Пристрій для гомогенізації богатокомпонентних сумішей

Изобретение относится к области перемешивания жидкостей с целью получения высокостойких эмульсий и гомогенных смесей и может быть использовано в молочной промышленности для получения гомогенизированного молока и молочных продуктов, а также в медицинской, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности, где необходимо повышение однородности и повышение степени дисперсности эмульсии. Известно устройство для гомогенизации молока, содержащее вакуумную камеру с патрубками подвода и отвода молока, патрубком выхода неконденсирующи хся газов и диспергаторы, укрепленные на патрубках подвода молока. Вакуумная камера выполнена двухсекционной, каждая из секций разделена перегородкой на камеры вскипания и камеры конденсации, связанные между собой при помощи патрубка выхода паров, вход которого расположен в верхней части перегородки, а выход - у основания камеры конденсации. В верхней части перегородки между секциями размещен регулятор перепада давления, а каждый диспергатор выполнен в виде конусной диафрагмы с углом конуса 140 - 160° и центральным отверстием с соотношением толщины диафрагмы к диаметру отверстия 1/5 - 11/50 [1]. В такой конструкции гомогенизатора по сравнению с известными в 3 - 5 раз снижаются энергозатраты за счет использования принципиально нового способа организации процесса гомогенизации путем адиабатного вскипания молока (смеси) в вакууме, упрощается конструкция аппарата за счет снижения материалоемкости и повышается надежность в эксплуатации за счет отсутствия быстроизнашивающихся узлов. Однако известное устройство для гомогенизации (многокомпонентных смесей) имеет ряд недостатков, основными из которых являются следующие: выполнение вакуумной камеры двухсекционной и наличие в секциях перегородок для образования камер конденсации усложняет конструкцию, изготовление, обслуживание и ремонт аппарата. В известном устройстве Полностью не исключена возможность подсоса по паровой линии исходной смеси в камеры вскипания и смешения ее с уже обработанной, что снижает надежность эксплуатации. Повышение производительности известного устройства приводит к усложнению конструкции, так как при увеличении производительности увеличение объемов камер вскипания не соответствуе т увеличению объемов камер конденсации (объем камер вскипания растет на порядок больше, чем объем камер конденсации). В камерах конденсации возникает образование "мертвых" зон, в которых возможны отложения, что затрудняет санитарную обработку поверхностей из-за труднодоступности удаленных элементов камер конденсации. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного устройства для гомогенизации многокомпонентных смесей, в котором вынесение камер конденсации за пределы вакуумной камеры позволяет исключить наличие перегородок внутри вакуумной камеры, что дает возможность упростить конструкцию и снизить трудозатраты на изготовление, улучши ть условия ремонта, обслуживания и санитарной обработки внутренних поверхностей камер конденсации и камер вскипания, а также увеличить производительность за счет свободного варьирования размерами камер конденсации, не связанных конструктивно с камерами вскипания, а снабжение патрубков выхода паров смеси из камер вскипания обратными клапанами позволяет избежать подсоса по паровой линии исходной смеси из камер конденсации в камеры вскипания и смешение ее с уже обработанной смесью, что дает возможность повысить надежность эксплуатации устройства. