устройство для мойки и сепарации пены

Формула изобретения

1. Устройство для мойки и сепарации пены, включающее камеру с внутренней полостью и каналом, закрепленную неподвижно, крыльчатку в виде диска, закрепленную на валу, расположенную под камерой, при этом нижняя часть камеры имеет осесимметричное валу отверстие, отличающееся тем, что на диске крыльчатки установлены лопатки, осесимметричное валу отверстие нижней части камеры выполнено в виде конуса и имеет выступ с острой кромкой, обращенной в сторону крыльчатки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера выполнена в виде вихревой камеры с тангенциальным каналом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор между валом и верхней торцевой стенкой камеры в несколько раз меньше высоты внутренней полости камеры.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина кольцевого зазора между валом и нижней частью камеры превышает высоту внутренней полости камеры.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выступ образован коническим соплом, угол при кромке выступа меньше или равен 90^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для разрушения пены и может быть использовано в микробиологической, химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известно устройство для дегазации жидкостей и разрушения пен (Авт. свид. СССР 1452543, МПК В 01 D 19/02, 1989), включающее вакуумную емкость с вытяжной трубой, в которой установлена вытяжная крыльчатка, ротором, установленным под крыльчаткой на одной оси с ней и имеющим тарелку. Ротор выполнен многоступенчатым в виде концентричных колец V-образного профиля с лопатками внутри профиля, на тарелке и на последней ступени ротора и с лопатками, соединяющими концентричные кольца, при этом устройство снабжено цилиндрическими экранами, установленными коаксиально над кольцами и выполненными с шероховатой поверхностью, а направление лопаток совпадает с направлением лопаток вытяжной крыльчатки.

Однако устройство малоэффективно и практически не пригодно для борьбы с обильной и стойкой пеной в замкнутом сосуде, так как изначально конструировалось для дегазации проточной жидкости.

Известен механический пеногаситель (Авт. свид. СССР 1152612, МПК В 01 D 19/02, 1985), состоящий из вертикального полого вала с двумя изолированными полостями, одна из которых открыта с торца и размещенных на валу втулок с коническими тарелками и ребрами, пространство между которыми соединено каналами с полостями вала, полости вала расположены соосно, верхняя тарелка выполнена с отверстиями у вершины, втулка между двумя верхними тарелками выполнена сплошной, а втулка между двумя нижними тарелками выполнена с отверстиями, сообщающимися с нижней полостью вала. Ребра между двумя верхними тарелками выполнены с выступами, размещенными в отверстиях верхней тарелки, причем поверхности выступов, обращенные к набегающему потоку, выполнены шероховатыми.

Недостатком пеногасителя является то, что устройство сложно в эксплуатации и изготовлении, часто выходит из строя из-за износа уплотнения вала. Кроме того, оно не может качественно решить проблему борьбы со стойкой и быстро образующейся при кипении пеной по причине наличия подвижного уплотнения вала.

Известен роторный пеногаситель (Авт. свид. СССР 1544456, МПК В 01 D 19/02, 1990), содержащий корпус с патрубком подачи пены и выходным патрубком, ротор, имеющий центробежное колесо с всасывающим патрубком, верхний и нижний диски. Всасывающий патрубок размещен в корпусе по оси колеса, а колесо закреплено верхним диском в основании корпуса и снабжено струнами, закрепленными над верхним диском касательно к всасывающему патрубку.

Пеногаситель также предназначен для обработки проточной вспененной жидкости и не пригоден для борьбы с пеной в замкнутом сосуде.

Наиболее близким техническим решением является устройство для гашения пены в герметичных аппаратах (Авт. свид. СССР 372255, МПК³ С 12 М 1/14, 1973), содержащее укрепленный на валу диск, патрубок для подачи пеногасителя на диск и трубопровод для отвода отработанных газов, с целью интенсификации процесса гашения, на крышке аппарата соосно с валом укреплена кольцевая перегородка с теплообменной рубашкой с образованием кольцевой камеры над диском и зазора между диском и перегородкой, при этом диаметр диска больше диаметра входного отверстия камеры.

Однако устройство малоэффективно для борьбы с пеной в кипящей жидкости и сложно по конструкции. В связи с этим его использование нецелесообразно в простых технологических аппаратах и при осуществлении процессов, связанных с кипением.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка устройства для мойки и сепарации пены, эффективно работающего при обработке кипящей и дающей обильную пену жидкости, простого и надежного в эксплуатации.

