Способ гомогенизации и гомогенизирующее устройство с обращением потока

Изобретение относится к устройствам для тонкого измельчения текучих сред, в частности текучих материалов, содержащих частицы в жидком состоянии, агломераты или волокна, то есть продукты, которые являются по существу жидкими и нерастворимыми, однако обладают тенденцией к образованию фракций, которые являются твердыми или, во всяком случае, имеют различную плотность. Гомогенизирующее устройство (1) содержит впускное отверстие (2) для приема текучей среды под давлением, возможно также содержащей твердые частицы, зону, в которой выполняется гомогенизация текучей среды, выпускное отверстие (10) для текучей среды с более низким давлением относительно давления во впускном отверстии, причем в зоне гомогенизации текучая среда проходит из зоны, имеющей больший диаметр (или объем), в зону, имеющую меньший диаметр (или объем), при этом зона гомогенизации содержит взаимодействующий элемент (9), являющийся общим для первой ступени (оснащенной первой отклоняющей заглушкой (6)) и второй ступени, выполненной с возможностью создания противодавления (оснащенной второй отклоняющей заглушкой (12)), причем отклоняющие заглушки (6, 12) выполнены с возможностью работы вместе с общим для них взаимодействующим элементом (9), обеспечивая увеличение скорости сдвига в первой ступени. Изобретение обеспечивает тонкое измельчение частиц для минимизации их размеров и получения однородных по размерам частиц. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 22 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Объектом настоящего изобретения является способ" гомогенизации и гомогенизирующее устройство с инверсией потока.

Уровень техники

Решение, известное из уровня техники и раскрытое в ЕР 0810025 А1, рассматривается как наиболее близкий аналог.

Фактически, настоящее изобретение относится к устройствам для тонкого измельчения текучих сред, в частности, текучих материалов, содержащих частицы в жидком состоянии, агломераты или волокна, то есть продукты, которые являются по существу жидкими и нерастворимыми, однако, обладают тенденцией к образованию фракций, которые являются твердыми или, во всяком случае, имеют различную плотность.

Устройство гомогенизации / тонкого измельчения (ниже термины «гомогенизация» и «тонкое измельчение», а также другие их варианты, используются как синонимы) обычно содержит насос, предпочтительно насос высокого давления с переменным объемом подачи, и гомогенизирующий клапан, имеющий впускное отверстие, соединенное с подающей стороной насоса так, чтобы принимать текучую среду под высоким давлением, и выпускное отверстие для гомогенизированной текучей среды под низким давлением.

Процесс требуемого тонкого измельчения состоит по существу в измельчении указанных частиц с целью минимизации их размеров и получения однородных по размерам частиц.

Для достижения этой цели текучую среду пропускают через проход уменьшенного размера из первой камеры высокого давления (соединенной с подающей стороной насоса) во вторую камеру тонкого измельчения (соединенную с выпускным отверстием клапана).

Данный проход образован проходной головкой, которая неподвижно зажата (и, таким образом, зафиксирована) корпусом клапана и через которую проходит текучая среда, и ударной головкой, выполненной с возможностью осевого перемещения относительно проходной головки. Как правило, проход формируется зазором, образованным между ударной головкой и небольшой проходной головкой.

Текучая среда под высоким давлением в первой камере прижимается к поверхности ударной головки, оказывая на нее давление, которое приводит к расширению прохода. На ударную головку действует толкатель, создающий воздействующее на нее усилие в осевом направлении так, чтобы противодействовать давлению текучей среды.

Таким образом, путем надлежащего управления действиями толкателя можно поддерживать требуемое значение ширины прохода, которое является по существу постоянным и которое можно регулировать в любом случае. Данное усилие должно определяться на основе рабочей скорости потока и уровней давления гомогенизирующего устройства.

Следовательно, когда текучая среда протекает через указанный проход из первой камеры во вторую, текучая среда подвергается действию перепада давления, причем одновременно с этим скорость ее движения увеличивается в соответствии с уравнением сохранения энергии. Подобное ускорение проводит к измельчению частиц текучей среды. Кроме того, как известно, во второй камере расположено ударное кольцо так, что оно преграждает путь двигающейся с ускорением текучей среды; таким образом, текучая среда соударяется на высокой скорости с ударным кольцом, что вносит дополнительный вклад в измельчение частиц. Ударное кольцо также защищает от износа камеру, в которой происходит соударение.

В целом, существует потребность в оптимизации энергии, используемой в процессе гомогенизации, то есть при одинаковой энергии, прилагаемой к текучей среде, существует потребность в получении наилучшего возможного результата при гомогенизации текучей среды, в описанных выше терминах, или такого же результата при попытке уменьшить количество используемой энергии (величину давления).

В известном из уровня техники решении, описанном выше, продукт по существу проходит через расширяющийся тороид (фиг. 1 и 2, где показано известное из уровня техники устройство), а гомогенизирующий эффект обеспечивается посредством увеличенного измельчающего усилия, воздействующего на продукт по мере его прохождения из центрального канала далее за пределы тороида.

Однако значительное количество энергии бесполезно расходуется на этапе гомогенизации и тонкого измельчения и превращается в тепло, что является основной причиной низкой производительности устройств гомогенизации высокого давления.

