ГОМОГЕНИЗАТОР
HOMOGENISER

Изобретение относится к устройствам для перемешивания гетерогенных и гомогенных систем «жидкость-жидкость», «жидкость-твердые частицы» и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно устройство для обработки высоковязких материалов, содержащее выполненный в виде полуцилиндров корпус с загрузочным и разгрузочным отверстиями и параллельные вращающиеся валы с поперечными дисками, установленные на расстоянии, меньшем диаметра дисков в радиальном направлении, валы снабжены продольными лопастями, укрепленными по периферии дисков вблизи внутренней поверхности корпуса, и в дисках выполнены радиальные прорези для прохода продольных лопастей смежного вала. На плоских поверхностях дисков выполнены выступы, а валы выполнены полыми для подвода теплоносителя [авт.св. СССР №458115, кл. B01F 7/10. Устройство для обработки высоковязких материалов. / Исао Хайаси, Кенитиро Кондо. Заявлено 26.04.71. Опубликовано 25.01.75].
Недостатком данного устройства для обработки высоковязких материалов является повышенное потребление энергии на обработку сред ввиду наличия двух валов, а также сложность изготовления дисков.
Известен диспергатор, содержащий цилиндрический корпус с входной камерой, имеющей нагнетатель и распределитель, и с выходной камерой, подвижные и неподвижные диски, поочередно закрепленные соответственно на валу и на внутренней поверхности корпуса, при этом подвижные диски выполнены с ножевыми выступами, а неподвижные - с сегментными отверстиями, подвижные диски выполнены с сегментными отверстиями, расположенными около оси корпуса, неподвижные диски - с сегментными отверстиями на их периферии, а ножевые выступы - с заостренной передней кромкой, при этом все диски установлены с одинаковыми зазорами между ними [авт.св. СССР №1560287, кл. B01F 7/10, Диспергатор. / Рассолов О.П., Батуров В.И., Бакшеев И.П., Браверманн П.Ф., Журавский В.Г., Фингер Г.Г. Заявлено 19.03.87. Опубликовано 30.04.90].
Недостатком данного диспергатора является сложность конструкции и низкая производительность устройства вследствие малой зоны обработки среды.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению (прототипом) является гомогенизатор, содержащий корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, в котором соосно установлены диски ротора и статора с отверстиями, отверстия на дисках ротора и статора расположены по противоположно направленным спиралям или спиралям Архимеда с шагом 1,1-1,3 диаметра отверстий [авт.св. СССР №1494956, кл. B01F 7/10. Гомогенизатор. / Шкарупа В.Ю., Стороженко В.Я., Панин Ю.Г., Парамонов В.И., Лыков В.Н. Заявлено 11.05.87. Опубликовано 23.07.89].
Недостатком данного гомогенизатора является неравномерность открытия отверстий через которые проходит обрабатываемый материал в любой момент времени обработки, что вызывает неравномерность движения смеси через устройство, увеличивая тем самым вибрацию ротора и, соответственно, износ подвижных частей при перемешивании гетерогенных и гомогенных систем «жидкость-жидкость», «жидкость-твердые частицы».
Предлагаемое изобретение решает задачу снижения вибрации ротора и износа подвижных частей устройства при перемешивании гетерогенных и гомогенных систем «жидкость-жидкость», «жидкость-твердые частицы».
Указанная задача решается за счет того, что гомогенизатор содержит корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, в котором соосно установлены диски ротора и статора с отверстиями и, согласно изобретению, диски ротора и статора имеют по два ряда концентрически расположенных отверстий, каждое из которых выполнено в виде сегмента диска, усеченного двумя концентрическими окружностями, причем на роторе первый ряд отверстий смещен относительно второго на угол φ, а площадь отверстий на дисках ротора и статора и их расположение подчиняются системе уравнений
,
1
2
2
где S, S - площадь отверстий диска ротора и статора, м (согласно фиг.2, 3);
φ - образующий угол усеченных сегментов отверстий дисков ротора и статора, рад (согласно фиг.2, 3);
1
2
3
4
R, R, R, R - образующие радиусы концентрических окружностей усеченных сегментов отверстий дисков ротора и статора, м (согласно фиг.2, 3);
1
2
2
S, S - площади отверстий дисков ротора и статора, м (согласно фиг.2, 3);
n - положительное четное число (2, 4, 6 …);
π=3,14159.
