systems different in composition and nature, particularly, for simultaneous dispersion, homogenizing, heat treatment (heating and cooling of solutions, emulsions, suspensions and pastes) and foaming of fluid-flow media. EFFECT: higher efficiency in use. 2 cl, 2 dwg

Description

Установка предназначается для осуществления процессов измельчения, перемешивания, эмульгирования, диспергирования, гомогенизирования, аэрирования, вспенивания и термической обработки (нагревания и охлаждения) растворов, эмульсий, суспензий и паст, И может найти применение в молочной, пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. The unit is intended for the implementation of processes of grinding, mixing, emulsification, dispersion, homogenization, aeration, foaming and heat treatment (heating and cooling) of solutions, emulsions, suspensions and pastes, and can be used in dairy, food, chemical, pharmaceutical and other industries .

Установка предназначена для получения жидкотекучих многокомпонентных смесей и содержит корпус с крышкой, над входным патрубком которой расположена емкость с тепловой рубашкой. Входной патрубок корпуса снабжен штуцером для ввода в смесь газообразных или жидких наполнителей. В корпусе соосно с входным патрубком находится выступающий вертикальный вал двигателя, который введен в полость емкости. Отверстие под вал в корпусе дополнено узлом уплотнения. На валу крепится вращающийся ротор, нагнетательные лопатки и рабочие органы. Рабочие органы расположены в полости емкости и выполнены в виде дополнительных режущих насадок. К крышке корпуса крепится неподвижный статор и колосниковая решетка. Рабочие поверхности статора и ротора выполнены с трапециевидными выступами. Устройство снабжено средством для регулирования зазора между статором и ротором. The installation is designed to produce fluid multicomponent mixtures and contains a housing with a lid, above the inlet of which there is a container with a heat jacket. The inlet pipe of the housing is equipped with a fitting for introducing gaseous or liquid fillers into the mixture. In the housing coaxially with the inlet pipe is a protruding vertical shaft of the engine, which is inserted into the cavity of the tank. The shaft hole in the housing is supplemented by a seal assembly. A rotating rotor, discharge vanes and working bodies are mounted on the shaft. The working bodies are located in the cavity of the tank and are made in the form of additional cutting nozzles. A fixed stator and a grate are attached to the housing cover. The working surfaces of the stator and rotor are made with trapezoidal protrusions. The device is equipped with means for regulating the gap between the stator and the rotor.

Известны устройства для обработки жидкотекучих сред, например для получения дисперсии или эмульсии, в которых осуществляются процессы эмульгирования дисперсной фазы в жидкотекучей среде. Known devices for processing fluid media, for example to obtain a dispersion or emulsion, in which processes of emulsification of the dispersed phase in a fluid medium are carried out.

Известно устройство, которое содержит ротор, установленный на горизонтальном валу, выполненный в виде диска с размещенными на его торцах коаксиальными цилиндрами с проточными каналами и радиальными лопатками. A device is known that contains a rotor mounted on a horizontal shaft, made in the form of a disk with coaxial cylinders located on its ends with flow channels and radial blades.

Ротор установлен в статоре, и вместе они размещены в корпусе аппарата. На статоре установлены коаксиальные цилиндры с проточными каналами. Корпус аппарата имеет входной и выходной патрубки. The rotor is installed in the stator, and together they are placed in the body of the device. The stator has coaxial cylinders with flow channels. The casing of the apparatus has an inlet and outlet nozzles.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Обрабатываемая жидкотекучая среда через входной патрубок поступает в корпус устройства, где за счет центробежных сил, создаваемых вращающимся ротором, она движется в радиальном направлении. Проходя последовательно через ступени "ротор-статор", жидкотекучая среда подвергается механическому воздействию со стороны конструкций аппарата: лопаток ротора, зубьев ротора и статора, образованных боковыми поверхностями и прорезями коаксиальных цилиндров ротора и статора. Эти воздействия приводят к перемешиванию, измельчению, диспергированию, эмульгированию, гомогенизации в жидких многокомпонентных системах (Балабудкин М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. -М.: 1983, с.98-100, рис.24). The processed fluid medium through the inlet pipe enters the device housing, where due to the centrifugal forces created by the rotating rotor, it moves in the radial direction. Passing successively through the rotor-stator stages, the fluid medium is subjected to mechanical action from the apparatus structures: rotor blades, rotor teeth and stator formed by the side surfaces and slots of the coaxial rotor and stator cylinders. These effects lead to mixing, grinding, dispersion, emulsification, homogenization in liquid multicomponent systems (Balabudkin MA Rotary pulsation apparatus in the pharmaceutical industry. - M .: 1983, p. 98-100, Fig. 24).