В документе ЕР 0850683 А1 раскрыто устройство формирования тонкодисперсных частиц, причем, в соответствии с третьим вариантом, описанном в указанном документе, между насосом высокого давления и устройством формирования тонкодисперсных частиц дополнительно установлен модуль предварительной обработки. Указанный третий вариант должен быть интегрирован в главное устройство или в первый вариант (система с неизменными геометрическими характеристиками и постоянной скоростью сдвига, которая в значительной степени отличается от настоящего изобретения) либо соединен с ними, и не может использоваться в качестве автономного устройства.

В документе US 2004/160855 раскрыто гомогенизирующее устройство, содержащее впускное отверстие для текучей среды под давлением, зону гомогенизации, выпускное отверстие для текучей среды под низким давлением, причем в зоне гомогенизации текучая среда проходит из зоны, имеющей больший диаметр, в зону, имеющую меньший диаметр. Зона гомогенизации содержит взаимодействующий элемент, являющийся общим для первой ступени, оснащенной первой отклоняющей заглушкой, и второй ступени, предназначенной для создания противодавления и имеющей вторую отклоняющую заглушку.

Однако, указанное устройство имеет недостаточную эффективность, а отклоняющие заглушки не выполнены с возможностью независимого регулирования.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в устранении указанных выше недостатков и в создании усовершенствованного способа гомогенизации - тонкого измельчения и соответствующего устройства, позволяющих уменьшить потери энергии и, следовательно, обеспечивающих их большую эффективность.

Другая задача состоит в достижении этого посредством «автономного» устройства, выполненного с возможностью уменьшения размера частиц без необходимости наличия дополнительного оборудования на входе или выходе.

Краткое описание чертежей

Указанные задачи выполнены посредством способа гомогенизации -тонкого измельчения и соответствующего устройства, составляющих объект настоящего изобретения и охарактеризованных в формуле изобретения, приведенной ниже.

В частности, нормальный поток продукта реверсирован, то есть выпускное отверстие согласно решениям уровня техники представляет собой впускное отверстие для продукта в настоящем изобретении, а впускное отверстие согласно решениям уровня техники представляет собой в настоящем изобретении выпускное отверстие.

Кроме того, устройство, представляющее собой устройство автономного типа, имеет две ступени (образуемые отклоняющими заглушками), причем указанные две ступени имеют общий взаимодействующий элемент, а вторая ступень предназначена для создания противодавления.

Отклоняющие заглушки взаимодействуют с общим для них взаимодействующим элементом, увеличивая скорость сдвига и противодавление внутри первой ступени.

Эта и другие характеристики очевидны из приведенного ниже описания предпочтительного варианта осуществления изобретения, проиллюстрированного, исключительно с помощью не ограничивающего примера, на прилагаемых чертежах, на которых:

- на фиг. 1 и 2 показан гомогенизирующий клапан, известный из уровня техники, с указанием линий потока продукта, в продольном и поперечном разрезе, соответственно;

- на фиг. 3 показан график изменения скорости сдвига (измельчающего усилия) клапана, известного из уровня техники;

- на фиг. 3А, 3В и 3С показаны графики изменения скорости сдвига (измельчающего усилия) гомогенизирующего устройства, представляющего собой объект настоящего изобретения, в соответствии с тремя различными вариантами осуществления изобретения;

- на фиг. 4 в продольном разрезе показан гомогенизирующий клапан согласно настоящему изобретению;

- на фиг. 5А, 5В, 5С и 5D показан клапан, изображенный на фиг. 4, в разрезе по линии А-А, в разрезе по линии В-В, в разрезе по линии С-С и в разрезе по линии D-D, соответственно;

- на фиг. 6, 7, и 8 в увеличенном размере показаны виды, изображенные на фиг. 4 и 5, с указанием линий потока;

- на фиг. 9А, 9В, 9С и 9D показан вид, изображенный на фиг.8, согласно вариантам сочетаний взаимодействующего элемента и первой отклоняющей заглушки, с указанием линий потока текучей среды;

- на фиг. 10 и 10а показан вариант, в котором противодавление создается посредством калиброванного отверстия;

- на фиг. 11 показан вариант, в котором противодавление создается путем последовательной установки двух устройств или двух «первых ступеней»;

- на фиг. 12 показан отдельный вариант с использованием пневматических цилиндров.

Осуществление изобретения

Зоны высокого давления и зоны низкого давления обозначены на чертежах символами HP и LP, соответственно, а обозначение BP используется для зон противодавления.

На прилагаемых чертежах номер позиции 1 обозначает гомогенизирующее устройство или клапан в целом, снабженные впускным отверстием 2 для подачи текучей среды, предназначенной для гомогенизации.

Текучая среда может - представлять собой, например, эмульсию (жидкости в жидкостях, не поддающиеся смешиванию и зачастую имеющие различную плотность), суспензию (порошки в жидкостях, не поддающиеся смешиванию и зачастую имеющие различную плотность), либо коллоидную систему (жидкости в несмешивающихся жидкостях или твердых веществах с размерами частиц менее 1 мкм).

В данном клапане поток продукта, поступающий из впускного отверстия 2 под заданным давлением (обычно, под высоким давлением), попадает в тороидальную камеру 3 в направлении зон гомогенизации, обозначенных номерами позиций 4, 6, 7, 13 и 14.

