Дискретно-ударний диспергатор рідини

Реферат: Заявлений дискретно-ударний диспергатор рідини містить дюзовий блок з розташованими на його периферії по колу дюзами, підключеними до пристрою для підведення рідини, та встановлений з можливістю обертання на привідному валу співвісно з дюзами диспергуючий диск з ударними відбивачами. Дюзовий блок виконаний у вигляді нерухомої опорної плити з дюзами, розташованими опозитно ударним відбивачам. UA 105472 C2 (12) UA 105472 C2 UA 105472 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до процесів ультрадрібного розпилювання - диспергування рідин - і може бути використаний для проведення процесів суспензування, гомогенізації, емульгування та інших аналогічних фізико-біохімічних процесів в хімічній, біохімічній, молочній, харчовій і інших галузях промисловості. З рівня техніки відомий ударно-струминний диспергатор [1], що містить корпус з соплом і напірним трубопроводом для подання при надлишковому тиску рідини, яка підлягає диспергуванню, до сопла, а також жорстко з'єднаний з корпусом тримач з ударною пластиною, розташованою до зрізу сопла під кутом 15-20° на відстані 2-3 його діаметрів. Диспергування крапель рідини відбувається від удару крапель при їх зіткненню з ударною пластиною, причому вибір оптимального режиму диспергування здійснюється за рахунок регулювання відстані від зрізу сопла до ударної пластини і кута її нахилу відносно сопла. До недоліків цього відомого способу слід віднести низьку продуктивність і, як наслідок, неприйнятність для широкого використання в промисловості. Відомий також ударний диспергатор рідини [2], що містить змонтовані на співвісних привідних валах з можливістю обертання в протилежних напрямах внутрішній диск - дюзовий блок з розташованими по колу дюзами, і зовнішній диспергуючий диск з ударними відбивачами. Кути нахилу ударних відбивачів відносно площини розпилюючого диска та осі обертання можуть бути встановлені в межах 0-45°. Розміри і кількість ударних відбивачів вибираються такими, щоб усі первинні краплі, що виходять з дюз внутрішнього диска, змогли здійснити удар об поверхні дефлекторів ударних відбивачів. До недоліків цієї конструкції, вибраної як прототип заявленого пристрою за принципом найбільшої відповідності суттєвих ознак, слід віднести недостатню для ефективних ударів об поверхні дефлекторів швидкість тих крапель, що вилітають з дюз внутрішнього диска, яка обмежується технічно прийнятною швидкістю обертання розпилюючого пристрою; при цьому слід враховувати, що для збереження оптимальних умов ударного дроблення крапель збільшення швидкості обертання розпилюючого пристрою призводить до необхідності відповідної зміни швидкості обертання зовнішнього диспергуючого диска з ударними відбивачами. При цьому збільшується вірогідність того, що не усі первинні краплі, які виходять з дюз внутрішнього диска, зможуть здійснити удар об поверхні дефлекторів ударних відбивачів, одночасно ускладнюється налаштування диспергатора, а також збільшується енергоспоживання. Задачею, поставленою в основу пропонованого технічного рішення, є розробка дискретноударного диспергатора рідини, який дозволяє підвищити якість диспергування рідких продуктів за рахунок зміни принципу розпилювання і напрямку руху первинних дискретних крапель і струменів та спрощення конструкції диспергатора при одночасному зменшенні питомої витрати електроенергії. Вирішення задачі досягається тим, що згідно з пропонованою конструкцією дискретноударного диспергатора рідини, який містить дюзовий блок з розташованими по колу дюзами, підключеними до пристрою для підведення рідини, та встановлений співвісно з дюзами з можливістю обертання диспергуючий диск з ударними відбивачами, дюзовий блок виконаний у вигляді нерухомої опорної плити з дюзами, розташованими опозитно ударним відбивачам. Вирішення задачі досягається також тим, що кути нахилу ударних відбивачів відносно площини диспергуючого диска і осі обертання можуть бути встановлені в межах 0-45°, а також і тим, що дюзи можуть бути розташовані на опорній плиті рівномірно на декількох концентричних колах, причому подовжні розміри ударних відбивачів і їх розташування відносно диспергуючого диска вибрані таким чином, щоб при обертанні вони опозитно перекривали кільцеву смугу, утворену рядами дюз. Запропонована конструкція забезпечує більш ефективне диспергування рідини у порівнянні з прототипом за рахунок того, що крапля або струмінь у момент зіткнення не встигає розтікатися по поверхні ударної пластини (як це робиться з розпилюванням рідини внутрішнім диском прототипу), точніше, майже не розтікаючись дробиться ударно-вибуховим способом, тобто рідина проявляє властивості твердого тіла і тому руйнується шляхом крихкого руйнування первинних крапель і розльоту дрібних крапель-осколків, як при звичайному вибуху. Це дозволяє вирішити задачу високоякісного диспергування, а можливість регулювання кутів нахилу ударних відбивачів відносно площини розпилюючого диска і осі обертання в межах 0-45° дозволяє вибрати оптимальний режим роботи диспергатора. Розташування дюз на опорній плиті рівномірно на декількох концентричних колах за умови, що подовжні розміри ударних відбивачів і їх розташування відносно диспергуючого диска вибрані таким чином, щоб при обертанні вони опозитно перекривали кільцеву смугу, утворену рядами дюз, дозволяє значно поліпшити якість диспергування, збільшити продуктивність диспергатора. 