УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКОСТИ В СЫПУЧИЕ СУХИЕ ВЕЩЕСТВА
METHOD AND DEVICE FOR LIQUID INJECTION INTO BULK SOLIDS

Настоящее изобретение относится к устройству и способу введения жидкости в сыпучие сухие вещества согласно ограничительным частям соответственно п.п.1 и 13 формулы изобретения.
Последние разработки прежде всего в области приготовления кляра показали, что процедуру введения жидкости в сухие вещества, например введения воды в муку при приготовлении кляра, можно ускорить, а также можно уменьшить количество необходимых для этого устройств, если вместо смешения отдельных компонентов и последующей гомогенизации тестообразной смеси с помощью механических перемешивающих устройств проводить процессы смешения, перемешивания и замеса путем значительно сокращающего продолжительность всего технологического цикла гидромеханического воздействия жидкости на сухое вещество, для чего струю (или несколько струй) жидкости непрерывно направляют под высоким давлением на сухое вещество, поток которого движется в смесительной зоне, в которой струя или струи жидкости ударяет/ударяют во внутреннюю стенку смесителя, соответственно его смесительной камеры, вдоль этой внутренней стенки. Соответствующее устройство описано в DE 202004018807 U1. В этой публикации описан цилиндрический смеситель с расположенным по его центру вращающимся смесительным соплом, выходящая из которого струя жидкости направлена под наклоном вниз на внутреннюю стенку смесительной камеры и воздействует на сухое вещество, поток которого движется вниз вдоль этой внутренней стенки смесительной камеры.
Важное значение для эффективного введения жидкости в сухое вещество имеет подача в сопло только приемлемой жидкости, исключающей всякую возможность загрязнения или закупоривания сопла. С другой стороны, немаловажное значение для эффективной подачи сухих веществ имеют их хорошее и равномерное распределение и подвижность. Помимо этого не исключена также возможность неустойчивого характера движения материального потока, образующегося после слияния жидкости и сухого вещества. Вместе с тем часто возникает необходимость в смешении между собой не только способных свободно проходить через сопло жидкостей и сыпучих сухих веществ. Так, в частности, существуют жидкие или пастообразные добавки, которые невозможно подавать в смеситель ни через сопла, ни через систему подачи сухого вещества. В описанном в DE 202004018807 U1 устройстве подача подобных добавок происходит снаружи через внутреннюю стенку смесительной камеры, прежде всего через прорези в стенке смесительной камеры и кольцевые распределители.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача упростить введение подобного рода добавок и обеспечить их интенсивную подачу вместе с введением жидкости в сухие вещества с использованием при этом особых возможностей технологии смешения под действием высоконапорной струи жидкости и для вмешивания этих добавок.
Указанная задача в отношении устройства указанного в ограничительной части п.1 формулы изобретения типа решается согласно изобретению с помощью представленных в п.1 формулы изобретения отличительных признаков, а в отношении способа указанного в ограничительной части п.13 формулы изобретения типа - с помощью представленных в п.13 формулы изобретения отличительных признаков.
При подаче добавок в расположенную между соплом и смесительной зоной зону действия напорной струи добавки захватываются напорной струей и с высокой интенсивностью смешиваются с сухими веществами без опасности крайне нежелательного загрязнения и закупоривания сопла, соответственно сопел, подобными веществами. При создании изобретения неожиданно было установлено, что высокоскоростные струи жидкости все еще обеспечивают эффективное перемешивание даже в том случае, когда они уже перед смесительной зоной сталкиваются с подаваемыми добавками.
Очевидно, что добавки можно также подавать горизонтально направленной или даже направленной вверх струей. Предпочтительно же подавать добавки таким образом, чтобы они опускались в смесительную зону под действием собственной силы тяжести. Те напорные струи, которые предназначены для захвата ими добавок, могут, например, представлять собой линейно расходящиеся широкие струи, захватывающие определенную ширину смесительной зоны. Однако для оптимального формирования струи предпочтительно также использовать подвижные сопла, например, с круглыми сопловыми отверстиями, приводимые в целях увеличения охватываемой ими рабочей ширины в качательное движение или во вращение в плоскости.
В случае прежде всего вращательно-симметричного смесительного устройства сухие вещества можно подавать сверху внутри ограниченной в основном цилиндрической внутренней стенкой смесительной камеры с последующим их движением вдоль этой внутренний стенки, при этом сплошной, образующий своего рода завесу поток из добавок опускается в смесительную зону перед сухими веществами, в результате чего быстро вращающаяся струя жидкости проходит через оба этих потока и перемешивает их.