Кольцевая камера 3 вмещает в себя толкатель 5, управляемый посредством соответствующих приводов и содержащий на своем конце отклоняющую заглушку 6 (называемую «регулируемой отклоняющей поток заглушкой»), регулятор скорости сдвига (скорости измельчения) или отклоняющую заглушку для калибровки измельчающего усилия.

В новом решении задача отклоняющей заглушки, вместе с взаимодействующим элементом, состоит в отклонении потока от продольного направления к наружному и концентрическому, радиальному направлению к внутренней части. Кроме того, посредством данного устройства можно повышать интенсивность обработки по существу без изменения геометрических характеристик, что отличает данную систему, таким образом, камера с круглым или аналогичным основанием сужается над концентрической камерой, также имеющей круглое или аналогичное основание, но меньший объем.

Процесс гомогенизации происходит в зоне 4, 6, 7, 13 и 14 гомогенизации, после чего в зазоре имеет место перемещение, которое, инновационным и оригинальным образом, происходит снаружи вовнутрь, то есть из зоны, имеющей больший диаметр (или больший объем) в зону, имеющую меньший диаметр (или меньший объем): в заключение система взаимодействует с противодавлением, создаваемым второй отклоняющей заглушкой 12, которая, обеспечивая необходимое противодавление, участвует в управлении скоростью сдвига и стабилизирует работу всего устройства; обеспечивая функциональную полноту его конфигурации.

Тонкое измельчение / гомогенизация представляет собой процесс, который начинается в зоне 4 и продолжается до достижения зоны низкого давления или выпускного отверстия 10, после зоны противодавления, причем все эти зоны расположены в едином устройстве, выполненном с возможностью генерировать падение давления и, таким образом, противодавление.

Номер позиции 7 обозначает как зазор (пустое пространство на фиг. 8), так и направление (путь прохождения) 4 (фиг. 7) снаружи вовнутрь, который проходят частицы в зоне активной гомогенизации.

Задача взаимодействующего элемента 9, также называемого «элементом отклонения потока» или «содействующим элементом», взаимодействующего с обеими отклоняющими заглушками 6 и 12, состоит, вместе с отклоняющей заглушкой 6, в отклонении потока с наружной стороны круговой секции внутрь, внося таким образом вклад в формирование характеристической кривой скорости сдвига. Кроме того, вместе с отклоняющей заглушкой 6, он перемещает поток в направлении взаимного соударения, благодаря более ограниченному объему.

Элементы 6 и 9, взаимодействующие друг с другом, не обязательно параллельны друг другу. Фактически, конфигурация взаимного расположения обращенных друг к другу поверхностей элементов 6 и 9 совершенствуется до достижения оптимальной кривой скорости сдвига, которая позволяет максимизировать эффективность процесса гомогенизации. Все это основывается на типе продукта, проходе, формируемом между элементами 6 и 9, а также скорости потока, которую собираются использовать.

Наклон (фиг. 9А, 9В, 9С и 9D) поверхностей может быть следующим:

- обе поверхности сходятся (фиг. 9А) симметрично в направлении центральной зоны (поверхности сближаются);

- сходится только отклоняющая заглушка 6, по отношению к «параллельности» взаимодействующего элемента 9 (фиг. 9В); либо наоборот, сходится только поверхность взаимодействующего элемента по отношению к «параллельности» элемента отклоняющей заглушки 6;

- обе поверхности расходятся (фиг. 9С) (расстояние между поверхностями увеличивается в направлении центральной зоны);

- расходится только отклоняющая заглушка 6, по отношению к «параллельности» взаимодействующего элемента 9 (фиг. 9D); либо наоборот, расходится только поверхность взаимодействующего элемента по отношению к «параллельности» отклоняющей заглушки 6.

Использование регулируемого взаимодействующего элемента, общего для двух ступеней (первая ступень с первой отклоняющей заглушкой 6, вторая ступень со второй отклоняющей заглушкой 12) позволяет увеличить срок эксплуатации элемента в два раза по сравнению с элементами стандартных конфигураций, поскольку взаимодействующий элемент 9 выполнен реверсивным (то есть двусторонним) благодаря тому, что значения диаметров отклоняющих заглушек 6 и 12, а значит и создаваемых ими следов износа, являются различными (фиг. 8).

Взаимодействующий элемент 9 может содержать, частично или полностью, отдельную секцию, сужающуюся и затем расширяющуюся, которая может обеспечивать большую скорость в направлении выпускной кромки вкладыша, то есть в направлении центрального отверстия (сопло Лаваля).

На своем пути внутри клапана текучая среда сталкивается с отклоняющей заглушкой 6 и взаимодействующим элементом 9 по существу одновременно.

После этапов гомогенизации 4-7 продукт направляется к выпускному отверстию 10, которое по существу образовано другим зазором, предусмотренным между взаимодействующим элементом 9 и седлом второй отклоняющей заглушки 12.

На выходе 10 потенциальная энергия продукта ниже, чем его потенциальная энергия на входе 2.

