Роторно-пульсационный аппарат
ROTARY PULSATING MACHINE

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. СССР № 725691, кл. B01F 7/28, 1975 г.), который состоит из корпуса с размещенным 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 данном 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" (патент 2299091, кл. B01F 7/28, 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 степень ее дисперсности в случае высокой вязкости исходных компонентов.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности.
Поставленная задача достигается 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, с концентрично установленными в ней ротором и статором с радиальными каналами, при этом 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, что на внутренней поверхности усеченного конуса центральной части ротора установлены лопасти.
Известно, что достижение высокой степени дисперсности эмульсий связано с увеличением относительных скоростей взаимодействующих фаз. В данной конструкции такой эффект достигается за счет наличия лопастей на внутренней поверхности усеченного конуса центральной части ротора.
Лопасти при вращении ротора способствуют дополнительному диспергированию компонента эмульсии на мелкие капли, размер которых зависит от геометрических параметров лопастей, гидродинамических параметров потока, мощности привода и скорости вращения статора. 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. 1 приведен поперечный разрез устройства, а на фиг. 2 – сечение ротора с лопатками.
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 ротора 7 имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и кольцевые выступы на боковой поверхности. На внутренней поверхности усеченного конуса закреплены одним из известных способов лопасти 8. 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 11 в обечайке рабочей камеры.
Аппарат работает следующим образом. В центральную часть 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. Часть потока ударяется о поверхность углубления в центральной части ротора 7, струя дробится на капли, которые после отражения подхватываются потоком второго компонента и взаимодействуют с лопастями 8. При этом имеет место двойной эффект. Во-первых, происходит ударное воздействие на поток при контакте с поверхностью лопасти, приводящее к интенсификации пульсаций давления, что обеспечивает дробление одного из компонентов на более мелкие капли, которые после отражения подхватываются потоком второго компонента. Во-вторых, вращение лопастей 8 приводит к закручиванию потока эмульсии, при этом 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. Такой двойной эффект обеспечивает эффективное многоступенчатое предварительное дробление одного из компонентов на более мелкие капли и позволяет получать достаточно однородный состав эмульсии.
Далее, проходя через периодически перекрывающиеся каналы в цилиндрах 9 ротора и цилиндрах 10 статора, эмульсия подвергается совместному действию знакопеременного давления, микротечений и развитой турбулентности. Под их воздействием происходит окончательное тонкое диспергирование и образуется эмульсия требуемого качества, которая выводится из аппарата через патрубок 11.
Применение данного технического решения позволит повысить степень однородности получаемой эмульсии при одновременном обеспечении высокой степени ее дисперсности путем дополнительного гидродинамического воздействия на компоненты эмульсии за счет установки лопастей на внутренней поверхности усеченного конуса в центральной части ротора.