1 UA 105472 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Принцип реалізації заявленого пристрою пояснюються кресленням на Фіг. 1. Дискретно-ударний диспергатор рідини містить дюзовий блок 1 - опорну плиту, на якій розташовані і закріплені усі інші елементи диспергатора: підшипниковий вузол 2, який утримує привідний вал 3, на якому встановлений диспергуючий диск 4. На диску 4 закріплені ударні відбивачі 5 з дефлекторними поверхнями 6, причому ударні відбивачі встановлені з можливістю регулювання кутів їх нахилу в межах 0-45° відносно площини диспергуючого диска і осі обертання будь-яким відомим способом (не показано). На опорній плиті 1 на колах, центри яких знаходяться на осі обертання диспергуючого диска 4, опозитно ударним відбивачам розташовані дюзи 7, причому кількість рядів і кількість дюз в кожному ряду залежить від необхідності підтримки певних витрат рідини, яка диспергується. Довжина ударних відбивачів і їх розташування відносно диска вибирається такими, щоб при їх обертанні вони перекривали потоки крапель або струменів, які рухаються від дюз. Дюзи 7 підключені до пристрою для підведення рідини (не показано). При необхідності ударні відбивачі виготовляються зі зносостійкого матеріалу або на поверхні дефлекторів наноситься шар надміцного матеріалу на базі порошкової або напилювальної металургії. Дискретно-ударний диспергатор рідини працює таким чином. Дюзи 7 генерують окремі (дискретні) краплі або короткі струмені рідини, які вільно переміщаються до площини обертання ударних відбивачів 5. В момент зустрічі крапель або струменів з твердою дефлекторною поверхнею 6 ударних відбивачів 5, що швидко обертаються, відбувається ударно-вибухове руйнування крапель або струменів, тобто вони диспергуються на істотно дрібніші вторинні краплі, які до того ж мають вузький розкид їх розмірів, що дозволяє вирішити задачу високоякісного і енергозберігаючого диспергування. Ефективність використання в промисловості принципу ударно-вибухового руйнування крапель або струменів рідини при їх русі у вертикальному напрямі, а відбивача - в горизонтальному, була обґрунтована авторами в цілому ряду експериментів (див. фото 1, 2). Швидкість удару крапель об тверду пластинку на обох фото близько 80 м/с, діаметр первинної краплі близько 3 мм. Продукти ударно-вибухового руйнування первинної краплі видно у вигляді розмитих струменів або туманних смужок. Насправді це політ безлічі мікроскопічних близько розташованих крапель, які швидко рухаються. Дослідження ударно-вибухового способу диспергування дискретних крапель або струменів показали, що середній діаметр вторинних крапель на порядок менший, ніж при відцентровому способі розпилювання при однакових лінійних швидкостях руху. На графіку Фіг. 2 показані криві розподілу крапель води при роботі диспергатора залежно від відносної швидкості зіткнення краплі і ударних відбивачів диспергуючого диска. Оскільки розміри основної кількості вторинних крапель знаходяться у відносно вузькому інтервалі розмірів, це означає, що в порівнянні з відцентровим диспергуванням факел з крапель розпорошеної рідини при ударно-вибуховому способі диспергування більш однорідний. При ударно-вибуховому способі розпилення перспективні значення абсолютної швидкості краплі та ударної пластини складають величину вище 40 м/с. Але вже при мінімальних швидкостях вторинні краплі задовольняють більшості промислових потреб. В порівнянні зі швидкістю соплових відцентрових розпилювачів ці швидкості принаймні в 2 рази менше, що підтверджує ефективність промислового використання цього технічного рішення. Джерела інформації, взяті до уваги при підготовці заявки: 1. АС № 863001, кл. В05В 1/08, публ. 15.09.1981. 2. AC № 939103, кл. В05В 3/02, публ. 30.06.1982 (прототип 2). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Дискретно-ударний диспергатор рідини, що містить дюзовий блок з розташованими на його периферії по колу дюзами, підключеними до пристрою для підведення рідини, та встановлений з можливістю обертання на привідному валу співвісно з дюзами диспергуючий диск з ударними відбивачами, який відрізняється тим, що дюзовий блок виконаний у вигляді нерухомої опорної плити з дюзами, розташованими опозитно ударним відбивачам. 2. Дискретно-ударний диспергатор за п. 1, який відрізняється тим, що кути нахилу ударних відбивачів відносно площини диспергуючого диска і осі обертання встановлені в межах 0-45°. 3. Дискретно-ударний диспергатор за п. 1, який відрізняється тим, що дюзи розташовані на опорній плиті рівномірно на концентричних колах, причому подовжні розміри ударних відбивачів і їх розташування відносно диспергуючого диска вибрані таким чином, щоб при обертанні вони опозитно перекривали кільцеву смугу, утворену рядами дюз. 2 UA 105472 C2 3 UA 105472 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4