Отличительная особенность данного способа состоит прежде всего в том, что тонкое измельчение имеет место благодаря использованию взаимодействующего элемента вместе с двумя отклоняющими заглушками, что позволяет выполнять преобразование потенциальной энергии (давления) системы в скорость и, следовательно, дает возможность формирования определенной кривой скорости сдвига в течение всего процесса тонкого измельчения, причем подобная кривая изменения скорости сдвига обеспечивает высокую эффективность.

Преобразование давления в скорость вдоль пути перемещения частиц представляет собой особый интерес: в конфигурации, известной из уровня техники (см. график на фиг. 3), имеет место изменение от высокой скорости сдвига к низкой скорости сдвига, связанное с геометрическими характеристиками, которые имеют тенденцию к увеличению (имеется в виду увеличение полезного объема клапана).

Однако в инновационной конфигурации согласно настоящему изобретению скорость сдвига возрастает до тех пор, пока она не достигнет максимального значения на выпускной кромке (в направлении центрального отверстия), причем данный процесс, несомненно, является более эффективным с точки зрения использования энергии, в особенности для продуктов, поддающихся измельчению в направлении удлинения. Основным логическим результатом этого является увеличение скорости сдвига, поскольку объем, в котором протекает продукт, становится более ограниченным.

Использование интегрированной системы противодавления в гомогенизирующем устройстве приводит к созданию направленного потока, который подвержен меньшим микрофлуктуациям, что более эффективно с точки зрения уменьшения потерь энергии.

Рассеяние энергии в центре в большей степени способствует тонкому измельчению, нежели рассеяние энергии наружу на ударном кольце, что усиливает эффект тонкого измельчения.

Когда отклоняющие заглушки 6 и 12 надежно интегрированы и связаны с взаимодействующим элементом 9, возрастает относительная скорость перемещения текучей среды по радиально расположенным каналам, которые сходятся в центральной точке взаимодействующего элемента и, таким образом, энергия столкновения и ее влияние на результат гомогенизации существенно увеличиваются.

Принимая во внимание уравнение кинетической энергий E=1/2mv2, получаем, что увеличение скорости столкновения (получаемое по сумме векторов), например, вдвое, дает эффект, который в четыре раза превосходит результаты, получаемые с использованием известных способов (значение скорости возводится в квадрат).

С учетом дисперсии (твердые частицы) при столкновениях увеличивается вероятность соударения на этапе дисперсии, в результате чего в процесс измельчения будет вовлечено большее количество энергии.

Преимущество данного явления состоит в том, что оно позволяет исключить использование ударного кольца (8 на фиг. 1), которое является существенным элементом гомогенизирующих клапанов известного типа.

При этом, если рассмотреть дисперсную фазу жидкости, то использование преобразования давления в скорость, при котором градиент скорости сдвига скорее увеличивается, чем уменьшается, или остается постоянным, а затем снова увеличивается во второй части системы, обладает еще большими преимуществами.

Настоящее устройство сначала обеспечивает удлинение этапа тонкого измельчения, чтобы затем измельчать частицы продукта благодаря избытку измельчающего усилия; измельчающее усилие, начинающее действовать от впускного отверстия устройства и достигающее максимальной интенсивности, является подготовительным для конечного этапа тонкого измельчения, выполняемого в зоне 4 и посредством элементов 6, 7, 13 и 14. В решениях, известных из уровня техники, значительное количество энергии превращается в тепло, и, в значительной степени, не используется для измельчения частиц.

Настоящее изобретение может применяться на машинах всех типов, с большой или малой пропускной способностью и рабочим давлением, которое, в соответствии с уровнем техники, изменяется от 0 до 200 МПа.

Настоящее изобретение обеспечивает лучшую гомогенизацию продукта и позволяет уменьшить износ элементов клапана тонкого измельчения.

Фактически, ударное кольцо 8 может быть, в итоге, заменено простой распорной деталью, которая, в отличие от ударного кольца, не подвержена износу при том условии, что частицы, двигающиеся с большой скоростью, не сталкиваются с ней. Ожидаемый результат состоит в том, что, если исключить использование ударного кольца, энергия, которая в решениях, известных из уровня техники, затрачивается на разрушение этого компонента, теперь используется для повышения эффективности процесса гомогенизации.

Изменяющаяся скорость потока, связанная с использованием насосов вытеснения с одним или более поршнями, приводит к образованию непостоянного потока; использование гомогенизирующих устройств и устройств тонкого измельчения, управляемых упругими системами, пружинами 20 (фиг. 11), пневматическими цилиндрами 21 (фиг. 12) или специально сконструированными и рассчитанными эквивалентными устройствами, позволяет непрерывным образом изменять значения высоты зазора между взаимодействующим элементом 9 и отклоняющими заглушками 6 и 12.

В определенном смысле они изменяются в соответствии с кривой скорости потока, увеличивая эффективность системы. Другими словами, они динамически и непрерывно адаптируются к колебаниям скорости потока.

Противодавление, возникающее в результате взаимодействия взаимодействующего элемента 9 и отклоняющей заглушки 12, может быть создано в соответствии с тремя различными режимами:

- противодавление, создаваемое стандартным регулируемым образом (фиг. 8), как описано выше;

- противодавление, создаваемое посредством нерегулируемого калиброванного отверстия (фиг. 10-10а);

- противодавление, создаваемое путем установки двух устройств или двух «первых ступеней» последовательно (фиг. 11).