Однако известное устройство является малоэффективным в процессах получения тонких эмульсий (дисперсий), что обусловлено недостаточным механическим воздействием, на жидкую среду со стороны элементов конструкций аппарата. А горизонтальное расположение вала и входного патрубка не дает возможность обработки высоковязких и высоконаполненных композиций. However, the known device is ineffective in the processes of obtaining thin emulsions (dispersions), which is due to insufficient mechanical impact on the liquid medium from the structural elements of the apparatus. A horizontal arrangement of the shaft and the inlet pipe does not allow the processing of highly viscous and highly filled compositions.

Наиболее близким к предложенному изобретению является виброкавитационный смеситель, который содержит корпус с крышкой с вертикально расположенным входным патрубком. В корпусе закреплен статор с тремя съемными концентрически расположенными пальцами с рабочими элементами. В нижней части корпуса соосно с входным патрубком размещен вал, вращающийся в подшипниковом узле. Вал имеет съемный узел уплотнения в виде кольца с фланцем, которым узел крепится к корпусу. В верхней части вала закреплен ротор, представляющий собой диск, расположенный на валу и снабженный двумя рядами съемных концентрически расположенных колец с рабочими элементами. Ротор имеет лопасти, размещенные в центре диска и предназначенные для подачи обрабатываемой композиции на рабочие органы. В наружной части корпуса образуется кольцевое пространство для выгрузки готового продукта через выходной патрубок, расположенный на боковой поверхности корпуса (RU, п-т 2081692 С1, кл.6 В 01 F 7/28, 1997). Closest to the proposed invention is a vibro-cavitation mixer, which contains a housing with a lid with a vertically located inlet pipe. A stator with three removable concentrically arranged fingers with working elements is fixed in the housing. In the lower part of the housing coaxially with the inlet pipe there is a shaft rotating in the bearing assembly. The shaft has a removable seal assembly in the form of a ring with a flange that secures the assembly to the housing. A rotor is mounted in the upper part of the shaft, which is a disk located on the shaft and equipped with two rows of removable concentrically arranged rings with working elements. The rotor has blades located in the center of the disk and designed to supply the processed composition to the working bodies. In the outer part of the casing, an annular space is formed for unloading the finished product through the outlet pipe located on the side surface of the casing (RU, pt 2081692 C1, class 6 V 01 F 7/28, 1997).

Подвергаемая обработке композиция через входной патрубок поступает на лопасти ротора и отбрасывается в пространство между диском ротора и статором, пересекаемое движущимися рабочими органами ротора, где подвергается интенсивному виброкавитационному воздействию. The composition to be processed through the inlet pipe enters the rotor blades and is thrown into the space between the rotor disk and the stator, intersected by the moving working bodies of the rotor, where it is subjected to intense vibro-cavitation action.

Известное устройство не представляется возможным использовать для осуществления одновременно некоторых процессов, например гомогенизации и пастеризации (стерилизации) жидких сред. Кроме того, наличие дополнительного подшипникого узла требует изготовления дополнительных деталей, что увеличивает стоимость изделия. The known device is not possible to use for the implementation of certain processes at the same time, for example, homogenization and pasteurization (sterilization) of liquid media. In addition, the presence of an additional bearing assembly requires the manufacture of additional parts, which increases the cost of the product.

