ЦЕНТРИФУГА
CENTRIFUGE

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для ультратонкого диспергирования (измельчения) и разделения неоднородных жидкостей под действием центробежных сил и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности
Известны центрифуги для разделения неоднородных жидких сред, в частности центрифуга для обезвоживания суспензий (см. описание изобретения СССР к а.с. №129566, М.кл. В04В 1/10 от 16 января 1947 г.). Центрифуга содержит установленный в корпусе (кожухе) с возможностью вращения ротор, полость которого образована двумя тарелями, примыкающими большими основаниями к цилиндрическому кольцу и изготовленными заодно целое с ним. В стенке кольца по его периметру в кольцевом ряду выполнены радиальные отверстия. В стенке корпуса имеет место одно отверстие для выхода продукта. Поперечное сечение последнего отверстия выполнено регулируемым, а его геометрическая ось совпадает с осью каждого отверстия в кольцевой стенке ротора при его повороте относительно корпуса.
Недостаток центрифуги заключается в недостаточной эффективности диспергирования и разделения, поскольку корпус имеет только одно отверстие, через которое выходит продукт, а также в сложности конструкции центрифуги, которая (сложность) обусловлена наличием двух тарелей, объединенных обечайкой.
Известна другая центрифуга для разделения неоднородных жидких сред (см. описание изобретения СССР к а.с. №1043882, М.кл. 4 В04В 1/10 от 29 мая 1981 г.). Центрифуга содержит установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, полость которого образована двумя тарелями, присоединенными одна к другой большими основаниями, фильтр в полости ротора между тарелью и диском, выполненный в виде перфорированной обечайки.
Недостаток центрифуги заключается в сложности ее конструкции, которая (сложность) обусловлена наличием двух тарелей, диска между ними и отдельного фильтра в форме перфорированной обечайки с постоянными размерами перфорации, что усложняет конструкцию и ограничивает тем самым возможности центрифуги по диспергированию и разделению обрабатываемых жидких сред.
Известна также центрифуга (см. описание полезной модели RU №14016, М.кл. 7 В04В 1/10 от 30 декабря 1999 г.), содержащая ротор, вал, диск с лопастями, установленный на валу в полости между конусообразными тарелями, обращенными одна к другой большими основаниями, фильтр, выполненный из множества плоских колец.
Недостаток центрифуги заключается в сложности ее конструкции, которая (сложность) обусловлена наличием двух тарелей, диска с лопастями между ними и отдельного фильтра, собранного из множества плоских колец, что ограничивает пропускную способность центрифуги и эффективность диспергирования и разделения продукта на выходе из центрифуги.
Последнее техническое решение является наиболее близким к заявляемому объекту по своей технической сущности и выполняемой функции.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции центрифуги.
Другой задачей является повышение ее эффективности за счет обеспечения высокой степени диспергирования обрабатываемых эмульсий.
Поставленные задачи решаются тем, что в известной центрифуге, содержащей корпус, в котором на валу установлен ротор с возможностью вращения с ним, выполненный в виде диска, и загрузочный патрубок, кромка диска выполнена отбортованной с образованием чашеобразной полости, открытой к загрузочному патрубку, с цилиндрической кольцеобразной стенкой (обечайкой), по периметру которой в кольцевом ряду выполнены радиальные отверстия, в одной плоскости с которыми в корпусе выполнены другие радиальные отверстия для выхода продукта, причем в чашеобразной полости диска коаксиально ему установлен ротационный нож с возможностью вращения с угловой скоростью, отличной от угловой скорости вращения диска. Под ротационным ножом на основании вращающегося диска изготовлен заодно с ним конус, по образующей которого выполнены канавки, число и поперечное сечение которых равно числу и диаметру отверстий диска, а высота вершины конуса совпадает с осевой линией радиальных отверстий диска.
Выполнение кромки диска отбортованной с образованием чашеобразной полости, открытой к загрузочному патрубку, позволили упростить конструкцию центрифуги и добиться более высокой технологичности при ее изготовлении. Одновременно улучшились условия эксплуатации центрифуги за счет более быстрого и непрерывного поступления продукта через загрузочный патрубок непосредственно в чашеобразную полость диска.
Выполнение в стенке диска по его периметру в кольцевом ряду радиальных отверстий, а в стенке корпуса на уровне этих отверстий других радиальных отверстий для выхода продукта позволило увеличить эффективность диспергирования эмульсий за счет создания высокочастотных пульсирующих напряжений, возникающих в частицах дисперсной фазы эмульсии и ведущих к ее интенсивному измельчению до уровня микро и наночастиц в зависимости от угловой скорости вращения диска и чередующегося перекрытия отверстий диска и корпуса. На достижение этого эффекта направлена также установка ротационного ножа в чашеобразной полости диска с возможностью вращения, отличной от угловой скорости вращения диска, а также выполнение на внутренней поверхности основания диска конуса с канавками по образующей поверхности, способствующими контролируемому направлению продукта к отверстиям диска. При вращении роторного диска (5) и ножа (7) эмульсия подвергается механическому воздействию, в результате которого происходит первичное измельчение частиц дисперсной фазы эмульсии, а при взаимодействии отверстий (а) диска (5) с отверстиями (b) корпуса 1 происходит их окончательное раздробление.