Отдельная конфигурация содержит конфигурацию с «соплом Лаваля», расположенным в направлении выпускной кромки первой зоны взаимодействия (в направлении центрального отверстия). «Сопло Лаваля» здесь предназначено для сужения сечения (проход между взаимодействующим элементом 9 и отклоняющей заглушкой 6) и последующего расширения (взаимодействующий элемент конической формы, как показано).

Увеличение скорости сдвига во время перемещения текучей среды до достижения максимального значения и формирование характеристической кривой, увеличение скорости соударения в центральной зоне взаимодействующего элемента, общего для обеих отклоняющих заглушек, и противодавление, создаваемое одновременно посредством того же взаимодействующего элемента и «сопла Лаваля», представляют собой основные инновационные составляющие настоящего изобретения, связанные с конкретными геометрическими характеристиками клапана и с конкретным направлением потока.

Отклоняющие заглушки согласно настоящему изобретению выполнены с возможностью их независимого регулирования, что позволяет изменять интенсивность обработки по существу без изменения геометрических характеристик клапана.

Как показано на фиг. 3А, 3В и 3С, на которых приведены графики кривой изменения скорости сдвига (измельчающего усилия) в гомогенизирующем устройстве, представляющем собой объект настоящего изобретения в соответствии с тремя различными вариантами его осуществления, скорость сдвига вначале возрастает во всех трех режимах в первой ступени, тогда как во второй ступени она может уменьшаться (фиг. 3А), оставаться по существу постоянной (фиг. 3В) или увеличиваться (фиг. 3С).

В различных вариантах осуществления изобретения номером позиции 13 обозначен канал с промежуточным давлением или канал противодавления, тогда как номером позиции 14 обозначен путь перемещения с зазором, который является частью второй ступени и аналогичен пути перемещения 4 с зазором 7 первой ступени.

Во взаимодействующем элементе 9 предусмотрено отверстие, причем данное отверстие в концевой части расходится раструбом (то есть оно расширяется), а отклоняющие заглушки 6 и 12 выполнены с возможностью независимого регулирования для изменения интенсивности обработки по существу без изменения геометрических характеристик клапана.

В настоящем документе приведены некоторые экспериментальные данные в качестве подтверждения преимуществ настоящего изобретения, заключающихся в следующем: для получения тех же результатов используется меньшее давление / меньшее количество энергии и, следовательно, возрастает эффективность.

1. Гомогенизирующее устройство (1), содержащее:

- впускное отверстие (2) для приема текучей среды под давлением, возможно также содержащей твердые частицы;

- зону, в которой выполняется гомогенизация текучей среды;

- выпускное отверстие (10) для текучей среды с более низким давлением относительно давления во впускном отверстии;

причем в зоне гомогенизации текучая среда проходит из зоны, имеющей больший диаметр, в зону, имеющую меньший диаметр;

при этом зона гомогенизации содержит взаимодействующий элемент (9), являющийся общим для первой ступени, оснащенной первой отклоняющей заглушкой (6), и второй ступени, выполненной с возможностью создания противодавления и оснащенной второй отклоняющей заглушкой (12);

причем отклоняющие заглушки (6, 12) выполнены с возможностью работы вместе с общим для них взаимодействующим элементом (9), обеспечивая увеличение скорости сдвига в первой ступени;

при этом имеется сужение сечения, образуемое проходом между взаимодействующим элементом (9) и первой отклоняющей заглушкой (6) с последующим расширением, образуемым формой взаимодействующего элемента (9) в направлении выпускного отверстия (10);

причем отклоняющие заглушки выполнены с возможностью их независимого регулирования, так чтобы изменять интенсивность обработки по существу без изменения геометрических характеристик устройства;

при этом первая отклоняющая заглушка (6), вместе с взаимодействующим элементом (9), выполнена с возможностью отклонения потока от продольного к наружному и концентрическому, радиальному направлению к внутренней части.

2. Устройство по п. 1, в котором во взаимодействующем элементе (9) предусмотрено отверстие, причем в концевой части отверстие расходится раструбом, то есть расширяется.

3. Устройство по п. 1, в котором взаимодействующий элемент (9) выполнен реверсивным, то есть двусторонним, поскольку первая и вторая отклоняющие заглушки (6, 12) имеют различные диаметры и образуют различные и не накладывающиеся следы износа.

4. Устройство по п. 1, в котором имеются пружины (20) или пневматические цилиндры (21), выполненные с возможностью управления гомогенизацией / тонким измельчением, обеспечивая непрерывное изменение высоты зазора между взаимодействующим элементом (9) и отклоняющими заглушками (6, 12).

5. Устройство по п. 1, в котором обращенные друг к другу поверхности первой отклоняющей заглушки (6) и взаимодействующего элемента (9) выполнены так, что поверхность первой отклоняющей заглушки (6) сходится или расходится в направлении центральной зоны по отношению к поверхности взаимодействующего элемента (9), расположенного перпендикулярно продольной оси канала (13) противодавления.

