UA106533U

UA106533U - Homogenizer head

Info

Publication number: UA106533U
Application number: UAU201511335U
Authority: UA
Inventors: Кирило Олегович Самойчук; Григорій Вікторович Дейниченко; Артур Володимирович Панов
Original assignee: Таврійський Державний Агротехнологічний Університет
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2016-04-25

Abstract

Головка гомогенізатора містить сідло, клапан, притискний механізм, центральний канал, з'єднаний з ідентичними кільцевими каналами, розташованими співвісно навпроти один до другого, що утворюють зону зіткнення двох протилежно направлених кільцевих потоків емульсії. Кут між твірними внутрішніх конусних поверхонь каналів, які формують кільцеві потоки емульсії, в осьовій площині головки складає 40-60°.The homogenizer head comprises a saddle, a valve, a clamping mechanism, a central channel connected to identical annular channels arranged coaxially opposite to each other, forming a collision zone of two oppositely directed annular emulsion flows. The angle between the generating inner conical surfaces of the channels that form the annular emulsion flows in the axial plane of the head is 40-60 °.

Description

Корисна модель належить до пристроїв для гомогенізації емульсій і може бути використана в харчовій, переробній, зокрема молокопереробній, а, також, фармацевтичній, хімічній, парфумерній, косметичній та інших галузях промисловості, де використовується емульгування, диспергування і гомогенізація.The useful model belongs to devices for homogenizing emulsions and can be used in food, processing, in particular milk processing, as well as pharmaceutical, chemical, perfumery, cosmetic and other industries where emulsification, dispersion and homogenization are used.

Відома головка гомогенізатора, що містить сідло, клапан та притискний механізм, клапан якого при подачі емульсії під тиском до 25 МПа піднімається та утворює з сідлом кільцеву щілину (Нужин Е.В. Гомогенизация и гомогенизаторь. Монография. / Е.В. Нужин, А.К.The head of the homogenizer is known, which contains a seat, a valve and a pressure mechanism, the valve of which rises when the emulsion is fed under a pressure of up to 25 MPa and forms an annular gap with the seat (E.V. Nuzhin Homogenization and homogenizer. Monograph. / E.V. Nuzhin, A .K.

Гладушняк. - Одесса: Печатньй дом, 2007. - 264 сі.Hladushniak - Odesa: Printing house, 2007. - 264 si.

Емульсія, що піддається диспергуванню, подається до головки гомогенізатора під високим тиском під клапан, долає опір пружини, проходить у щілині між сідлом та клапаном, де утворюється високий градієнт швидкості потоку, завдяки чому відбувається "просковзування" дисперсної частки відносно дисперсійної фази емульсії (утворюється різниця швидкостей між дисперсною часткою та дисперсійною фазою), що призводить до руйнування дисперсної частки, тобто гомогенізації.The dispersible emulsion is fed to the head of the homogenizer under high pressure under the valve, overcomes the resistance of the spring, passes in the gap between the seat and the valve, where a high gradient of flow velocity is formed, due to which the dispersed particle "slips" relative to the dispersed phase of the emulsion (a difference velocities between the dispersed particle and the dispersed phase), which leads to the destruction of the dispersed particle, that is, homogenization.

Недоліком відомого пристрою є високі витрати енергії на створення необхідного тиску гомогенізації, який забезпечував би високий градієнт швидкості потоку у клапанній щілині, необхідний для руйнування дисперсної частки.The disadvantage of the known device is the high energy consumption to create the necessary homogenization pressure, which would provide a high flow rate gradient in the valve gap, necessary for the destruction of the dispersed particle.

Як прототип вибрана головка гомогенізатора, що містить сідло, клапан та притискний механізм, в якій виконаний центральний канал, який з'єднаний з ідентичними кільцевими каналами, розташованими співвісно навпроти один до одного, що утворюють зону зіткнення двох протилежно направлених кільцевих потоків емульсії. (Пат. Мо 98488 Україна, МКИ" А 01 11/00. Головка гомогенізатора / Самойчук К.О., Султанова В.О., Ялпачик Ф.Ю. - Мо и201412958; заявл. 03.12.2014; опубл. 27.04.2015. Бюл. Мо 81.As a prototype, a homogenizer head containing a seat, a valve and a pressure mechanism was selected, in which a central channel is made, which is connected to identical ring channels, located coaxially opposite each other, forming a collision zone of two oppositely directed annular flows of emulsion. (Pat. Mo 98488 Ukraine, MKI" А 01 11/00. Homogenizer head / Samoychuk K.O., Sultanova V.O., Yalpachik F.Yu. - Mo 201412958; application 03.12.2014; publ. 27.04.2015 81 Mo Blvd.

