RU2639799C1

RU2639799C1 - Rotory pulse apparatus

Info

Publication number: RU2639799C1
Application number: RU2017111551A
Authority: RU
Inventors: Олег Юрьевич Еренков; Анна Андреевна Король; Дарья Дмитриевна Узинская; Даниил Олегович Яворский
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2017-12-22

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: rotary-pulsation apparatus has a working chamber with a device for introducing contacting phases in the form of injection mixing unit, which nozzle is located directly in the chamber of the apparatus, the outlet branch pipe for emulsion, with a rotor concentrically installed therein, and a stator with radial channels. The central part of the rotor has the form of a truncated cone with a recess in the apex and at least two concentric annular projections on the side surface. At the apex of the truncated cone there is a nozzle. The nozzle comprises a front concave and a side annular wall. There are through-holes made on the front and side walls of the nozzle. The nozzle is installed with a gap between the recessed surface of the truncated cone and the front wall.

EFFECT: increased homogeneity of the resulting emulsion, while ensuring high degree of its dispersion.

2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для получения дисперсных систем, преимущественно "жидкость - жидкость", и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.The invention relates to equipment for producing dispersed systems, mainly "liquid-liquid", and can be used in chemical, food, microbiological and other industries.

Известен роторно-импульсный аппарат (а.с. СССР №725691, кл. B01F 7/28, 1975 г.), который состоит из корпуса с размещенными на нем патрубком ввода одного из компонентов, кольцевых коллекторов, имеющих патрубки ввода другого компонента и патрубки вывода готовой смеси. В корпусе находятся коаксиально расположенные цилиндры ротора и статора, имеющие продольные прорези для прохода обрабатываемой среды. В торцевой стенке ротора имеются отверстия, сообщающиеся с прорезями. Соответственно в торцевой поверхности статора также имеются отверстия, сообщающиеся с кольцевыми коллекторами.Known rotary-pulse apparatus (AS USSR No. 725691, class B01F 7/28, 1975), which consists of a housing with an input pipe of one of the components located on it, ring collectors having input pipes of another component and pipes withdrawal of the finished mixture. In the housing are coaxially arranged rotor and stator cylinders having longitudinal slots for the passage of the medium to be treated. In the end wall of the rotor there are holes communicating with slots. Accordingly, in the end surface of the stator there are also holes communicating with the annular collectors.

Однако в данном аппарате диспергирование осуществляется в одну стадию, непосредственно в прорезях ротора и статора, что не может обеспечить однородности получаемой эмульсии.However, in this apparatus, dispersion is carried out in one stage, directly in the slots of the rotor and stator, which cannot ensure uniformity of the emulsion obtained.

Известен роторно-пульсационный аппарат для получения дисперсных систем, преимущественно "жидкость - жидкость" (патент 2299091, кл. B01F 7/28, 2007), включающий рабочую камеру с устройством ввода контактирующих фаз и патрубком вывода эмульсии, концентрично установленными в камере ротором и статором, имеющими радиальные каналы. Особенность заключается в том, что устройство ввода фаз представляет собой инжекционный узел смешения, сопло которого располагается непосредственно в камере аппарата, центральная часть ротора выполнена в форме усеченного конуса, имеющего углубление в вершине и, по крайней мере, два концентричных кольцевых выступа на боковой поверхности.Known rotary-pulsation apparatus for producing dispersed systems, mainly "liquid-liquid" (patent 2299091, class B01F 7/28, 2007), including a working chamber with a contact phase input device and an emulsion outlet pipe, concentrically mounted in the chamber by a rotor and a stator having radial channels. The peculiarity lies in the fact that the phase input device is an injection mixing unit, the nozzle of which is located directly in the apparatus chamber, the central part of the rotor is made in the form of a truncated cone having a recess in the apex and at least two concentric annular protrusions on the side surface.

Однако использование данного устройства не позволяет повысить однородность получаемой эмульсии и высокую степень ее дисперсности в случае высокой вязкости исходных компонентов.However, the use of this device does not improve the uniformity of the resulting emulsion and its high degree of dispersion in the case of high viscosity of the starting components.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности.The technical problem to which the invention is directed is to increase the uniformity of the resulting emulsion while ensuring a high degree of dispersion thereof.