6. Способ гомогенизации текучей среды, содержащей твердые частицы, с использованием устройства по п. 1, в котором в первой ступени зоны гомогенизации текучая среда проходит из зоны, имеющей больший диаметр, в зону, имеющую меньший диаметр, с удлинением этапа тонкого измельчения, чтобы затем разрушать твердые частицы благодаря избытку измельчающего усилия;

причем зона гомогенизации содержит взаимодействующий элемент (9), общий для первой ступени, оснащенной первой отклоняющей заглушкой (6), и второй ступени, выполненной с возможностью создания противодавления и оснащенной второй отклоняющей заглушкой (12);

при этом отклоняющие заглушки (6, 12) работают вместе с общим для них взаимодействующим элементом (9), обеспечивая увеличение скорости сдвига в первой ступени;

причем первая отклоняющая заглушка (6) вместе с взаимодействующим элементом (9) отклоняет поток от продольного к наружному и концентрическому, радиальному направлению к внутренней части.

7. Способ по п. 6, в котором текучая среда во второй ступени перемещается из зоны, имеющей меньший диаметр, в зону, имеющую больший диаметр.

8. Способ по п. 6, в котором этап создания противодавления выполняют путем образования регулируемого взаимодействия взаимодействующего элемента (9) и второй отклоняющей заглушки (12).

9. Способ по п. 6, в котором этап создания противодавления выполняют путем последовательной установки двух «первых ступеней», причем вторую ступень выполняют посредством дополнительной первой ступени, расположенной последовательно с первой ступенью.

10. Способ по п. 6, в котором использование гомогенизирующих устройств и устройств тонкого измельчения, управляемых упругими системами, пружинами (20) или пневматическими цилиндрами (21), обеспечивает возможность автоматического изменения высоты зазора, создаваемого между взаимодействующим элементом (9) и отклоняющими заглушками (6, 12), обеспечивая, таким образом, динамическую и непрерывную адаптацию к колебаниям скорости потока.

11. Способ по п. 6, в котором отклоняющие заглушки (6, 12) работают вместе с общим для них взаимодействующим элементом (9), отклоняя поток с продольного к радиальному направлению к внутренней части, затем снова к продольному в канале противодавления (13), затем снова к радиальному к наружной части между взаимодействующим элементом (9) и второй отклоняющей заглушкой (12), и затем снова к продольному к выпускному отверстию (10).

12. Способ по п. 6, в котором текучая среда во второй ступени перемещается из зоны, имеющей меньший объем, в зону, имеющую больший объем.

13. Гомогенизирующее устройство (1), содержащее:

- впускное отверстие (2) для приема текучей среды под давлением, возможно также содержащей твердые частицы;

- зону, в которой выполняется гомогенизация текучей среды;

- выпускное отверстие (10) для текучей среды с более низким давлением относительно давления во впускном отверстии;

причем в зоне гомогенизации текучая среда проходит из зоны, имеющей больший диаметр, в зону, имеющую меньший диаметр;

при этом зона гомогенизации содержит взаимодействующий элемент (9), являющийся общим для первой ступени, оснащенной первой отклоняющей заглушкой (6), и второй ступени, выполненной с возможностью создания противодавления и оснащенной второй отклоняющей заглушкой (12);

причем отклоняющие заглушки (6, 12) выполнены с возможностью их независимого регулирования, так чтобы изменять интенсивность обработки по существу без изменения геометрических характеристик устройства;

при этом вторая ступень выполнена посредством установки дополнительной первой ступени последовательно с первой ступенью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к смесителям и может быть использовано для приготовления эмульсий и суспензий для сжигания в топках энергетических установок, а также в химической технологии.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость".

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость - жидкость".

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость - жидкость".

Изобретение относится к устройству для приготовления пастообразных композиций и может найти применение в пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к смесительному устройству для смешения отработавших газов (ОГ) в выпускном трубопроводе с добавкой, в частности, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к технологии получения водотопливных эмульсий, используемых в качестве топочной жидкости. Динамическое кавитационное устройство содержит секции, каждая из которых имеет кольцевые роторные и статорные решетки с отверстиями.

