Центробежный смеситель

 

Использование: в оборудовании для эффективного смешивания и диспергирования грубодисперсных жидких и сыпучих веществ в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: центробежный смеситель содержит корпус с патрубками входа и выхода, роторы, вращающиеся навстречу друг другу , радиальные лопасти в зоне входа, кольцевой канал зоны предварительного диспергирования, образованный зубьями концентрических выступов и впадин с радиИзобретение относится к оборудованию для смешения и диспергирования грубодисперсных сред различной вязкости, как жидких фаз, так и твердых сыпучих гелеобразующих веществ в жидкой среде, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Известна конструкция роторно-пульсационного аппарата, содержащего корпус, входной и выходной патрубки, ротор на вращающемся валу, статоры, расположенные концентрически на роторе и статор, пальцы альными проточками, концентрически расположенные пальцы роторов в зоне окончательного диспергирования и смешения, а также конусообразную перфорированную перегородку между зонами входа и окончательного диспергирования и смешения, причем отверстия в диске ротора соединяют зоны входа и предварительного диспергирования . Кроме того, глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов равна половине высоты выступов и просвет I между впадинами радиальных проточек равен зазору Z между выступами и впадинами роторов. Пальцы роторов в зоне окончательного диспергирования и смешения снабжены перпендикулярными к их осям выступами и прорезями, входящими друг в друга, причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическая перфорированная перегородка. Кроме того, размер отверстий перфорации тарели не более ра змера зазора Z и просвета I в зоне предварительного диспергирования. 6 ил., 1 табл. (с СП взаимно входящие друг в друга, лопасти в зоне входа продукта. Недостатком известной конструкции подобного типа является невозможность совмещения операций смешения и диспергирования жидкости и грубодисперсных порошков , так как рабочие органы: зубья роторов и статоров, пальцы не измельчают твердые частицы сыпучего вещества, а оказывают лишь перемешивающее воздействие , поскольку при совмещении радиальных проточек на роторах и статорах смесь сво2 СЛ Ы Ю N3

(19) (1! ) СОЮЗ СОВЕТСКИХ СРЦИ АЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (ss)s В 01 F 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835882/05 (22) 08.06.90 (46) 07.07.92. Бюл, М 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский . институт комплексного использования молочного сырья (72) С.Н.Пономарев и А,И.Казначеев (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1000085, кл. В 01 F 7/10, 1989.Авторское свидетельство СССР

N . 1354479, кл. B 01 F 5/16, 1986. (54) ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ (57) Использование: в оборудовании для эффективного смешивания и диспергирования грубодисперсных жидких и сыпучих веществ в пищевой. химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения; центробежный смеситель содержит корпус с патрубками входа и выхода, роторы, вращающиеся навстречу друг другу, радиальные лопасти в зоне входа, кольцевой канал зоны предварительного диспергирования. образованный зубьями концентрических выступов и впадин с радиИзобретение относится к оборудованию для смешения и диспергирования грубодисперсных сред различной вязкости, как жидких фаз, так и твердых сыпучих гелеобразующих веществ в жидкой среде, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известна конструкция роторно-пульсационного аппарата, содержащего корпус, входной и выходной патрубки, ротор на вращающемся валу, статоры. расположенные концентрически на роторе и статор, пальцы альными проточками, концентрически расположенные пальцы роторов в зоне окончательного диспергирования и смешения, а также конусообразную перфорированную перегородку между зонами входа и окончательного диспергирования и смешения, причем отверстия в диске ротора соединяют зоны входа и предварительного диспергирования. Кроме того, глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов равна половине высоты выступов и просвет между впадинами радиальных проточек равен зазору 2 между выступами и впадинами роторов. Пальцы роторов в зоне окончательного диспергирования и. смешения снабжены перпендикулярными к их осям выступами и прорезями, входящими друг в друга; причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическая перфорированная перегородка, Кроме того, размер отверстий перфорации тарели не более размера зазора 2 и просвета I в зоне предварительного диспергирования. 6 ил., 1 табл. взаимно входящие друг в друга, лопасти в зоне входа продукта.

