Результат интеллектуальной деятельности: РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к оборудованию для получения дисперсных систем, преимущественно "жидкость - жидкость", и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известен роторно-импульсный аппарат (а.с №725691 от 05.04.1980), 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.

Однако в известном аппарате диспергирование осуществляется в одну стадию, непосредственно в прорезях ротора и статора, что не может обеспечить однородности получаемой эмульсии.

Известен роторно-пульсационный аппарат для получения дисперсных систем, преимущественно "жидкость-жидкость" (а.с. №2299091 от 20.05.2007), 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.

Однако использование данного устройства не позволяет повысить однородность получаемой эмульсии и высокую степени ее дисперсности в случае высокой вязкости исходных компонентов.

Техническим результатом является повышение однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности.

Указанная задача решается 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, ротор и крышку, при этом периферийная часть ротора имеет коаксиальные цилиндры, расположенные концентрично по отношению к коаксиальным цилиндрам крышки, цилиндры ротора и крышки имеют радиальные прямоугольные каналы, а 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, боковые поверхности коаксиальных цилиндров ротора и крышки имеют криволинейную выпукло-вогнутую форму. Кроме того, на углубленной поверхности усеченного корпуса центральной части ротора выполнены щелевые канавки. Кроме того, центральная часть ротора выполнена с возможностью отсоединения от основной части ротора.

Известно, что достижение высокой степени дисперсности эмульсий связано с увеличением относительных скоростей взаимодействующих фаз. В данной конструкции такой эффект достигается за счет выполнения боковых поверхностей коаксиальных цилиндров ротора и крышки криволинейной выпукло-вогнутой формой. Наличие на поверхности усеченного корпуса центральной части ротора щелевых канавок приводит к дополнительному диспергированию компонента эмульсии на мелкие капли, размер которых зависит от геометрических параметров щелевых канавок. Подобрать требуемые параметры для конкретной эмульсии можно посредством отсоединения центральной части ротора от основной и последующей ее заменой на другую, имеющую канавки с другими геометрическими параметрами. Таким образом, создаются необходимые условия для повышения однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности.

Конструкция роторно-пульсационного аппарата поясняется чертежом, где на фиг. приведен поперечный разрез устройства.

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 8 ротора 7 имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и кольцевые выступы на боковой поверхности. Периферийная часть ротора 7 имеет три коаксиальных цилиндра 9 с радиальными прямоугольными каналами для прохода обрабатываемой среды. На крышке 2 концентрично по отношению к цилиндрам 9 ротора 7 расположены два цилиндра 10, которые также имеют радиальные прямоугольные каналы, а боковые поверхности коаксиальных цилиндров 9 и 10 имеют криволинейную выпукло-вогнутую форму и образуют криволинейные продольные каналы 11. Вывод готовой эмульсии производится через тангенциальный патрубок 12 в обечайке рабочей камеры. Кроме того, на углубленной поверхности усеченного корпуса центральной части 8 ротора 7 выполнены щелевые канавки 13. Кроме того, центральная часть 8 ротора 7 выполнена с возможностью отсоединения от основной части ротора 7.

Аппарат работает следующим образом. В центральную часть 8 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. Ударяясь о поверхность углубления в центральной части 8 ротора 7, струя дробится на капли, которые после отражения подхватываются потоком второго компонента и вновь ударяются о поверхность концентрических кольцевых выступов. Такое многоступенчатое предварительное дробление одного из компонентов позволяет получать достаточно однородный состав эмульсии. Далее, проходя через периодически перекрывающиеся каналы в цилиндрах 9 ротора и цилиндрах 10 крышки 2, эмульсия подвергается совместному действию знакопеременного давления, микротечений и развитой турбулентности. При движении эмульсии по криволинейным продольным каналам 11 происходит увеличение относительных скоростей взаимодействующих фаз и возрастание интенсивности пульсаций скорости и давления, что в свою очередь обеспечивает максимальное диспергирование одной из фаз и однородного ее распределения в объеме другой. Под их воздействием происходит окончательное тонкое диспергирование и образуется эмульсия требуемого качества, которая выводится из аппарата через патрубок 12.

Кроме того, струя, выходящая из сопла 6, при взаимодействии с щелевыми канавками 13 на углубленной поверхности усеченного корпуса центральной части 8 ротора 7 дробится на более мелкие капли, которые после отражения подхватываются потоком второго компонента, что позволяет повысить степень однородности состава эмульсии. Геометрические параметры щелевых канавок 13 определяются экспериментальным путем в зависимости от свойств компонентов эмульсии, конструктивных параметров аппарата и гидродинамических условий процесса. Для получения качественной эмульсии подбор требуемых параметров канавок 13 осуществляется путем замены центральной части 8 ротора 7.

Применение данного технического решения позволит повысить степень однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности за счет дополнительного гидродинамического воздействия на компоненты эмульсии за счет дополнительного диспергирования жидкости при взаимодействии с щелевыми канавками на поверхности усеченного конуса в центральной части ротора и при движении по криволинейным каналам, образованным вогнуто-выпуклыми боковыми стенками коаксиальных цилиндров ротора и крышки.