Изобретение относится к устройству для смешивания вязких материалов и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству для смешивания вязких композиций и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение может быть использовано в энергетике, химической, пищевой и фармацевтической промышленности для смешивания различных жидкостей и сыпучих веществ. Вихревой гидродинамический смеситель содержит корпус с входными и выходными патрубками и с размещенным в нем завихрителем.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности, в частности к системам, в которых происходит смешение жидких и газообразных потоков. Устройство смешения жидкости и газа содержит осевую цилиндрическую камеру смешения и расположенные концентрически вокруг нее внутренний и внешний цилиндрические корпуса, закрепленные между собой посредством внутренних фланцев. На одном конце внешнего цилиндрического корпуса выполнен внешний фланец для присоединения к трубопроводу подачи жидкости, а на другом его конце выполнен внешний фланец для отвода смеси, на боковой поверхности камеры смешения выполнены щелевые просечки, к внешнему цилиндрическому корпусу присоединен по касательной внешний патрубок для подачи газа, а внешний и внутренний цилиндрические корпуса соединены по касательной внутренним патрубком. Между камерой смешения и внутренним цилиндрическим корпусом размещен регулируемый клиновой затвор, выполненный в виде попарно сопряженных внутренних и внешних конических колец. Во внешнем патрубке для подачи газа установлена пористая керамическая мембрана. Изобретение обеспечивает стабильную работу устройства смешения в условиях естественного уровня пульсаций давлений входящих и выходящих потоков в открытых гидравлических сетях при минимальном уровне управляющих воздействий и достижение максимальной степени диспергации выходного потока метастабильной многофазной смеси, а также обеспечивает повышение технологичности изготовления устройства смешения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, гомогенизации, эмульгирования жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических, тепломассообменных процессов в системах "жидкость-жидкость". Смеситель содержит корпус с осевым и радиальным патрубками ввода компонентов, патрубок выхода продукта. Смесительный элемент состоит из конической вставки, на поверхности которой выполнены кольцевые проточки. Вставка находится в конической части корпуса и закреплена в нем. Корпус смесительного элемента имеет сквозные каналы, расположенные по концентрическим окружностям. Входной патрубок выполнен в виде сопла, состоящего из сужения, отверстия щелевой формы и расширения. Сужение и расширение имеют прямоугольное поперечное сечение. В центральной части сопла находятся два цилиндрических резонатора, соединенные с ним щелями. На выступах конической вставки смесительного элемента выполнено несколько кольцевых проточек. Технический результат изобретения - повышение чистоты готового продукта. 3 ил.

Группа изобретений относится к получению суспензии порошков неорганических и органических материалов и может быть использована для деагломерации в жидкой среде наноразмерных порошков углерода, металлов и их соединений, органических веществ в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Способ получения суспензии высокодисперсных частиц неорганических и органических материалов заключается в возбуждении колебаний в суспензии путем ее пропускания через пульсационный аппарат проточного типа и вводе в суспензию один или более раз инертного газа. Причем возбуждение колебаний в суспензии при ее движении чередуют с отсутствием колебательных воздействий. Частоту колебательных воздействий постепенно увеличивают по ходу движения суспензии вдоль оси аппарата, а инертный газ вводят с объемным расходом, не превышающим 4% от расхода суспензии. Аппарат, предназначенный для реализации указанного способа, содержит нагнетатель и пульсационный аппарат проточного типа в виде одной или нескольких установленных параллельно труб с переменным сечением, узлов подвода компонентов и отвода продуктов. Пульсационный аппарат состоит из чередующихся участков с периодически изменяющимся поперечным сечением и с постоянным поперечным сечением. Каждый из участков с периодически изменяющимся поперечным сечением представляет собой 35 элементов типа трубы Вентури, а участки с постоянным поперечным сечением имеют диаметр широкой части диффузора, а их длина в 24 раза превышает длину участков с периодически изменяющимся поперечным сечением. При этом на каждом последующем участке с периодически изменяющимся поперечным сечением шаг между элементами типа трубы Вентури либо их объем уменьшается по сравнению с предыдущим участком с периодически изменяющимся поперечным сечением. Техническим результатом является повышение эффективности процесса получения суспензии высокодисперсных частиц и повышение производительности аппарата за счет более равномерного ввода энергии в гетерогенную систему, оптимального распределения энергии по длине аппарата и по частотам, а также оптимального расхода вводимого газа. 2 н.з. ф-лы, 4 ил., 2 пр., 1 табл.