Потік початкової емульсії через під тиском надходить у центральний канал, де розділяється на два протилежно направлені потоки та, проходячи по кільцевих каналах клапана і сідла, спрямовуються до щілини, де відбувається зіткнення потоків емульсії, завдяки чому утворюється різниця швидкостей між дисперсною часткою та дисперсійною фазою яка необхідна для руйнування дисперсної частки. Після зіткнення двох протилежно направлених потоків емульсія проходить у щілині між сідлом та клапаном, де утворюється високий градієнтThe flow of the initial emulsion through under pressure enters the central channel, where it is divided into two oppositely directed flows and, passing through the annular channels of the valve and the seat, are directed to the gap, where the emulsion flows collide, due to which a velocity difference is formed between the dispersed particle and the dispersed phase, which necessary for the destruction of the dispersed particle. After the collision of two oppositely directed flows, the emulsion passes in the gap between the seat and the valve, where a high gradient is formed

Зо швидкості потоку і відбувається остаточна гомогенізація емульсії.The final homogenization of the emulsion takes place from the flow rate.

Ефективність роботи відомого пристрою залежить від швидкості кільцевих потоків емульсії у момент зіткнення, що у свою чергу залежить від швидкості витікання потоків з кільцевих каналів клапана і сідла. При використанні форми внутрішніх каналів, які формують струмені перед виходом їх з кільцевої щілини довільного типу, швидкість струменів у момент зіткнення зменшується при незмінних енерговитратах, що зменшує ступінь диспергування відомого пристрою.The efficiency of the known device depends on the velocity of the annular flows of the emulsion at the moment of collision, which in turn depends on the outflow velocity of the flows from the annular channels of the valve and the seat. When using the shape of the internal channels that form the jets before they exit the annular gap of an arbitrary type, the speed of the jets at the moment of collision decreases with unchanged energy consumption, which reduces the degree of dispersion of the known device.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення головки гомогенізатора, що утворює співвісні кільцеві канали, які формують зону зіткнення двох протилежно направлених кільцевих потоків емульсії, шляхом виконання внутрішніх поверхонь, які формують кільцеві потоки емульсії, певної форми, яка дозволить підвищити ефективність диспергування емульсії.The useful model is based on the task of improving the head of the homogenizer, which forms coaxial ring channels that form the collision zone of two oppositely directed ring flows of emulsion, by making the internal surfaces that form ring flows of emulsion, of a certain shape, which will increase the efficiency of emulsion dispersion.

Поставлена задача вирішується тим, що в голівці гомогенізатора, що містить сідло, клапан, притискний механізм, центральний канал, з'єднаний з ідентичними кільцевими каналами, розташованими співвісно навпроти один до другого, що утворюють зону зіткнення двох протилежно направлених кільцевих потоків емульсії, згідно з корисною моделлю, кут між твірними внутрішніх конусних поверхонь каналів, які формують кільцеві потоки емульсії, в осьовій площині головки складає 40-60".The problem is solved by the fact that in the head of the homogenizer, which contains a seat, a valve, a pressure mechanism, a central channel is connected to identical ring channels, located coaxially opposite each other, which form a collision zone of two oppositely directed ring flows of emulsion, according to according to a useful model, the angle between the generators of the internal conical surfaces of the channels, which form the annular flows of the emulsion, in the axial plane of the head is 40-60".

Ступінь подрібнення дисперсійної фази при гомогенізації визначається швидкістю потоків у момент зіткнення. Швидкість витікання потоку через щілину У, м/с, обчислюється за відомою формулою о-Ф др 5О у Рм , де ? - коефіцієнт швидкості щілини; Рм - густина емульсії, кг/м3;The degree of grinding of the dispersion phase during homogenization is determined by the speed of the flows at the moment of collision. The flow rate through the gap U, m/s, is calculated by the well-known formula о-Ф dr 5О у Рм , where ? - gap velocity coefficient; Rm - emulsion density, kg/m3;

Ар. надлишковий тиск подачі емульсії в головку, Па.Ar. excess pressure of emulsion supply to the head, Pa.

Звідки при певному значенні надлишкового тиску подачі та виду емульсії, швидкість потоку залежить від коефіцієнту ?, який має найбільше значення (ф-0,82-0,94) для конічних або щілинних звужуючих насадок (поверхонь) з кутом між бічними поверхнями В, що дорівнює 40- 6о" ДПІ.Whence, at a certain value of the excess supply pressure and the type of emulsion, the flow rate depends on the coefficient ?, which has the largest value (ф-0.82-0.94) for conical or slotted narrowing nozzles (surfaces) with an angle between the side surfaces B, which is equal to 40-6o" DPI.

Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено заявлений пристрій у осьовому розрізі, а на фіг. 2 - розріз по А-А пристрою.The essence of the useful model is explained by the drawing, where in fig. 1 shows the claimed device in an axial section, and in fig. 2 - A-A section of the device.

