КАВИТАЦИОННЫЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для мокрого измельчения материалов путем кавитационной обработки смеси материалов с жидкостью и может использоваться в пищевой, фармацевтической, сахарной, спиртовой, топливно- энергетической и других областях промышленности.
Переработка материалов в измельченном виде позволяет значительно ускорить экстрагирование веществ и тепловую обработку материалов, перемешивание, диспергирование и гомогенизацию их жидкостью, а также провести эти процессы с незначительными потерями веществ и меньшими затратами.
Известно устройство для кавитационного измельчения сырья в спиртовой промышленности ([В.Меринченко, "Пищевая промышленность", №4, 2005, стр.18-20), использующее эффект среза, ультразвуковой и гидродинамической кавитации, в котором измельчение сырья происходит при обработке смеси сырья с водой. Устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого с зазором расположены подвижный и недвижимый стаканы с отверстиями, в качестве измельчающих и кавитирующих элементов. Смесь сырья с водой подается в корпус, во время движения сырья между стаканами кромки отверстий на подвижном цилиндре, двигаясь относительно отверстий на недвижимом стакане, срезают и измельчают сырье. Кроме того, при высокой скорости движения подвижного стакана относительно неподвижного, сырье подвергается кавитационной обработке.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность процесса измельчения сырья за счет быстрого износа кромок отверстий и налипание обрабатываемого сырья в отверстиях. Кроме того высокая скорость подвижного стакана и износ кромок отверстий, приводит к быстрому износу подшипников привода и стаканов, что снижает надежность и эксплуатационные характеристики устройства.
Известен также кавитационный смеситель для получения высокодисперсных, гомогенизированных жидких смесей (См. декларационный патент Украины на изобретение №45639, МПК B01F 7/16, опубл. Бюл. №4, 15.04.2002), состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, в котором соосно размещены рабочий вал, ротор с радиальными кавитирующими лопатками, которые имеют переднюю острую кромку и клинообразную прямую или кривую форму, распределительные и рабочие камеры, сквозь которые пропускают обрабатываемую жидкую смесь и которые представляют собой цилиндрический кольцевой канал, пересекаемый в средней части кавитирующими лопатками ротора и состоящий из внешней длинной обечайки и двух внутренних коротких обечаек одного диаметра, размещенных одна за другой с зазором, в котором вращается ротор с лопатками, а также двух кольцевых дисков, которые запирают этот кольцевой канал с концов.
Недостатками этого устройства является низкие надежность и эксплуатационные характеристики устройства, что обусловлено необходимостью использования быстровращаемого ротора для достижения режима кавитации, работа которого приводит к быстрому износу подшипников привода и кавитирующих лопаток.
Известен также наиболее близкий по технической сути к предлагаемому кавитационный измельчитель Павловського (См. декларационный патент Украины на изобретение №83898, МПК B01F 7/04 (2008.01), опубл. Бюл. №16, 26.08.2008,), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого размещен приводной вал с ротором, на котором закреплены кавитирующие клинообразные лопатки с острой передней кромкой, в корпусе по кругу неподвижно размещены парные выступы, размещенные с возможностью перемещения между ними кавитирующих лопаток, передняя кромка которых выполнена с выемкой.
Недостатком описанного устройства является трудности обработки суспензий, которые содержат твердые включения, размер которых намного меньше размера выемки в острой кромке клинообразных лопаток, так как мелкие твердые включения могут не захватываться гладкой поверхностью выемки серпообразной, треугольной или другой формы, что приведет к снижению эффективности и качества процесса измельчения такого сырья.
В основу полезной модели положена задача такого усовершенствования кавитационного измельчителя, при котором за счет выполнения дополнительных выемок внутри упомянутой имеющейся выемки, размер которых соответствует размеру мелкодисперсных твердых включений обрабатываемого продукта, обеспечивается возможность обработки суспензий, содержащих твердые включения, размер которых намного меньше размера выемки в острой кромке клинообразных лопаток и, как следствие, повышение эффективности и качества процесса измельчения такого сырья.
Поставленная задача решается тем, что в кавитационном измельчителе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого размещен приводной вал с ротором, с закрепленными на нем кавитирующими клинообразными лопатками с острой передней кромкой, в корпусе по кругу неподвижно размещены парные выступы, размещенные с возможностью перемещения между ними кавитирующих лопаток, передняя кромка которых выполнена с выемкой, согласно полезной модели внутри упомянутой выемки выполнены дополнительные выемки, размер которых соответствует размеру мелкодисперсных твердых включений обрабатываемого продукта.