Поставленная задача решается с помощью устройства для мойки и сепарации пены, включающего камеру с внутренней полостью и каналом, закрепленную неподвижно, крыльчатку в виде диска, закрепленную на валу, расположенную под камерой, при этом нижняя часть камеры имеет осесимметричное валу отверстие, на диске крыльчатки установлены лопатки, осесимметричное валу отверстие нижней части камеры выполнено в виде конуса и имеет выступ с острой кромкой, обращенной в сторону крыльчатки.

Камера может быть выполнена как вихревая с тангенциальным подводящим каналом и осесимметричной или улиткообразной внутренней полостью.

Зазор между валом и верхней торцевой стенкой камеры предпочтительно в несколько раз меньше высоты внутренней полости камеры.

Для эффективной работы устройства ширина кольцевого отверстия, представленного как зазор между валом и нижней торцевой частью камеры, превышает высоту внутренней полости камеры.

Выступ на нижней торцевой части камеры выполняют предпочтительно в форме конического сопла, угол при кромке выступа меньше или равен 90^o, что способствует надежной работе устройства.

Диск крыльчатки крепится на валу с помощью соосной втулки, на нем закреплено не менее трех лопаток, расположенных радиально или под углом, что способствует эффективной сепарации пены.

Устройство может применяться в составе технологических аппаратов, имеющих вал и предназначенных для обработки жидких смесей с помощью высокооборотных роторных инструментов (мешалок, смесителей, гомогенизаторов, диспергаторов и т.п.). В большинстве случаев это аппараты для обработки жидкости в емкости при атмосферном давлении. Применение устройства особенно целесообразно и эффективно при обработке кипящей или дающей обильную пену жидкости. Примерами таких жидкостей являются молоко и другие жидкости, обогащенные белком, растворы ПАВ, вязкие жидкости при кипении и другие.

Устройство предназначено также для предотвращения вытекания пены из емкости при осуществлении технологическою процесса в любой емкости и для мойки этой емкости после его завершения.

Предлагаемое устройство встраивается в технологический аппарат так, чтобы крыльчатка находилась внутри замкнутой емкости, в которой осуществляют обработку жидкости, сопровождающуюся образованием пены, а канал и отверстия в камере обеспечивали выход из емкости пара, а также подвод внутрь аппарата моющей жидкости. Устройство полностью предотвращает вытекание пены из емкости, надежно в работе, просто в эксплуатации. Предлагаемое устройство для мойки и сепарации пены лишено недостатков перечисленных выше аппаратов и имеет многофункциональное назначение, что приводит к уменьшению количества необходимых узлов технологического аппарата, повышению его надежности и упрощению обслуживания.

Схема устройства приведена на чертеже.

Устройство представляет собой камеру 1 с входящим в нее каналом 2 (на чертеже представлена камера, выполненная в виде вихревой с тангенциальным каналом, и видно лишь его отверстие). В верхней 3 и нижней 4 торцевых стенках камера 1 имеет осевые отверстия 5 и 6, через которые проходит вал 7. Нижнее осевое отверстие 6 образует зазор между валом 7 и нижней торцевой стенкой камеры 4. На нижней торцевой стенке 4 выполнен выступ 8 с острой нижней кромкой 9. Под выступом 8 с небольшим зазором от него на валу 7 крепится крыльчатка 10. Крыльчатка приводится во вращение с помощью вала 7 и имеет сплошной и плотно прилегающий к валу диск 11 с прилегающими к нему сверху лопатками 12, ориентированными радиально, либо под углом. Предпочтительно устанавливают не менее трех лопаток. Лопатки 12 крыльчатки 10 имеют вырезы, при вращении приблизительно описывающие форму выступа 8. Таким образом, нижняя часть выступа 8 нижней торцевой стенки 4 камеры 1 оказывается как бы утопленной в лопатки 12 крыльчатки 10. При этом зазоры между лопаткой 12 и выступом 8 должны быть значительно меньше глубины h выреза в лопатке 12. Кроме того, должны выполняться следующие геометрические соотношения. Зазор между валом 7 и верхней торцевой стенкой 3 камеры 1 должен быть много меньше высоты H внутренней полости камеры 1 в прилегающей к валу 7 области. В свою очередь, минимальный зазор между валом 7 и нижней торцевой стенкой 4 камеры 1 должен быть больше Н. На чертеже выступ 8 выполнен в виде конического сопла, имеющего угол при кромке выступа меньше 90^o.