Недостатком известной конструкции подобного типа является невозможность совмещения операций смешения и диспергирования жидкости и грубодисперсных порошков, так как рабочие органы: зубья роторов и статоров, пальцы не измельчают твердые частицы сыпучего вещества, а оказывают лишь перемешивающее воздействие, поскольку при совмещении радиальных проточек на роторах и статорах смесь сво1745322

15

25

50 бодно пульсирует в радиальном направлении, Известна конструкция устройства для смешения, содержащая корпус с патрубками входа и выхода продукта, роторы, с концентрически расположенными рядами пальцев, вращающиеся навстречу друг другу, кольцевые, радиальные лопасти для создания центробежного поля. Кольцевой канал образован двумя неподвижными относительно друг друга поверхностями.

Недостатком известной конструкции является то, что кольцевые каналы образованы плоскими поверхностями, неподвижными относительно друг друга. В этом случае при наличии в эмульсии грубодисперсных твердых частиц с размерами большими размеров каналов не происходит их измельчения из-за отсутствия сдвиговых и срезывающих усилий. Частицы большого размера сплющиваются (если они пластичные) и, меняя форму, проходят сквозь каналы или застревают в них (если частицы достаточно непластичные). В последнем случае каналы забиваются, а частицы -не подвергаются измельчению. Кроме того, поскольку в камере смещения известного устройства пальцы имеют гладкую поверхность, частицы не подвергаются диспергации, а простому смешению без их разрушения.

Применение известного устройства не позволяет получить однородные растворы при диспергировании и смешении сыпучих компонентов в жидкой среде, невозможно совмещение этих операций, необходима дополнительная предварительная обработка (измельчение, помол) сыпучих компонентов, на соответствующем технологическом оборудовании.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства и интенсификация процесса за счет совмещения операций диспергирования и смешения сыпучих веществ в жидкой среде.

Указанная цель достигается тем, что в центробежном смесителе, содержащем корпус с патрубками входа и выхода компонентов, дисковые роторы, выполненные с возможностью вращения навстречу друг другу, радиальные лопасти, концентрические пальцы с радиальными проточками;закрепленные на дисках роторов, установлена конусообразная перфорированная перегородка, укрепленная большим основанием на установленном со стороны входа компонентов роторном диске и имеющая на внутренней поверхности радиальные лопасти, в ограниченной конусообразной перегородкой зоне указанного диска выполнены отверстия для прохода компонентов, пальцы роторов снабжены перпендикулярно установленными выступами, размещенными во впадинах, образованных выступами смежных пальцев и прорезями, причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическая перфорированная перегородка, а глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов, выбрана равной половине высоты выступов.

На фиг,1 изображен смеситель, осевой разрез; на фиг.2 — разрез А — А на фиг,1; на фиг,3 — ротор с кольцевыми концентрическими выступами и впадинами, а также радиальными проточками и пальцами; на фиг.4 — взаимное расположение выступов и впадин при совмещении радиальных проточек; на фиг.5 — взаимное расположение выступов и прорезей пальцев; на фиг,6— пальцы, поперечный разрез, Центробежный смеситель содержит разъемный корпус 1, состоящий из двух частей, уплотняемых уплотнителем 2. Корпус

1 имеет воронку 3 с осевым патрубком для подачи сыпучего компонента и тангенциальным патрубком 4 для жидкого компонента, а такхсе тангенциальный патрубок 5 для выхода готового продукта. Обе части корпуса

1 крепятся друг с другом фланцами, а на противоположных фланцах обеих частей крепятся двигатели 6. На валах двигателей

6 консольно насажены оси 7 и 8, на концах которых шпонками 9 и гайками 10 крепятся роторы 11 и 12. В местах прохода оси 7 и ступицы ротора 11 сквозь корпус имеются уплотнения 13. Роторы 11 и 12 имеют на своих дисках кольцевые концентрические выступы 14 и впадины 15, взаимно входящие друг в друга, а также радиальные проточки 16 на выступах 14, причем глубина радиальных проточек 16 равна половине высоты выступов 14, Взаимное расположение выступов 14 и впадин 15 образует кольцевой извилистый канал 17 зоны предварительного диспергирования. Величина зазора между выступами 14 и впадинами 15 роторов 11 и 12 при глубине радиальных проточек 16, равной половине высоты выступов 14, будет одинакова с размером про-. света между впадинами радиальных проточек 16. Кроме того, далее по ходу компонентов от оси роторов 11 и 12 к периферии перпендикулярно поверхности их по концентрическим окружностям расположены пальцы 18. Пальцы 18 ротора 12 входят в промежутки между пальцами ротора 11. Со5

1745322 седние концентрические ряды пальцев 18 имеют перпендикулярные к оси выступы 19 и прорези 20, которые входят друг в друга с небольшим зазором. К диску ротора 12 кре- . пится винтами 21 конусообразная перфори- 5 рованная перегородка 22, имеющая отверстия перфорации диаметром, меньшим размера зазора извилистого канала 17.