Головка гомогенізатора (фіг. 1, 2) містить канал подачі 1, центральний канал 2, притискний механізм 3, клапан 4, сідло 9, кільцеві канали клапана 5 та сідла 6, ущільнюючі кільця 7, щілину між клапаном та сідлом 9, внутрішні поверхні конусних каналів 10, які формують кільцеві потоки емульсії.The head of the homogenizer (Fig. 1, 2) contains a supply channel 1, a central channel 2, a clamping mechanism 3, a valve 4, a seat 9, annular channels of the valve 5 and seats 6, sealing rings 7, a gap between the valve and the seat 9, the inner surfaces of the conical channels 10, which form annular flows of emulsion.

Головка гомогенізатора працює таким чином. Потік початкової грубодисперсної емульсії через канал подачі 1 (фіг. 1, 2) під тиском надходить до центрального каналу 2, тисне на клапан 4 і, долаючи силу притискного механізму 3, підіймає його на певну висоту, в результаті чого утворюється щілина 8 між сідлом 9 і клапаном 4. Після проходження центрального каналу 2 емульсія розділяється на два протилежно направлені потоки, які формуються внутрішніми поверхнями конусних каналів 10, набуває високої швидкості і виходять через кільцеві канали клапана 5 і сідла 6. Після чого відбувається зіткнення кільцевих потоків емульсії та часткова гомогенізація, а саме взаємопроникнення дисперсних часток одного потоку у дисперсійну фазу іншого, завдяки чому утворюється різниця швидкостей між дисперсною часткою та дисперсійною фазою, необхідна для руйнування дисперсної частки. Після зіткнення двох протилежно направлених потоків, емульсія проходить через кільцеву щілину 8 між сідлом 9 та клапаном 4, де утворюється високий градієнт швидкості потоку, завдяки чому відбувається "просковзування" дисперсної частки відносно дисперсійної фази емульсії (утворюється різниця швидкостей між дисперсною часткою та дисперсійною фазою) і відбувається остаточна гомогенізація емульсії та відведення її з головки гомогенізатора. Причому, завдяки виконанню внутрішніх конусних поверхонь, які формують кільцеві потоки емульсії, в осьовій площині головки з кутом між твірними конусів В-40-60", потоки емульсії при зіткненні мають найбільшу швидкість, що підвищує ступінь диспергування гомогенізатора при незмінному тиску подачі емульсії в головку (енерговитратах).The homogenizer head works like this. The flow of the initial coarse emulsion through the supply channel 1 (Fig. 1, 2) under pressure enters the central channel 2, presses on the valve 4 and, overcoming the force of the pressure mechanism 3, raises it to a certain height, as a result of which a gap 8 is formed between the seat 9 and valve 4. After passing through the central channel 2, the emulsion is divided into two oppositely directed flows, which are formed by the inner surfaces of the conical channels 10, acquires a high speed and exit through the annular channels of the valve 5 and the seat 6. After that, the collision of the annular emulsion flows and partial homogenization occurs, namely, the interpenetration of dispersed particles of one flow into the dispersed phase of another, due to which a difference in velocities between the dispersed particle and the dispersed phase is formed, which is necessary for the destruction of the dispersed particle. After the collision of two oppositely directed flows, the emulsion passes through the annular gap 8 between the seat 9 and the valve 4, where a high flow velocity gradient is formed, due to which the dispersed particle "slips" relative to the dispersed phase of the emulsion (a speed difference between the dispersed particle and the dispersed phase is formed) and the final homogenization of the emulsion and its removal from the homogenizer head takes place. Moreover, due to the execution of internal conical surfaces that form annular emulsion flows, in the axial plane of the head with an angle between the generating cones of В-40-60", the emulsion flows have the highest speed upon collision, which increases the degree of dispersion of the homogenizer at a constant pressure of the emulsion supply to the head (energy expenditure).

Джерело інформації: 1. Справочник по гидравлике / |(В.А. Большаков, Ю.М. Константинов, В.Н. Попов и др.Ї; под ред. В.А. Большакова, - (2-е изд.|. - К.: Вища шк. Головноє изд-во, 1984. - 343 с.Source of information: 1. Handbook of hydraulics / (V.A. Bolshakov, Y.M. Konstantinov, V.N. Popov and others; under the editorship of V.A. Bolshakova, - (2nd ed.| - K.: Higher school, Main publishing house, 1984. - 343 p.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A homogenizer head containing a seat, a valve, a clamping mechanism, a central channel connected to identical annular channels, located coaxially opposite each other, forming a collision zone of two oppositely directed annular flows of emulsion, which is characterized by the fact that the angle between the inner conical surfaces of the channels that form the annular flows of the emulsion, in the axial plane of the head is 40-60". Her DeVVOVNVK in KD: And Anya SHE I. and hod eyudrenn -e Not ZHEO ZO.

TEETH ddyzhknyujudnki - kkhkkkkninkh Ablation In the neck! ІТЮ Deduction of cells /х E5, I Гх Z ele vnya Y gamOogptevkaVoi K y: I EE shk i same HOMONYMS in She ni en nn emUnS І K IV M х х ий их Мых ne ях Z х KZ х Ky z va Movna! ME ke in and in B school of roughly dispersed My.

WE M beyuto Vin emulsions Fig, i