Основными недостатками этих известных устройств является то, что при их промышленной эксплуатации в молочной, пищевой и других отраслях промышленности требуется создание технологических линий или компоновка их дополнительным оборудованием, например емкостью с мешалкой и тепловой рубашкой, насосом, эжектором и дополнительным трубопроводом для циркуляции жидкой смеси. The main disadvantages of these known devices is that during their industrial operation in the dairy, food and other industries, it is necessary to create production lines or arrange them with additional equipment, for example, a tank with a stirrer and a heat jacket, a pump, an ejector and an additional pipeline for circulating the liquid mixture.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка конструкции и создание высокопроизводительной, надежной и удобной в эксплуатации отечественной установки для получения жидкотекучих многокомпонентных сред с широким спектром обработки различных по составу и природе жидкотекучих систем, в частности, для одновременного диспергирования, гомогенизации, тепловой обработки и вспенивания жидкотекучих сред. The problem to which this invention is directed is the development of a design and the creation of a high-performance, reliable and easy-to-use domestic installation for the production of fluid multi-component media with a wide range of processing of various fluid composition systems and nature, in particular, for simultaneous dispersion, homogenization, thermal processing and foaming of fluid media.

Задача решена путем создания установки для получения жидкотекущих многокомпонентных смесей, содержащей корпус с входным и выходным патрубками, размещенный на вертикальном валу соосно с входным патрубком вращающийся ротор и закрепленный в корпусе неподвижный статор, выполненные в виде концентрических рабочих элементов со сквозными проточками, при этом количество рабочих элементов на статоре и на роторе различно, устройство для регулирования зазора между ротором и статором и узел уплотнения вала. The problem is solved by creating an installation for producing fluid multicomponent mixtures, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a rotating rotor arranged coaxially with the inlet nozzle and a fixed stator fixed in the housing, made in the form of concentric working elements with through grooves, while the number of working the elements on the stator and on the rotor are different, a device for regulating the gap between the rotor and the stator and a shaft seal assembly.

Над входным патрубком установлена емкость, при этом выступающий конец вертикального вала двигателя введен в полость емкости и снабжен дополнительными рабочими органами, что позволяет избавиться от дополнительного транспорта обрабатываемого продукта. И делает возможным осуществлять в емкости кроме тепловых процессов (пастеризация, стерилизация или охлаждение) еще такие процессы, как измельчение и перемешивание, без применения дополнительного привода, что способствует более глубокой обработке продукта на стадии подачи, а как следствие снижение себестоимости выработки и улучшение качества вырабатываемого продукта. A container is installed above the inlet pipe, while the protruding end of the vertical shaft of the engine is inserted into the cavity of the tank and is equipped with additional working bodies, which allows you to get rid of additional transport of the processed product. And it makes it possible to carry out in the tank, in addition to thermal processes (pasteurization, sterilization or cooling), such processes as grinding and mixing, without the use of an additional drive, which contributes to a deeper processing of the product at the supply stage, and as a result, a reduction in the cost of production and an improvement in the quality of the produced product.

Дополнительные рабочие органы выполнены в виде режущих насадок, что устраняет возможность забивания входного патрубка в результате образования твердых фаз в обрабатываемом продукте (например, коагулирования белка при смачивании) и позволяет вводить в смесь в качестве компонента крупные добавки без предварительного измельчения в дополнительном оборудовании. Это расширяет диапазон возможных технологических рецептов. Additional working bodies are made in the form of cutting nozzles, which eliminates the possibility of clogging of the inlet pipe due to the formation of solid phases in the processed product (for example, coagulation of protein during wetting) and allows large additives to be introduced into the mixture as a component without preliminary grinding in additional equipment. This broadens the range of possible technological recipes.