Перегородка 22 является перегородкой между зонами входа и окончательного дис- 10 пергирования и смешения — зона расположения пальцев 18. Конусообразная перегородка образует кольцевой канал, соединяющий зону входа компонентов через отверстия 23 в роторе 12 с зоной предвари- 15 тельного диспергирования. Для создания дополнительного центробежного поля перегородка 22 на внутренней поверхности имеет радиальные лопасти 24, расположенные под углом к оси таким образом, что поток компонентов направляется в отверстия 23. (При демонтаже перегородки 22 зона входа и окончательного диспергирования соединяются через окна 25, имеющиеся в цилиндрической поверхности ротора 12).

Между соседними концентрическими рядами пальцев 18, расположенными на периферии роторов 11 и 12, имеется цилиндрическая перфорированная перегородка 26, внутренняя и наружная поверхности которой имеют минимальный зазор с пальцами 18. Перегородка 26 крепится винтами к корпусу 1 и является съемной.

Смеситель работает следующим образом

Роторы 11 и 12 вращаются навстречудруг другу с определенной частотой, Грубодисперсный неоднородный сыпучий материал, например натрийкарбоксиметилциллюлоза (йаКМЦ) или непросеянный фруктовый пектин, из доэатора подается через центральный патрубок воронки 3, а жидкость, например вода или обезжиренное молоко,— через тангенциальный патрубок 4. В воронке 3 происходит предварительное смачивание и смешение жидкости с порошком, в результате чего образуется грубодисперсная неоднородная смесь. Наиболее мелкие частицы порядка 0,1-100 мкм, смачиваясь жидкостью, сразу растворяются, образуя жидкость с более высокой вязкостью, чем первоначальная, но все же не одинаковой по всему объему. Эта составляющая смеси требует интенсивного смешения до однородной вязкости. Крупные частицы сыпучего материала размером порядка 100-2000 мкм, смачиваясь жидкостью, частично растворяются в ней и образуют агломераты с гелеподобной оболочкой, внутри которой находится твердая непроконтактировавшая

55 с растворителем частица. Для разрушения этих агломератов недостаточно простого перемешивания, необходимо создать большие усилия сдвига (среза) при одновременном интенсивном смешивании. Это достигается в зоне предварительного диспергирования, куда грубодисперсная составляющая смеси, подхватываемая из зоны входа вместе с частью жидкости ради- . альными наклонными лопастями 24, двигается по внутренней поверхности перфорированной конусообразной перегородке 22 и впрыскивается через отверстие.

23. Лопасти 24 создают дополнительное центробежное поле, компенсирующее гидравлическое сопротивление канала 17 зоны предварительного диспергирования, Часть жидкой составляющей смеси под действием центробежных сил проникает через перфорацию перегородки 22 и поступает в зону окончательного диспергирования и смешения. Агломераты грубодисперсной составляющей смеси имеют размеры, намного превосходящие размеры отверстий перегородки 22, поэтому они поступают в зазор Z извилистого канала 17 зоны предварительного диспергирования, и не проникают сразу в зону окончательного диспергирования смешения, Размеры зазора 2 извилистого канала 17 значительно меньше размеров агломератов, а для вероятности получения частиц одинакового размера после диспергирования просвет I между впадинами радиальных проточек 16 равен этому зазору. Это достигается тем, что глубина радиальных проточек 16 равна половине высоты h выступов 14. С целью улавливания агломератов с размерами, превышающими или равными размерам зазора, и направлениях их в зону предварительного диспергирования, отверстия перфорации тарели 21 имеют размеры, меньшие размеров зазора.