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для гомогенизации многокомпонентных смесей, содержащем вакуумную камеру с патрубками подвода смеси и патрубками выхода паров смеси, разделенную перегородкой на две камеры вскипания, распылительные устройства, укрепленные на патрубках подвода смеси, и камеры конденсации с патрубками выхода неконденсирующихся газов, согласно изобретения камеры конденсации размещены за пределами вакуумной камеры, выполнены в виде вертикальных цилиндров с коническими днищами и плоскими крышками и снабжены подводящими паровыми каналами, вход которых сообщен с патрубками выхода паров смеси из камер вскипания, а выход тангенциально подключен к верхней части камер конденсации, и приемными камерами исходной смеси, установленными на плоских крышках, в которые вмонтированы диспергаторы, выполненные в виде цилиндров с горизонтальными прорезями, площадь сечения которых составляет 0,15 - 0,30 площади проходного сечения диспергатора, при этом патрубки неконденсирующи хся газов расположены по оси камер конденсации на 2/3 высоты цилиндрической части и имеют в верхней части отверстия, а патрубки вы хода паров смеси из камер вскипания снабжены обратными клапанами. Существенными отличиями заявляемого устройства для гомогенизации многокомпонентных смесей по сравнению с известными техническими решениями является вынесение камер конденсации за пределы вакуумной камеры и выполнение их в виде вертикальных цилиндров с коническими днищами, и плоскими крышками, что позволяет упростить конструкцию и снизить трудозатраты на изготовление за счет исключения двух внутренних перегородок в вакуумной камере. При таком выполнении камер конденсации, конструктивно не связанных с камерами вскипания, появляется возможность свободно варьировать их размерами, так как они не связаны с изменением размеров камер вскипания, что позволяет увеличить производительность. Раздельное выполнение камер вскипания и камер конденсации позволяет упростить обслуживание и ремонт устройства за счет доступности ко всем узлам аппарата, а также улучшить условия санитарной обработки внутренних поверхностей камер конденсации и камер вскипания. Наличие подводящих паровых каналов в камерах конденсации, вход которых сообщен с патрубками выхода паров смеси из камер вскипания, а выход тангенциально подключен к верхней части камер конденсации, позволяет обеспечить равномерное распределение паров смеси в камере конденсации и тем самым создать оптимальные условия для конденсации паров и минимального уноса капель. Приемные камеры, размещенные на плоских крышках, служат для подвода исходной смеси в диспергаторы и частично в патрубки неконденсирующихся газов, что позволяет обеспечить равномерное распределение исходной смеси по всему объему камер конденсации и позволяет сконденсировать полностью пары в малом объеме конденсатора. Выполнение диспергаторов в камерах конденсации в виде вертикальных цилиндров с горизонтальными прорезями, площадь сечения которых составляет 0,15 - 0,30 площади проходного сечения диспергатора, позволяет получать веерообразный распыл охлаждающей жидкости (исходной смеси), что обеспечивает полную конденсацию паров, смеси, поступающи х из камер вскипания и возможность вести процесс диспергации с наибольшим градиентом энергии и тем самым получить наибольший эффект гомогенизации. Заявляемое соотношение площади сечения горизонтальных прорезей к площади проходного сечения диспергатора 0,15 - 0,30 оптимизирует условия диспергирования смеси. При выполнении горизонтальных прорезей в диспергаторах с площадью сечения меньше 0,15 площади проходного сечения диспергатора создается большой напор жидкости в камерах конденсации, которая не успевает прогреться до заданной температуры, а также возможно забивание отверстий неоднородной смесью. Кроме того, при меньшем соотношении возникают сложности в выполнении таких прорезей. При выполнении горизонтальных прорезей с площадью сечения больше 0,30 площади проходного сечения диспергатора создается недостаточный напор жидкости, который не сможет обеспечить хорошее орошение по всему объему камер конденсации и получить веерообразный распыл охлаждающей жидкости, что не позволит достичь полной конденсации паров смеси. Размещение патрубков неконденсирующихся газов по оси камер конденсации на 2/3 высоты ее цилиндрической части позволяет создать оптимальные условия сепарации, которая происходит в верхней части камер конденсации (2/3 ее высоты), что обеспечивает поддержание требуемого вакуума в системе камеры конденсации - камеры вскипания. Установка обратных клапанов на патрубках выхода паров смеси из камер