Поставленная задача достигается тем, что в роторно-пульсационном аппарате, содержащем рабочую камеру с устройством ввода контактирующих фаз в виде инжекционного узла смешения, сопло которого расположено непосредственно в камере аппарата, патрубок вывода эмульсии, с концентрично установленными в ней ротором и статором с радиальными каналами, при этом центральная часть ротора имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и, по крайней мере, с двумя концентричными кольцевыми выступами на боковой поверхности, согласно изобретению, что в вершине усеченного конуса установлена насадка, содержащая фронтальную вогнутую и боковую кольцевую стенки, при этом на фронтальной и боковой стенках насадки выполнены сквозные отверстия, а насадка установлена с зазором между углубленной поверхностью усеченного конуса и фронтальной стенкой.The task is achieved in that in a rotary-pulsating apparatus containing a working chamber with a contact phase input device in the form of an injection mixing unit, the nozzle of which is located directly in the apparatus chamber, an emulsion outlet pipe, with a rotor and a stator with radial channels concentrically mounted in it, the central part of the rotor is in the form of a truncated cone with a recess in the apex and at least two concentric annular protrusions on the side surface, according to the invention that a nozzle is installed at the top of the truncated cone containing the front concave and lateral annular walls, while through holes are made on the front and side walls of the nozzle, and the nozzle is installed with a gap between the recessed surface of the truncated cone and the front wall.

Известно, что достижение высокой степени дисперсности эмульсий связано с увеличением относительных скоростей взаимодействующих фаз. В данной конструкции такой эффект достигается за счет наличия сквозных отверстий на внешней и боковой поверхностях насадки, устанавливаемой в вершине усеченного конуса центральной части ротора.It is known that achieving a high degree of dispersion of emulsions is associated with an increase in the relative velocities of the interacting phases. In this design, this effect is achieved due to the presence of through holes on the outer and lateral surfaces of the nozzle mounted at the top of the truncated cone of the central part of the rotor.

При вращении ротора имеет место дополнительное диспергирование компонента эмульсии на мелкие капли, размер которых зависит от геометрических параметров сквозных отверстий, гидродинамических параметров потока, мощности привода и скорости вращения статора. Таким образом, создаются необходимые условия для повышения однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности.When the rotor rotates, there is an additional dispersion of the emulsion component into small droplets, the size of which depends on the geometric parameters of the through holes, the hydrodynamic parameters of the flow, drive power, and stator rotation speed. Thus, the necessary conditions are created to increase the uniformity of the resulting emulsion while ensuring a high degree of dispersion.

Конструкция роторно-пульсационного аппарата поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен поперечный разрез устройства, а на фиг. 2 – сечение ротора с насадкой.The design of the rotary pulsation apparatus is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 is a cross-sectional view of the device, and FIG. 2 - section of the rotor with the nozzle.

В состав роторно-пульсационного аппарата входит цилиндрическая рабочая камера 1, имеющая крышку 2 с размещенным на ней устройством для ввода контактирующих фаз 3. Устройство выполнено в виде инжекционного узла смешения, имеет центральный патрубок 4, расположенный соосно с ним канал 5, оканчивающийся соплом 6. Через патрубок 4 и канал 5 в зону смешения подаются компоненты эмульсии. Непосредственно в камере 1 расположен ротор 7, вращение которого производится от привода (не показан). Центральная часть ротора 7 имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и кольцевые выступы на боковой поверхности. В вершине усеченного конуса закреплена одним из известных способов насадка 8, которая состоит из фронтальной вогнутой стенки 9 и боковой кольцевой стенки 10, при этом имеется зазор 11 между поверхностью стенки 9 и поверхностью углубления усеченного 7. В стенках 9 и 10 выполнены отверстия 12 и 13. Периферийная часть ротора 7 имеет три коаксиальных цилиндра 14 с радиальными прямоугольными каналами для прохода обрабатываемой среды. На крышке 2 концентрично по отношению к цилиндрам 14 ротора 7 расположены два цилиндра 15, которые также имеют радиальные прямоугольные каналы. Вывод готовой эмульсии производится через тангенциальный патрубок 16 в обечайке рабочей камеры.The rotary-pulsation apparatus includes a cylindrical working chamber 1 having a cover 2 with a device for introducing contacting phases 3 placed on it. The device is made in the form of an injection mixing unit, has a central pipe 4, a channel 5 located coaxially with it, ending with a nozzle 6. Through the pipe 4 and channel 5 in the mixing zone serves the components of the emulsion. Directly in the chamber 1 is a rotor 7, the rotation of which is from a drive (not shown). The central part of the rotor 7 has the shape of a truncated cone with a recess in the apex and annular protrusions on the side surface. At the top of the truncated cone, one of the known methods is fixed with a nozzle 8, which consists of a front concave wall 9 and a side annular wall 10, while there is a gap 11 between the surface of the wall 9 and the surface of the recess of the truncated 7. In the walls 9 and 10, holes 12 and 13 are made The peripheral part of the rotor 7 has three coaxial cylinders 14 with radial rectangular channels for the passage of the processed medium. On the lid 2 concentrically with respect to the cylinders 14 of the rotor 7 are two cylinders 15, which also have radial rectangular channels. The output of the finished emulsion is made through the tangential pipe 16 in the shell of the working chamber.