Агломераты, имеющие размеры, большие размеров отверстий перфораций перегородкой 22, с частью жидкости выбрасываются с большой скоростью через отверстие 23 в зону предварительного диспергирования, Двигаясь под действием центробежных сил, они подвергаются интенсивной механической обработке, измельчаясь как под действием среза кромок выступов l4 и радиальных проточек 16, так и под действием усилий сдвига, возникающих в зазорах Z выступов 14 и впадин 15, Часть агломератов разрушается окончательно и растворяется в жидкости, а другая часть, имеющая размеры (после обработки в зоне предварительного диспергирования) достаточно малые, поступает в зоне окончательного диспергирова1745322

ЗО

55 ния и смешения, где интенсивно перемешивается с составляющей потока, проникшей через перфорированную перегородку

22. Попадая в зазоры между выступами 19 и прорезями 20 пальцев 18, частицы подвергаются дополнительному измельчению, а поток интенсивному перемешиванию, Это достигается одновременным рассечением радиально двигающегося потока взаимно перпендикулярными плоскостями поверхностей пальцев 18, выступов 19 и прорезей

20. После окончательного разрушения агломератов и растворителей твердых частиц вязкость жидкости еще недостаточно однородна по обьему из-за возникновения гелевых включений большей вязкости, образующихся вместо проконтактировавших с жидкостью частиц, подвергшихся диспергированию в зоне выступов 19 и прорезей 20 пальцев 18. При прохождении с большой скоростью под действием центробежного поля сквозь цилиндрическую перфорированную перегородку 26, установленную между соседними концентрическими рядами пальцев 18 на периферии роторов 11 и 12, поток разбивается на от.дельные мелкие струйки, а.затем снова перемешивается периферийными пальцами роторов, в результате чего вязкость окончательно стабилизируется по обьему и готовый продукт выходит иэ смесителя через патрубок 5. При обработке жидких компонентов, а также сыпучих веществ с высокой степенью дисперсности и хорошей растворимостью перфорированные перегородки

22 и 26 могут быть сняты и тогда смеситепь будет выполнять одну операцию смешения компонентов.

Конусообразная перфорированная перегородка 22 крепится своим фланцем к диску ротора 12 шестью винтами 21 диаметром Мб. Во избежание самоотвинчивания винты раскерниваются, Диаметр каждого отверстия перфорации перегородки 22 должен быть меньше размера зазора Z и просвета 1, например при величине Z =! - 0,75 оптимальный диаметр отверстий перфорации должен быть

0,5 мм. Это необходимо для того, чтобы основная масса грубодисперсного порошка с размерами свыше 500 мкм улавливались и направлялись на иэмельчение в зону предварительного. диспергирования. Процесс диспергирования протекает наиболее интенсивно (для определенного порога дисперсности порошка) при определенных соотношениях диаметра отверстий перфорации перегородки 22 и зазора 7 = 1, Наивысшая интенсификация процесса, характеризующаяся очевидно максимальной производительностью (при постоянных геометрических размерах. рабочих органов и остальных параметров и стабильном качестве смеси) была достигнута при следующих значениях диаметров отверстий перфораций б и зазоров Z = I, Эксперименты проводились при различных порогах дисперсности порошка, характеризующейся максимальным размером

его частиц а (см. таблицу), При Е< Е интенсивность процесса снижается, что выражается в уменьшении производительности. При Е > Zany снижение интенсивности процесса выражается в ухудшении качества смеси при той же производительности, При Е =- Е пт интенсивность процесса максимальная, При Z/d =1,5 процесс протекает с максимальной интенсивностью.

Формула изобретения

Центробежный смеситель, содержащий корпус с патрубками входа и выхода компонентов, дисковые роторы, выполненные с возможностью вращения навстречу друг другу, радиальные лопасти, концентрические пальцы с радиальными проточками, закрепленные на дисках роторов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и интенсификаций процесса, смеситель снабжен конусообразной перфорированной перегородкой, укрепленной большим основанием на установленном со стороны входа компонентов роторном диске и имеющей на внутренней поверхности радиальные лопасти, в ограниченной конусообразной перегородкой зоне укаэанного диска выполнены отверстия для прохода компонентов, пальцы роторов снабжены перпендикулярно установленными выступами, размещенными во впадинах, образованных выступами смежных пальцев и прорезями, причем между соседними концентрически расположенными рядами пальцев на периферии роторов установлена цилиндрическая перфорированная перегородка, а глубина радиальных проточек на кольцевых концентрических выступах роторов выбрана равной половине высоты выступов.

1745322

1745322 в-1

1745322

4ьг. 5

Составитель Н.Рудько

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2343 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5