РЕГУЛИРУЕМЫЙ РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ

Изобретение предназначено для оптимизации процессов экстрагирования, диспергирования, гомогенизации гетерогенных систем и может быть использовано в пищевой, химико-фармацевтической, химической, косметической и других отраслях промышленности.
Как показала многолетняя практика (Балабудкин М.А., Климов Л.А., Маринеску С.И. Интенсификация технологии экстрагирования из растительного сырья с использованием РПА. ХФЖ., №4, М., Медицина, 1986 г.), экстрагирование (извлечение целевых компонентов, например, из растительного сырья) целесообразно вести при относительно больших радиальных зазорах между ротором и статором, то есть при относительно малом уровне механического воздействия. Излишнее измельчение (тонкое диспергирование) приводит к сложностям разделения и дополнительным ступеням технологического процесса (фильтрации, сепарации, осаждения). Интенсивность извлечения здесь обеспечивается кратностью циркуляции и увеличению времени обработки, числом прорезей на роторе и статоре, числом ступеней обработки (т.е. интенсивностью пульсационного воздействия).
Получение же максимально гомогенных, тонкодисперсных композиций (пасты, пюре, кремы, мази и т.д.) требует, помимо одновременного действия других методов обработки, усиленного механического воздействия. Это осуществимо при минимальных радиальных зазорах между ротором и статором роторно-пульсационного аппарата. В работе (Игнатьев Е.В., Климов Л..А. и др. Универсальная технология пищевых концентратов из растительного сырья. Материалы 7 международной конференции «Вода и Напитки», М., МГУПП, стр.23, 2006 г.) подчеркивается, что реализация такого подхода в роторно-пульсационном аппарате осуществляет раскрытие клеток растительного сырья, что увеличивает биодоступность и качество ряда продуктов: морсов, сиропов, экстрактов.
Известен ряд способов и устройств (патенты РФ №2152819 и №2190462, заявки на изобретение №2005133135 и №99108846), интенсифицирующих массообменные процессы в гетерогенных системах и не акцентирующих внимание на экстрагировании. Большинство предложений по интенсификации процессов диспергирования, гомогенизации сводится к усилению пульсационного воздействия на обрабатываемую среду, то есть к увеличению частоты, использованию резонансных эффектов и кавитационного действия.
Наиболее близким аналогом является роторно-пульсационный аппарат (патент РФ №2203728), содержащий корпус, внутри которого концентрично размещены ротор и статор с прорезями и встроенным электромагнитом. Колебания магнитного поля приводят к механическим осевым вибрациям статора, что приводит к пульсирующим изменениям осевого зазора между ротором и статором. Интенсификация процесса обработки в данном предложении происходит за счет увеличения пульсационного воздействия. К недостаткам прототипа относятся:
- усложнение конструкции аппарата;
- необходимость изготовления статора из магнитострикционного материала, то есть ржавеющего, что неприемлемо в ряде отраслей промышленности;
- изменение осевого зазора происходит в неопределенном диапазоне величин, что приводит к непредсказуемым результатам.
Целью настоящего изобретения является создание роторно-пульсационного аппарата, с возможностью точной регулировки степени механического воздействия на обрабатываемую среду.
Для этого роторно-пульсационный аппарат, содержащий корпус, внутри которого концентрично размещены статор и ротор, установленный на валу, с рабочими органами, имеющими кольцевые перфорированные выступы, выполнен с возможностью регулировки технологически обусловленных зазоров между ротором и статором, причем ротор установлен на валу с использованием элемента, срезающегося при превышении значения крутящего момента заданной величины. В результате, можно изменять осевой и радиальный зазор между коническими кольцевыми выступами рабочих органов ротора и статора, регулируя тем самым степень механического воздействия на частицы сырья, что позволяет реализовать в одном аппарате оптимальные условия как для процесса экстрагирования, так и для тонкого диспергирования, гомогенизации. Установка ротора на валу при помощи элемента, срезающегося при превышении значения крутящего момента заданной величины, позволяет предохранить от разрушения рабочие органы при попадании посторонних предметов в рабочую зону. Предложенную конструкцию роторно-пульсационного аппарата отличают простота и надежность, а также возможность унификации.
В частном случае, зазор между ротором и статором регулируется дистанционными кольцами, установленными в месте крепления статора к корпусу.
В другом частном случае, зазор между ротором и статором регулируется дистанционными кольцами, установленными в месте упора ротора при посадке его на вал.
В другом частном случае, кольцевые перфорированные выступы рабочих органов роторно-пульсационного аппарата имеют коническую форму, что увеличивает прочность, износостойкость и долговечность аппарата.
В другом частном случае, рабочие органы роторно-пульсационного аппарата имеют несколько кольцевых перфорированных выступов, что увеличивает интенсивность воздействия.
В другом частном случае, ротор устанавливается на валу при помощи шпонки, срезающейся при превышении значения крутящего момента заданной величины.
Пример осуществления заявляемого изобретения показан на чертеже.
Роторно-пульсационного аппарат состоит из корпуса 1, в котором концентрично размещены статор 2 и ротор 3, установленный на валу 4. Рабочие органы ротора 3 и статора 2 имеют несколько конических кольцевых перфорированных выступов 5. Дистанционные кольца 6 для регулировки зазора устанавливаются в месте крепления статора 2 к корпусу 1 и в месте упора ротора 3 при посадке его на вал 4. Ротор 3 устанавливается на валу 4 с использованием шпонки 7, срезающейся при превышении значения крутящего момента заданной величины.
Аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда поступает в центральную часть аппарата и под действием центробежных сил проходит в зазор между ротором 3 и статором 2. За счет удара частиц об образованные прорезями зубья ротора 3 и статора 2, а также сдвиговых напряжений, возникающих в зазоре, происходит их дробление. Пройдя рабочую зону 8, смесь попадает во внешнюю камеру 9 и выводится из аппарата. Изменяя число или толщину колец 6 можно регулировать величину осевого и радиального зазора между кольцевыми перфорированными выступами 5 рабочих органов ротора 3 и статора 2. Шпонка 7 срезается при попадании посторонних предметов в рабочую зону и превышении значения крутящего момента заданной величины.