Имеющее подобное исполнение смесительное устройство не в последнюю очередь может успешно использоваться при приготовлении кляров, когда при переработке муки, воды и специальных добавок требуется точно соблюдать все рабочие условия, а полученный продукт должен удовлетворять особо высоким предъявляемым к нему требованиям. При этом было также установлено, что введение воды и специальных добавок в муку рассмотренным выше способом обеспечивает получение кляра высокой насыщенности и исключительно высокого качества.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж. На этом чертеже схематично в вертикальном продольном разрезе показано предлагаемое в изобретении смесительное устройство.
Обозначенное на чертеже общей позицией 1 устройство для введения жидкости в сыпучие сухие вещества, прежде всего для приготовления кляра, имеет в основном цилиндрический корпус 2 с вертикальной средней осью 3, в нижней части которого расположена смесительная камера 4. Сверху в корпусе предусмотрена загрузочная камера 5 для сухих веществ, в данном случае при приготовлении кляра - для муки, открытая сверху и снизу вплоть до выпускного отверстия 6 для свободного прохождения сухих веществ. Сбоку на корпусе предусмотрен патрубок 7 для подачи сухого вещества.
На корпусе по выбору могут быть предусмотрены впускные отверстия 8 для сжатого воздуха, используемого для разрыхления и повышения подвижности сыпучих сухих веществ, когда существует опасность их уплотнения или комкования. При своем движении сверху вниз поток сухих веществ огибает внутри корпуса центральный распределитель 9, затем в зоне конически сужающейся вниз части 10 корпуса 2 попадает на его внутреннюю стенку и далее движется вниз вдоль внутренней стенки 11 смесительной камеры в смесительную зону 12, в которой струя жидкости ударяется во внутреннюю стенку смесительной камеры и перемешивается с сухими веществами. Выполненный в этой части цилиндрическим корпус в своей следующей нижней концевой части 13 выполнен вновь слегка конически сужающимся для обеспечения равномерного движения материального потока на выходе из смесительного устройства и для повышения эффективности перемешивания компонентов приготавливаемой в нем смеси.
Распределитель 9 расположен по центру корпуса 2 и имеет обращенную вверх коническую вершину, начиная с которой сухие вещества могут скользить вниз вдоль наружной стенки распределителя. Внутри распределителя, который выполнен полым, расположено вращающееся сопло 14, которое формирует осесимметричную, направленную наклонно вниз струю, которая, отклоняясь радиально наружу к внутренней стенке 11 смесительной камеры, "обегает" смесительную зону 12 в ее окружном направлении. Свободно проходящая через сопло жидкость, такая как вода, дрожжевая вода или иная аналогичная жидкость, выходящая из сопла сфокусированной и высокоскоростной струей, с высокой скоростью "внедряется" в смесительной зоне 12 в движущееся в ней сплошным потоком вдоль внутренней стенки 11 смесительной камеры сухое вещество и тем самым интенсивно, быстро и гомогенно смешивается с ним.
В рассматриваемом варианте вращающееся сопло 14 представляет собой стандартный конструктивный элемент, имеющий внутри не показанный на чертеже свободно вращающийся сопловой элемент, приводимый во вращение жидкостью за счет ее подачи в тангенциальном направлении и обеспечивающий тем самым движение жидкости по требуемой траектории, имеющей форму конуса 15. Очевидно, однако, что сопло можно также приводить во вращение, например, отдельным вращательным приводом, который позволяет более точно контролировать скорость вращения. Жидкость подается во вращающееся сопло 14 по подводящему трубопроводу 16 под высоким давлением, которое обеспечивает формирование соплом необходимой высокоскоростной струи.