На фиг.1 представлен гомогенизатор.
На фиг.2 показан диск ротора.
На фиг.3 показан диск статора.
Гомогенизатор содержит корпус 1 с загрузочным 2 и разгрузочным 3 патрубками, в котором соосно установлены диски ротора 4 и статора 5 с отверстиями 6, причем диски ротора и статора имеют по два ряда концентрически расположенных отверстий, каждое из которых выполнено в виде сегмента диска, усеченного двумя концентрическими окружностями, на роторе первый ряд отверстий смещен относительно второго на угол φ, а площадь отверстий на дисках ротора и статора и их расположение подчиняются системе уравнений
,
1
2
2
где S, S - площадь отверстий диска ротора и статора, м (согласно фиг.2, 3);
φ - образующий угол усеченных сегментов отверстий дисков ротора и статора, рад (согласно фиг.2, 3);
1
2
3
4
R, R, R, R - образующие радиусы концентрических окружностей усеченных сегментов отверстий дисков ротора и статора, м (согласно фиг.2, 3);
1
2
2
S, S - площади отверстий дисков ротора и статора, м (согласно фиг.2, 3);
n - положительное четное число (2, 4, 6 …);
π=3,14159.
Гомогенизатор работает следующим образом.
Под действием массовых сил или искусственно создаваемого избыточного давления обрабатываемая гетерогенная и гомогенная среда перемещается от загрузочного патрубка 2 к разгрузочному патрубку 3. При движении через отверстия дисков ротора 4 и дисков статора 5 гетерогенная и гомогенная среда подвергается интенсивному механическому воздействию, при этом компоненты среды эффективно перемешиваются.
Интенсивность механического воздействия достигается относительно высокой частотой вращения ротора, а также за счет возникновения значительных сдвиговых и деформационных воздействий на обрабатываемую среду.
С целью снижения вибрации ротора и износа подвижных частей устройства при перемешивании гетерогенных и гомогенных сред расположение отверстий на дисках ротора и статора и площадь отверстий, выполнены таким образом, что в каждый момент времени обработки гетерогенной и гомогенной среды степень открытости, т.е. площадь совпадения отверстий ротора и статора, одинакова. Осуществляется это посредством выполнения условий вышеприведенных систем уравнений.
1
2
3
4
1
2
1
2
1
2
Такой эффект достигается за счет того, что диск ротора и статора делится на сектора с углом в вершине, равным φ. На диске ротора, как показано на фиг.2, в каждом из двух смежных секторов концентрическими окружностями радиуса R R, R, R и углом φ образуются отверстия с площадью S и S, причем отверстия смещены относительно друг друга на угол φ, т.е. отверстия площадью S и S находятся в смежных секторах. На диске статора, как показано на фиг.3, аналогично образованные отверстия находятся в одном из смежных секторов. Площадь каждого отверстия ротора и статора определяется исходя из известной зависимости для расчета площади сектора окружности по радиусу и углу и равна , таким образом, после математических преобразований в системе уравнений записаны выражения для расчета S, S.
1
2
Т.к. в каждый момент времени обработки гетерогенной и гомогенной среды площадь совпадения отверстий ротора и статора одинакова, это значит, что в каждом из двух смежных секторов ротора отверстия статора перекрывают одинаковую площадь отверстий ротора, т.е. S=S.
Количество секторов на роторе и статоре, определяемое углом φ, должно быть четным ввиду наличия смежных секторов, т.е. .
Основное преимущество предлагаемого гомогенизатора - снижение вибрации ротора и износа подвижных частей устройства при перемешивании гетерогенных и гомогенных систем «жидкость-жидкость», «жидкость-твердые частицы».