Изобретение относится к способу изготовления однофазной фазостабильной жидкости. Способ заключается в том, что на первом этапе смешивают липофильную жидкость с гидрофильной жидкостью так, что образуется смесь жидкостей, на втором этапе статическое давление смеси устанавливают ниже давления пара по меньшей мере одной из жидкостей так, что, посредством так называемой интенсивной кавитации, образуются кавитационные пузыри, и на третьем этапе кавитационные пузыри схлопываются, причем образуется однофазная фазостабильная жидкость. Смесь приводят во вращательное движение посредством шнека со спиральной сужающейся трубой. Перед вторым этапом смесь приводят во вращательное движение. Диаметр трубы шнека в ее самой тонкой части составляет не более 30% от диаметра около впускного отверстия. Изобретение обеспечивает создание способа изготовления фазостабильных жидкостей из липофильной фазы и гидрофильной фазы без эмульгаторов. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области получения смазочных материалов, а именно к устройству для инициации кавитации и возникновения процесса «холодного» смешивания базовых масел и присадок для получения смазочных материалов - товарных масел и смазочно-охлаждающих жидкостей. Модуль для «холодного» смешивания смазочных материалов и смазочно-охлаждающих жидкостей содержит корпус, узел ввода смешиваемых компонентов, узел вывода смешиваемых компонентов, при этом в корпусе последовательно расположены, по крайней мере, два цельнометаллических блока, содержащие сквозные цилиндрические и плоскостные каналы, причем между смежными блоками расположена зона активного смешивания. Техническим результатом изобретения является повышение гомогенизации, дисперсности и снижение энергозатрат при смешивании базовых масел и различных пакетов присадок. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для смешения гетерогенных смесей, и может быть использовано в нефтехимической, химической, газовой, нефтеперерабатывающей, коксохимической промышленности и других видах промышленности в процессах абсорбции и экстракции. Смеситель-турбулизатор содержит корпус, в котором выполнена сквозная полость, заполненная вставками. В средней части корпуса между вставками расположен обтекатель. Вставки выполнены в форме коаксиальных колец, при этом на внешней и внутренней поверхностях вставок выполнены канавки. Рядом стоящие вставки образуют плавно сужающийся вход и плавно расширяющийся выход. Технический результат заключается в увеличении значений коэффициентов турбулентной диффузии в каналах для обеспечения процесса смешения и дробления капель на протяжении одного-трех калибров трубопровода за смесителем. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к технологическим процессам непрерывного смешения в статических смесителях жидких, газообразных и других текучих сред в различных отраслях промышленности и могут быть использованы на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях при подготовке нефти к переработке, а именно для ввода деэмульгатора и промывной воды в поток нефти и их смешения перед блоками обезвоживания и обессоливания, а также в других отраслях промышленности для смешивания основного потока жидкости или газа с меньшими количествами добавочных жидких или газообразных компонентов. Способ смешения, заключающийся в организации перекрестного инжектирования добавочного компонента в отдельные струи обрабатываемого потока, реализуется в устройстве струеинжекционного смешения текучих сред, содержащем корпус с проточной камерой для обрабатываемого потока и соединенный с ней патрубок ввода добавочного компонента. В устройстве дополнительно выполнены отдельные струевыпрямляющие каналы, расположенные в проточной камере, выполненные из равномерно распределенных по всему поперечному сечению корпуса смесителя трубок, обеспечивающих спокойный режим течения основного потока, а патрубок ввода добавочного компонента соединен с межтрубным пространством, образованным внешней поверхностью трубок и внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса, при этом трубки проточной камеры имеют вводные отверстия, диаметр, форма, количество и взаимное расположение которых определяется из условия достижения оптимальных характеристик смешения, равномерно распределенные по поверхности трубок, через которые добавочный компонент в виде свободных затопленных струй с турбулентным режимом истечения попадает из межтрубного пространства корпуса в трубное пространство, распределяясь по отдельным каналам и смешиваясь с отдельными струями обрабатываемого потока. Техническим результатом является повышение эффективности технологических операций обезвоживания и обессоливания. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к химии полимеров, в частности для получения термореактивных полимеров, и может быть использовано для изготовления формованных деталей в автомобильной промышленности, а также в строительстве и легкой промышленности. Способ заключается в дозировании необходимого числа потоков требуемым числом дозирующих камер для регулирования соотношений расходов компонентов смеси, обеспечивающего устранение контакта всех компонентов смеси с атмосферой, смешении компонентов смеси в смесителе. Для управления скоростью и траекторией струй смеси используют струйно-центробежное устройство. Дозирующие камеры монтируют на монтажном плато с возможностью раздельного регулирования величины дозирующего зазора каждой камеры с учетом температурной зависимости вязкости соответствующего компонента. Бескомпрессорность подачи компонентов достигается применением эластичных сосудов, герметично подсоединяемым к входным патрубкам дозирующих камер. Для очистки каналов устройства при завершении работы все входные патрубки перекрывают с подключением канала промывающей жидкости поворотом конического переключателя на оборота, смонтированного в монтажном плато под всеми дозирующими камерами. Затем осуществляют продувку всей системы очередным поворотом переключателя, открывая каналы связи камер с атмосферой и завершая работу установки переключением ее в режим отключения. Технический результат: повышение производительности за счет сокращения времени корректировки соотношений компонентов при изменении температуры окружающей среды. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству для смешивания жидких и вязких материалов и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности. Смеситель для жидких и вязких материалов содержит цилиндрический неподвижный корпус в виде стакана, с размещенным внутри него перемешивающим устройством с валом и приводом вращения, и крышку. Вал выполнен с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, жестко прикреплен к поршню и центрируется подшипником скольжения, установленным в крышке. Поверхность дна стакана выполнена волнистой в виде исходящих из центра лучей из ребер, а нижняя поверхность поршня копирует волнистую поверхность дна стакана, с возможностью совмещения и перекрытия рельефа поверхностей поршня и дна стакана, обеспечивающим перетирание компонентов смеси жидких и вязких материалов. Техническим результатом изобретения является повышение производительности и качества получаемых смесей. 1 ил.

Изобретение относится к устройству для смешивания жидких и вязких материалов и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и других отраслях промышленности. Смеситель содержит цилиндрический неподвижный корпус в виде стакана с размещенным внутри него перемешивающим устройством с валом и крышку. Перемешивающее устройство выполнено в виде поршня с радиальными отверстиями, установленного по скользящей посадке относительно внутренних стенок цилиндрического корпуса, а вал выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения, жестко прикреплен к поршню и центрируется подшипником скольжения, установленным в крышке. Над поршнем подвижно расположена заглушка радиальных отверстий, которая выполнена в виде дополнительного поршня на дополнительном валу с расположенными на поверхности дополнительного поршня с возможностью перекрытия радиальных отверстий цилиндрами с коническими наконечниками. На дне стакана расположено разгрузочное отверстие. Цилиндры выполнены полыми и подвижными за счет установки их на упругих элементах, расположенных внутри цилиндров. Техническим результатом изобретения является повышение производительности работы смесителя. 1 ил.
Наверх