Входной патрубок снабжен штуцером для подвода газообразных или жидких компонентов, где газовая фаза при подаче в штуцер увлекается потоком обрабатываемого продукта и при похождении перекрывающихся каналов системы статор-ротор подвергается монодисперсному дроблению и равномерному распределению газовой фазы в обрабатываемом продукте. Это делает возможным параллельно осуществлять такие дополнительные процессы, как абсорбция, аэрирование, вспенивание и т.п., придающие новые качественные показатели конечному продукту. The inlet pipe is equipped with a nozzle for supplying gaseous or liquid components, where the gas phase, when fed into the nozzle, is entrained by the flow of the processed product and, when the overlapping channels of the stator-rotor system, are subjected to monodisperse crushing and uniform distribution of the gas phase in the processed product. This makes it possible to simultaneously carry out such additional processes as absorption, aeration, foaming, etc., which give new quality indicators to the final product.

Ротор снабжен нагнетательными лопатками, а статор снабжен дополнительной колосниковой решеткой, что создает дополнительное механическое воздействие, и, кроме того, наличие сменной колосниковой решетки ведет к задержке обрабатываемого продукта в активной рабочей зоне, что обеспечивает более длительную обработку. Нагнетательные лопатки на внешнем кольце ротора создают необходимый напор для транспортирования продукта, выполняя роль насоса. При применении специальной колосниковой решетки в паре с нагнетательными лопатками они могут выполнять функцию центробежного гомогенизатора, что повышает технологические возможности данной установки для получения жидкотекучих многокомпонентных смесей. The rotor is equipped with discharge vanes, and the stator is equipped with an additional grate, which creates an additional mechanical impact, and, in addition, the presence of a removable grate causes a delay in the processed product in the active working area, which ensures a longer processing time. Pressure blades on the outer rotor ring create the necessary pressure for transporting the product, acting as a pump. When using a special grate, paired with injection vanes, they can perform the function of a centrifugal homogenizer, which increases the technological capabilities of this unit for producing fluid multicomponent mixtures.

Рабочие поверхности ротора и статора выполнены с трапециевидными выступами, вследствие чего имеется возможность изменять зазор между зубьями ротора и статора, в зависимости от типа жидкотекучей среды и желаемой степени механического воздействия на обрабатываемый продукт. The working surfaces of the rotor and stator are made with trapezoidal protrusions, as a result of which it is possible to change the gap between the teeth of the rotor and stator, depending on the type of fluid and the desired degree of mechanical impact on the processed product.

Выходной патрубок сообщен с полостью чаши, исходя из чего при недостаточной обработке продукта за один проход, его можно направить на повторную обработку для более качественной обработки. The outlet pipe is in communication with the cavity of the bowl, on the basis of which, with insufficient processing of the product in one pass, it can be sent for reprocessing for better processing.

Все вышеперечисленные дополнения способствуют созданию законченного, удобного в эксплуатации изделия с расширенными функциональными способностями и большим спектром обработки различных по составу и природе жидкотекучих смесей. All of the above additions contribute to the creation of a complete, easy-to-use product with advanced functional capabilities and a wide range of processing of various in composition and nature of fluid mixtures.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид установки, на фиг.2 - диаметральное сечение установки. The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a General view of the installation, figure 2 is a diametrical section of the installation.