Аппарат работает следующим образом. В центральную часть вращающегося ротора 7 через канал 5 и патрубок 4 инжекционного узла смешения 3 поступают исходные компоненты эмульсии. Первый выходит из сопла 6 в виде расширяющейся затопленной струи, увлекая за собой часть потока второго компонента. Часть потока ударяется о поверхность стенки 9 насадки 8, при этом струя дробится на капли, которые после отражения подхватываются потоком второго компонента и вновь ударяются о поверхность концентрических кольцевых выступов центральной части ротора 7. Одновременно другая часть потока поступает в отверстия 12, из которых поток в виде высокоскоростных струек поступает в зазор 11. В зазоре 11 происходит интенсивное диспергирование одной из фаз и однородное ее распределение в объеме другой под действием пульсаций скорости и давления. Из зазора 11 поток компонентов эмульсии удаляется через отверстия 13 в виде высокоскоростных струек, которые подхватываются потоком из устройства 3 вывода фаз и далее ударно взаимодействуют с кольцевыми выступами центральной части ротора 7. Такое многоступенчатое предварительное дробление одного из компонентов позволяет получать достаточно однородный состав эмульсии.The device operates as follows. Initial components of the emulsion enter the central part of the rotating rotor 7 through the channel 5 and the pipe 4 of the injection unit for mixing 3. The first leaves the nozzle 6 in the form of an expanding flooded jet, entraining a portion of the flow of the second component. Part of the flow hits the surface of the wall 9 of the nozzle 8, while the jet is crushed into droplets, which after reflection are picked up by the flow of the second component and again hit the surface of the concentric annular protrusions of the central part of the rotor 7. At the same time, another part of the flow enters the openings 12, from which in the form of high-speed jets enters the gap 11. In the gap 11 there is an intensive dispersion of one of the phases and its uniform distribution in the volume of the other under the influence of pulsations of speed and pressure. From the gap 11, the flow of emulsion components is removed through openings 13 in the form of high-speed jets, which are picked up by the flow from the phase output device 3 and then impactly interact with the annular protrusions of the central part of the rotor 7. Such a multi-stage preliminary crushing of one of the components allows to obtain a fairly uniform composition of the emulsion.

Далее, проходя через периодически перекрывающиеся каналы в цилиндрах 14 ротора 7 и цилиндрах 15 крышки 2, эмульсия подвергается совместному действию знакопеременного давления, микротечений и развитой турбулентности. Под их воздействием происходит окончательное тонкое диспергирование и образуется эмульсия требуемого качества, которая выводится из аппарата через патрубок 16.Further, passing through periodically overlapping channels in the cylinders 14 of the rotor 7 and the cylinders 15 of the cover 2, the emulsion is subjected to the combined action of alternating pressure, microflows and developed turbulence. Under their influence, the final fine dispersion occurs and an emulsion of the required quality is formed, which is removed from the apparatus through the pipe 16.

Применение данного технического решения позволит, по сравнению с аналогами, повысить степень однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности путем дополнительного гидродинамического воздействия на компоненты эмульсии за счет установки в вершине усеченного конуса ротора насадки, стенки которой имеют сквозные отверстия.The application of this technical solution will allow, in comparison with analogues, to increase the degree of homogeneity of the emulsion obtained while ensuring a high degree of dispersion by additional hydrodynamic action on the components of the emulsion by installing a nozzle at the top of the truncated cone of the rotor, the walls of which have through holes.

Claims

A rotary-pulsating apparatus containing a working chamber with a contact phase input device in the form of an injection mixing unit, the nozzle of which is located directly in the apparatus chamber, an emulsion outlet pipe, with a rotor and a stator with radial channels concentrically mounted in it, and the central part of the rotor has the form truncated cone with a recess in the apex and with at least two concentric annular protrusions on the lateral surface, characterized in that at the top of the truncated cone we are installed order, comprising a front side and a concave annular wall, wherein the front and side walls of the nozzle through holes, and the nozzle installed with a gap between the recessed surface of the truncated cone and the front wall.