Благодаря выполнению кавитационного измельчителя с расположенными внутри упомянутой выемки дополнительными выемками, размер которых отвечает размеру мелкодисперсных твердых включений обрабатываемого продукта обеспечивается возможность захвата мелкодисперсных твердых включений и дробление их между парными выступами и таким образом проводить интенсивную диспергацию жидкой смеси с твердыми включениями мелких размеров, размер которых намного меньше размера выемки в острой кромке клинообразных лопаток, вследствие чего существенно повысится эффективность и качество процесса измельчения такого сырья. При выполнении передней кромки кавитирующих элементов с выемкой, на которой расположены дополнительные выемки, обеспечивается возможность обрабатывать жидкую смесь с разными физико-механическими свойствами, в том числе мелкодисперсную, в частности, смесь мелких зерен с водой, смесь воды и торфа, удерживая твердые включения при прохождении кавитирующих элементов между парными выступлениями и, таким образом, повысить интенсивность процесса измельчения.
Изобретение проилюстрировано чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез кавитационного измельчителя, на фиг.2 - его поперечный разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2.
Кавитационный измельчитель состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков, внутри корпуса 1 на валу 4 привода 5 размещен ротор 6. На торцевой поверхности ротора 6, обращенном к входному патрубку закреплен съемный диск 7 с кавитирующими лопатками 8, передняя кромка которых имеет выемки серпообразной, треугольной или другой формы, кавитирующие лопатки 8 имеют возможность двигаться между парными выступами 9, которые закреплены в съемном кольце 10, которое крепится к торцевой стенке 11 корпуса 1. Кольцевой зазор 12 между диском 7 и стенками корпуса 1 обеспечивает свободный проход обрабатываемой жидкой смеси. Внутри выемки, расположенной на передней кромке кавитирующих лопаток 8 по всей внутренней поверхности выполнены дополнительные выемки 13, размер которых соответствует размеру мелкодисперсных твердых включений обрабатываемого продукта
Кавитационный измельчитель работает так.
Во входной патрубок 2 подают смесь жидкости с обрабатываемым сырьем, например, зерно с водой. Кавитирующие лопатки 8 подхватывают обрабатываемое сырье с жидкостью и, проходя между выступами 9, обеспечивают измельчение сырья путем резания, раскалывания, разрывания, истирания, а также подвергают ее ультразвуковой и кавитационно-кумулятивной обработке. Выполнение на передний кромке лопаток 8 выемки с дополнительными выемками 13, размер которых соответствует размеру мелкодисперсных твердых включений обрабатываемого продукта обеспечивает возможность попадания таких мелких частичек в них и удержание при подходе лопаток к выступам 9. Площадь сечения радиальных струй, которые охватываются кавитирующими лопатками 8, при подходе к выступам 9 уменьшается с приближением лопаток 8 к этим выступам 9 и, соответственно, увеличивается скорость движения этих струй, что приводит к созданию режима кавитации и ультразвукового поля, которое возникает при этом режиме, без увеличения числа оборотов привода и угловой скорости лопаток. При движении лопаток 8 между выступами 9 струи вместе с обрабатываемым сырьем, которые охватываются лопатками, уменьшают свою площадь и увеличивают скорость. Возникает режим кавитации в зазорах между лопатками 8 и выступами 9. Кавитационно-кумулятивные струйки раскалывают и разрыхляют сырье, в том числе и то, что имеет мелкодисперсные твердые включения, увеличивая его площадь и уменьшая его прочность. Ультразвуковое поле, которое сопровождает режим кавитации, также оказывает содействие уменьшению прочности обрабатываемого сырья и стерилизует ее. Лопатки 8 создают насосный эффект для рециркуляции жидкостной смеси сырья внутри корпуса 1 через отверстия 12 и кольцевой зазор 13. За счет этого сырье многократно обрабатывается в зонах кавитации между лопатками 8 и выступами 9. Степень измельчения сырья регулируется изменением подачи обрабатываемой смеси.
Измельченная, диспергованная и стерилизованная смесь удаляется через патрубок для отвода 3. Испытываемый образец предложенного кавитационного измельчителя успешно прошел испытания, которые подтвердили высокие технико-экономические показатели предлагаемого устройства.