Установка для получения жидкотекучих многокомпонентных смесей содержит корпус 1 с крышкой 2, над входным патрубком 3 которой расположена емкость с тепловой рубашкой 4. Входной патрубок корпуса снабжен штуцером для ввода в смесь газообразных или жидких наполнителей 5. В корпусе соосно с входным патрубком находится выступающий вертикальный вал 6 двигателя 7, который введен в полость емкости. Отверстие под вал в корпусе дополнено узлом уплотнения 8. На валу крепятся вращающийся ротор 9, нагнетательные лопатки 10, крыльчатка 11 и рабочие органы 12. Рабочие органы расположены в полости емкости и выполнены в виде дополнительных режущих насадок. К крышке корпуса крепится неподвижный статор 13 и колосниковая решетка 14. Рабочие поверхности статора и ротора выполнены с трапециевидными выступами. Установка снабжена устройством для регулирования зазора между статором и ротором 15. Выходной патрубок 16 сообщен с емкостью линией рециркуляции 17. Installation for receiving fluid multicomponent mixtures contains a housing 1 with a cover 2, above the inlet pipe 3 of which there is a container with a heat jacket 4. The inlet pipe of the housing is equipped with a fitting for introducing gaseous or liquid fillers into the mixture 5. A protruding vertical shaft is coaxial with the inlet pipe 6 of the engine 7, which is introduced into the cavity of the tank. The shaft hole in the housing is supplemented by a seal assembly 8. A rotating rotor 9, pressure vanes 10, impeller 11 and working bodies 12 are mounted on the shaft. The working bodies are located in the cavity of the container and are made in the form of additional cutting nozzles. The fixed stator 13 and the grate are attached to the housing cover 14. The working surfaces of the stator and rotor are made with trapezoidal protrusions. The installation is equipped with a device for regulating the gap between the stator and the rotor 15. The output pipe 16 is in communication with the capacity of the recirculation line 17.

Принцип работы установки для получения жидкотекучих многокомпонентных смесей. The principle of operation of the installation for the production of fluid multicomponent mixtures.

Исходные компоненты загружаются в накопительную емкость, при необходимости подвергаются термической обработке и поступают из емкости на вращающиеся наклонные режущие насадки, где происходит первая стадия их измельчения и перемешивания. Затем обрабатываемый продукт подвергается многофакторному воздействию со стороны элементов конструкции в перфорированных венцах вращающегося ротора и неподвижного статора. При этом в потоке возникают явления турбулентных пульсаций и жидкостной кавитации, что обеспечивает гомогенизацию продукта. Обработанный продукт под напором выходит из выходного патрубка и далее, при необходимости, через линию рециркуляции полностью или частично направляется в накопительную емкость, откуда вновь поступает в установку для повторной обработки. При необходимости аэрирования или вспенивания продукта возможен ввод газовой фазы в обрабатываемый продукт через соответствующий штуцер, расположенный в зоне вращения режущих насадок. The initial components are loaded into the storage tank, if necessary, subjected to heat treatment and supplied from the tank to the rotating inclined cutting nozzles, where the first stage of their grinding and mixing takes place. Then the processed product is subjected to multifactorial effects from the structural elements in the perforated crowns of the rotating rotor and the stationary stator. In this case, the phenomenon of turbulent pulsations and liquid cavitation occurs in the flow, which ensures homogenization of the product. The processed product leaves the outlet pipe under pressure and then, if necessary, is completely or partially sent to the storage tank through the recirculation line, from where it again enters the unit for reprocessing. If it is necessary to aerate or foaming the product, it is possible to introduce the gas phase into the processed product through a suitable fitting located in the zone of rotation of the cutting nozzles.

Claims

1. Installation for producing fluid multicomponent mixtures, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a rotating rotor located coaxially with the inlet nozzle and a stationary stator fixed in the housing, made in the form of concentric working elements with through grooves, a device for regulating the gap between the rotor and a stator and a shaft seal assembly, characterized in that the working surfaces of the rotor and stator are made with trapezoidal protrusions, the number of working elements per stat it is different on the rotor, and a container with a heat jacket is installed above the inlet pipe, the protruding end of the vertical shaft is inserted into the cavity of the vessel and equipped with additional working bodies in the form of inclined cutting nozzles, and the inlet pipe is equipped with a fitting for supplying gaseous or liquid components.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the rotor is equipped with discharge vanes and the stator is equipped with a grate.