Выполнение внутренней чашеобразной полости, ее данной поверхности выпуклой в форме конуса с вершиной на уровне плоскости, проходящей через геометрические оси радиальных отверстий в диске, наличие канавок на его образующих, количество которых и диаметр каждой из них соответствуют количеству отверстий и диаметру каждого из них на диске, позволило целенаправленно дробить поток обрабатываемой жидкой среды (продукта) при вращении диска относительно корпуса, повысить скорость его вращения и получать на выходе из корпуса продукт с повышенной степенью дисперсности.
Выполнение внутренней поверхности стенки (кромки) чашеобразной полости диска вогнутой по ее периметру, образованной двумя коническими (усеченные конусы) и одной цилиндрической между ними поверхностями способствует направленному движению потока обрабатываемой эмульсии к отверстиям в цилиндрической стенке, что в конечном итоге способствует повышению пропускной способности центрифуги.
Технический результат заключается в создании более простой по своей конструкции центрифуги и, следовательно, более дешевой при изготовлении.
Другой технический результат заключается в повышении степени дисперсности эмульсий за счет непрерывного двухступенчатого воздействия на частицы дисперсной фазы.
На приведенных чертежах иллюстрируется в качестве примера реализация предлагаемого изобретения «Центрифуга», подтверждающая возможность его промышленного применения при использовании всей совокупности признаков, где:
на фиг.1 - центрифуга, схематичное изображение, продольный разрез;
на фиг.2 - разрез А-А.
Центрифуга содержит корпус 1 с крышкой 2, в которой установлен загрузочный патрубок 3. В корпусе 1 на валу 4 установлен и закреплен ротор 5, выполненный в виде диска, кромка которого выполнена отбортованной с образованием чашеобразной полости, открытой к загрузочному патрубку 3. В цилиндрической стенке ротора 5 выполнены по ее периметру в кольцевом ряду радиальные отверстия «а». Внутренняя донная поверхность чашеобразной полости ротора 5 (диска) выполнена выпуклой в форме конуса «b», с вершиной на уровне плоскости, проходящей через геометрические оси радиальных отверстий в диске, а на его образующих выполнены канавки «с», количество которых и диаметр каждой из них соответствует количеству отверстий и диаметру каждого из них на диске (роторе 5). В цилиндрической стенке корпуса 1 в плоскости отверстий «а» выполнены в кольцевом ряду радиальные отверстия «d». Внутренняя поверхность отбортованной стенки чашеобразной полости диска (ротора 5) выполнена по периметру вогнутой и образована двумя коническими (усеченные конусы) и одной цилиндрической между ними поверхностями. В чашеобразной полости диска (ротора 5) коаксиально ему установлен на валу 6 ротационный нож 7 с возможностью вращения с угловой скоростью, меньшей угловой скорости вращения диска (ротора 5). Для вращения валов 4 и 6 центрифуга снабжена отдельными приводами (на чертеже не показаны).
Центрифуга работает следующим образом. Подлежащую обработке эмульсию подают через загрузочный патрубок 3 в полость ротора 5 и включают приводы для вращения ротора 5 и ротационного ножа 7. Лезвиями вращающегося ножа 7 частицы дисперсной фазы эмульсии предварительно раздробляются и направляются к канавкам «с» конуса «b». По этим канавкам «с» под действием центробежной силы вращающегося ротора 5 эмульсия устремляется к цилиндрической стенке и через отверстия «а» ротора 5 и отверстия «d» корпуса 1 выводится за его пределы. При обоюдном вращении ножа 7 и ротора 5 эмульсия подвергается интенсивному механическому воздействию, в результате которого происходит раздробление одного из составляющих с последующим распределением его в другом.
Изготовлен и испытан опытный образец центрифуги по типу предложенной конструкции для приготовления эмульсий на основе молочных продуктов высокого качества. Диаметр ротора 50-200 мм, угловая скорость ротационного ножа 5000-10000 об/мин, ротора 50000-100000 об/мин.
Перечень позиций в заявке на предлагаемое изобретение «Центрифуга»:
1 - корпус
2 - крышка
3 - патрубок загрузочный
4 - вал
5 - ротор
6 - вал для ножа
7 - нож
«а» - отверстие в стенке (отбортованной) ротора 5
«b» - конус на донной поверхности ротора 5
«с» - канавки на образующих конуса
«d» - отверстия в стенке корпуса 1.