Сопло 14 окружено кольцевым пространством 26, которое снизу оканчивается кольцевым выходным отверстием (устьем) 17, охватывающим сопло 14. В это кольцевое пространство по подводящему трубопроводу 18, который аналогично подводящему трубопроводу 16 проходит сквозь корпус распределителя 9, подаются выходящие из выходного отверстия 17 добавки, которые не должны добавляться ни к жидкости, подаваемой через сопло 14 в виде струи, ни к движущимся вниз радиально снаружи сухим веществам. Речь при этом прежде всего идет о жидких или пастообразных добавках. Однако подобные добавки могут также представлять собой сыпучие добавки, которые, например, не должны преждевременно примешиваться к сухим веществам. Выходящие вниз из выходного отверстия 17 добавки попадают на участке между соплом 14 и смесительной зоной 12 в образуемый струей жидкости конус 15, т.е. в зону действия вращающейся струи, захватываются и перемещаются этой струей к движущимся вниз вдоль внутренней стенки 11 смесительной камеры сухим веществам и одновременно с ними смешиваются с жидкостью и перемешиваются с ней. Выходящая из сопла струя жидкости должна при этом обладать столь высокой энергией, при которой несмотря на захват подобных добавок струей жидкости обеспечивалось тем не менее ее эффективное введение в сухие вещества.
Для более точного дозирования добавок, которые могут различаться между собой своей вязкостью, кольцевое выходное отверстие 17 выполнено с регулируемой шириной в свету. Для этого, во-первых, корпус 19 вращающегося сопла 14 снизу выполнен сужающимся вниз в виде усеченного конуса, которым ограничивается проходное сечение выходного отверстия 17 с его радиально внутренней стороны. С нижней стороны распределитель 9 имеет выполненную в виде колпачка наружную втулку 20 с центральным отверстием внизу, которая надета на остальную часть корпуса распределителя 9 с возможностью телескопического перемещения по нему в осевом направлении. При осевом перемещении наружной втулки 20 относительно конической части корпуса 19 сопла изменяется ширина в свету выходного отверстия 17.
Тем самым в описанной выше работающей в непрерывном режиме единой системе со смесительной камерой можно с использованием высокой гидравлической энергии эффективно смешивать между собой сухие и жидкие вещества, а также жидкие и/или пастообразные добавки, которые из-за их консистенции невозможно подавать ни аналогично сыпучим сухим добавкам, ни аналогично жидкостям, способным свободно проходить через сопло. Подобная система обеспечивает исключительно быстрое и эффективное перемешивание в поточном режиме всех смешиваемых между собой ингредиентов в необходимых пропорциях с возможностью их точной дозированной подачи.
Полученная смесь отводится из смесительной зоны под действием собственной силы тяжести, а также под воздействием выходящей из сопла струи жидкости, при этом конически сужающаяся концевая часть 13 корпуса эффективно влияет на скорость истечения полученной смеси из корпуса и способствует дополнительному ее перемешиванию. Дополнительно на уровне смесительной зоны в корпусе предусмотрены распределенные в его окружном направлении и расположенные предпочтительно несколько выше образуемого струей жидкости конуса 15 сопла 21, которые позволяют по мере необходимости впрыскивать в смесительную камеру дополнительные жидкие ингредиенты, а также смачивать с радиально наружной стороны движущиеся вниз сухие вещества и которые при необходимости уменьшают налипание увлажненного материала на внутреннюю стенку смесительной камеры.
Очевидно, что размеры отдельных деталей и частей смесительного устройства необходимо выбирать в зависимости от свойств перерабатываемых материалов, от требуемой производительности, а также от требуемого качества получаемой смеси. В этом отношении прежде всего при приготовлении кляра смесительную камеру предпочтительно выполнять меньшего по сравнению с остальной частью корпуса диаметра. Равным образом предпочтительно задавать острый угол при вершине образуемого струей жидкости конуса 15 с наклоном его образующей к центральной оси 3 под углом менее 20°, более предпочтительно под углом 10°, с целью обеспечить, с одной стороны, достаточную энергию столкновения жидкости с сухими веществами и с внутренней стенкой 11 смесительной камеры, а с другой стороны, достаточно высокий для перемещения смеси вниз напор.
При приготовлении кляра в качестве сухих веществ могут использоваться мука, а также иные премиксы. По подводящему трубопроводу 16 в сопло можно подавать воду, а также дрожжевые растворы. При необходимости подачи в смесительную камеру иных жидкостей следует прежде всего учитывать возможность их свободного прохождения через сопло во избежание нарушения его работоспособности вследствие его загрязнения или образования в нем отложений.
В рассмотренное выше смесительное устройство можно подавать самые разнообразные добавки. К ним относятся опара, такая как закваска, или премиксы. Однако через выходное отверстие 17 можно также подавать жидкие растворы, такие как растворы сахара, солевые растворы и дрожжевые растворы, масла или жиры.