Камера 1 может быть выполнена вихревой с улиткообразной или осесимметричной формой внутренней полости. При использовании вихревой камеры 1 канал 2 располагается тангенциально к ней, при другом исполнении камеры 1 ее форма и расположение канала 2 могут быть произвольны.

При включении в состав аппарата устройство может проектироваться и собираться из специально для него предназначенных частей, либо образовываться в результате сборки элементов конструкции, имеющих другое основное назначение. В составе технологического аппарата устройство должно монтироваться так, чтобы крыльчатка 10 находилась внутри рабочей емкости 13 (на чертеже показана схематично без привязки к масштабу), а канал 2 имел выход наружу этой емкости.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При обработке пенящейся жидкости, например, высокооборотным ротором (не показан), закрепленным также на валу 7, канал 2 соединяется с отводящей трубой или открывается в атмосферу, остальные отверстия в емкости 13 аппарата закрываются.

Образующаяся при работе аппарата пена при достижении устройства стремится выйти из емкости вместе с сопутствующим паром через зазор между валом 7 и нижней торцевой частью 4 камеры 1. Попадая на вращающиеся лопатки 12, пена разрушается и образует на них пленку жидкости, которая центробежной силой отбрасывается назад в емкость. Пар же беспрепятственно выходит из емкости. Диск 11 улучшает качество сепарации, так как препятствует вытеканию пены через приосевую область, где центробежное ускорение мало. Выступающая острая кромка 9 выступа 8 нижней торцевой стенки 4 камеры 1 снижает требования к зазорам и преграждает путь пристеночному потоку пены и пленки жидкости, увлекаемой выходящим паром, так как на острой кромке 9 выступа 8 происходит срыв пленки жидкости или ее пены либо образование капель с последующим их срывом. В результате жидкая фаза опять-таки оказывается на лопатках 12 и отбрасывается в емкость 13. Таким образом, устройство обеспечивает возможность избегать повышения давления в емкости 13 и работать с пенящимися и кипящими жидкостями без использования малоэффективных и быстро изнашивающихся уплотнений вала.

Работа устройства при мойке технологического аппарата поясняется на примере исполнения камеры 1 как вихревой, с тангенциальным каналом 2. При мойке емкость 13 соединяется с атмосферой, канал 2 соединяется с трубопроводом подачи моющей жидкости (на чертеже не показано), включается привод вала 7 и устройство работает следующим образом.

Моющая жидкость через тангенциальный канал 2 под давлением подается в камеру 1 вдоль ее боковой стенки. Благодаря наличию у жидкости углового момента относительно оси камеры 1 скорость жидкости по мере приближения к ней увеличивается, а давление понижается. Жидкость выходит из камеры 1 через зазор между валом и нижней торцевой стенкой 4 камеры 1, уже обладая значительной скоростью. Срываясь с острой кромки 9 выступа 8, она попадает на вращающиеся лопатки 12 и разбрасывается ими в стороны с образованием большого количества высокоскоростных брызг, что и обеспечивает моющий эффект.

Для правильной работы устройства необходимо, чтобы:

- крыльчатка 10 приводилась во вращение до начала подачи моющей жидкости в камеру 1 и останавливалась только после прекращения подачи моющей жидкости;

- жидкость в вихревой камере 1 вращалась в ту же сторону, что и крыльчатка 10;

- выполнялись описанные выше геометрические соотношения для камеры 1 и крыльчатки 10;

- линейная скорость вращения жидкости в зазоре не превышала линейной скорости вращения лопаток 12 на том же удалении от оси.

Все перечисленные условия в той или иной мере способствуют тому, чтобы в приосевой области камеры 1 всегда существовала воздушная полость. В этом случае жидкость не будет устремляться в зазор между валом 7 и верхней торцевой стенкой 3 камеры 1, и применение высококачественного уплотнения вала для защиты подшипников становится необязательным, и это является дополнительным положительным качеством заявляемого устройства. Таким образом, устройство просто в эксплуатации, обслуживании, эффективно предотвращает выход пены из емкости и имеет двойное назначение: кроме сепарации пены его используют после завершения процесса для мойки внутренних частей аппарата, в котором осуществлялся процесс. Это все приводит к уменьшению количества необходимых узлов в составе технологического аппарата, повышению его надежности и облегчению обслуживания.