вскипания исключает (в случае аварийной ситуации) подсос по паровой линии исходной холодной смеси в камеры вскипания и смешения ее с уже обработанной гомогенизированной смесью, что способствует повышению надежности эксплуатации, устройства. На фиг.1 схематически показан общий вид устройства для гомогенизации многокомпонентных смесей; на фиг.2 - диспергатор в разрезе; на фиг.3 - приемная камера в разрезе. Устройство для гомогенизации многокомпонентных смесей содержит горизонтально расположенную вакуумную камеру 1 с патрубками 2, 3 подвода смеси и патрубками 4, 5 выхода паров смеси, разделенную перегородкой 6 на две равные камеры вскипания 7, 8, распылительные устройства 9, укрепленные на патрубках 2, 3 подвода смеси идее камеры конденсации 10, 11 с патрубками 12, 13 выхода неконденсирующихся газов. Патрубки 4, 5 вы хода паров смеси расположены в верхней части камер вскипания 7, 8 и снабжены обратными клапанами 14. Камеры конденсации 10, 11 размещены за пределами вакуумной камеры 1, выполнены в виде вертикальных цилиндров с коническими днищами 15 и плоскими крышками 16 и снабжены подводящими паровыми каналами 17, 18, вход которых сообщен с патрубками 4, 5 выхода паров смеси из камер вскипания 7, 8, а вы ход тангенциально подключен к верхней части камер конденсации 10,11. Камеры конденсации 10, 11 снабжены также приемными камерами 19, 20 исходной смеси, установленными на плоских крышках 16, в которые вмонтированы диспергаторы 21, выполненные в виде цилиндров 22 с горизонтальными прорезями 23, площадь сечения которых составляет 0,15 - 0,30 площади проходного сечения диспергатора. Патрубки 12, 13 неконденсирующихся газов расположены по оси камер конденсации 10, 11 на 2/3 высоты цилиндрической части и имеют в верхней части отверстия 24 для дополнительного орошения. Устройство включает также насосы 25 камер вскипания и 26 камер конденсации и вакуумный насос 27. Устройство для гомогенизации многокомпонентных смесей работает следующим образом. Исходная многокомпонентная смесь (например, молоко) с температурой 2 - 8°C подается через приемную камеру 19 и диспергаторы 21 с горизонтальными прорезями 23 на распыление в первую камеру конденсации 10. Туда же из второй камеры вскипания 8 по патрубку 5 через подводящий паровой канал 17 подаются пары смеси. В процессе тепломассообмена между исходной смесью и парами смеси, поступающими из второй камеры вскипания 8, происходит конденсация паров и подогрев исходной смеси. Неконденсирующиеся газы удаляются из камеры конденсации 10 через патрубок 12, Затем подогретая смесь подается насосом 26 в приемную камеру 20 второй камеры конденсации 11 и через диспергаторы 21 с прорезями 23 распыляется и конденсирует пары смеси, поступающие через патрубок 4 и подводящий паровой канал 18 из первой камеры вскипания 7. Неконденсирующиеся газы удаляются из камеры конденсации 11 через патрубок 13. Здесь происходит дальнейший подогрев смеси, которая насосом 26 через подогреватель и патрубок 2 с распылительным устройством 9 подается в первую камеру вскипания 7. где поддерживается давление 0,15 0,3 ´ 105Па. В процессе вскипания смеси происходит диспергирование смеси и выделение паровой фазы, после чего смесь из первой камеры вскипания 7 насосом 25 через патрубок подвода смеси 3 и распылительное устройство 9 подается во втор ую камеру вскипания 8, где поддерживается давление 0,003 - 0,15 ´ 105Па. При этом температура подаваемой смеси выше температуры насыщения при данном давлении на 20 - 30°C. В результате повторного вскипания происходит вторичная диспергация смеси. Одновременно происходит и дополнительное охлаждение смеси до температуры насыщения при данном давлении. Из нижней части второй камеры вскипания 8 готовая смесь насосом 25 выводится из устройства. Такое выполнение устройства для гомогенизации многокомпонентных смесей позволяет упростить конструкцию, снизить трудозатраты на изготовление, улучшить условия ремонта, обслуживания и санитарной обработки внутренних поверхностей камер конденсации и камер вскипания и повысить надежность эксплуатации.