устройство для гомогенизации жидкостей

Формула изобретения

1. Устройство для гомогенизации жидкостей, содержащее насос высокого давления, к нагнетательному коллектору которого присоединена гомогенизирующая головка, включающая корпус с установленными в нем седлом, клапаном, штоком нажимного устройства и выходным патрубком, отличающееся тем, что гомогенизирующая головка снабжена двумя дополнительными ступенями гомогенизации в виде камер нагнетания с входными отверстиями, расположенными по окружности, причем камера нагнетания первой дополнительной ступени и входные отверстия обеих дополнительных ступеней размещены в штоке, а камера нагнетания второй дополнительной ступени - в выходном патрубке, при этом клапан выполнен в виде шара, а корпус разделен поперечной стенкой на два отсека.

2. Устройство для гомогенизации жидкостей по п.1, отличающееся тем, что шток выполнен в виде цилиндрического стакана с входными отверстиями в боковой стенке, горловина которого контактирует с клапаном, а донный торец - с нажимным устройством, при этом входные отверстия первой дополнительной ступени сообщают первый отсек корпуса с внутренней полостью штока, а входные отверстия второй ступени сообщают внутреннюю полость штока со вторым отсеком корпуса, являющимся полостью выходного патрубка, и расположены, как минимум, в два ряда так, что оси каждой группы отверстий, лежащих в одной радиальной плоскости, пересекаются в одной точке в полости второго отсека корпуса, а точки пересечения осей всех групп отверстий лежат в плоскости, перпендикулярной оси штока, и равноудалены от нее.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологическому оборудованию для гомогенизации жидкостей, преимущественно пищевых, в частности жидких молочных продуктов (смесей мороженого, сливок, молока и т.п.), соков, майонеза и может быть применено для получения высокодисперсных эмульсий при производстве медицинских препаратов, парфюмерной и косметической продукции.

Известно, что наибольший эффект достигается при двух-. трехступенчатой гомогенизации.

Например, известно устройство для гомогенизации жидких и вязких продуктов [1], содержащее корпус с крышкой, плунжерный насос с аксиально-расположенными плунжерами, приемно-отводящее приспособление и гомогенизирующую головку с входами и выходами для продукта, причем входы в нагнетательную часть головки и приемно-отводящего приспособления выполнены в виде отверстий, расположенных по окружности. В этом устройстве гомогенизация происходит в две ступени при соударении струй продукта внутри камер нагнетания.

Устройство эффективно, в основном, при переработке вязких и волокнистых продуктов (майонеза, соков) и малоэффективно при обработке многокомпонентных эмульсий, например таких, как смеси мороженого. В его составе отсутствуют устройства для регулирования давления гомогенизации, что не позволяет достигать необходимого качества при обработке партий продукта с различным содержанием компонентов и вызывает гидравлические удары при включении насоса.

Наиболее эффективными и распространенными являются гомогенизаторы клапанного типа.

Известно взятое за прототип устройство для гомогенизации жидких продуктов, содержащее насос высокого давления и двухступенчатую гомогенизирующую головку, присоединенную к нагнетательному коллектору насоса [2].

В данном устройстве гомогенизирующая головка представляет собой две соединенные вместе и связанные каналом, позволяющим продукту переходить последовательно от первой ступени ко второй, одноступенчатые головки аналогичной конструкции.

Каждая одноступенчатая головка состоит из корпуса, клапана, седла клапана и нажимного устройства, включающего стакан, шток, пружину, накидную гайку со штурвалом. Давление гомогенизации задается на каждой ступени нажатием штока на клапан путем завертывания накидной гайки, передающей усилие посредством пружины. Клапан контактирует с седлом по притертой конической поверхности.

Недостатками данного устройства являются:

1) сложность конструкции гомогенизирующей головки - две последовательно соединенные одноступенчатые головки;

2) неудобство эксплуатации - необходимость задавать давление на каждой ступени индивидуальным нажимным устройством;

3) низкая эрозионная стойкость рабочей поверхности клапана с конической контактной поверхностью;

4) невысокая эффективность при обработке смесей мороженого.

Изобретение решает задачу создания простого, удобного в эксплуатации и эффективного устройства для гомогенизации жидкостей, как маловязких, так и высоковязких.

Указанная задача решается за счет того, что в устройстве для гомогенизации жидкостей, представляющем собой насос высокого давления, к нагнетательному коллектору которого присоединена гомогенизирующая головка, включающая корпус с установленными в нем седлом, клапаном, штоком нажимного устройства и выходным патрубком, новым является то, что гомогенизирующая головка снабжена двумя дополнительными ступенями гомогенизации в виде камер нагнетания с входными отверстиями, расположенными по окружности. Камера нагнетания первой ступени и входные отверстия обеих ступеней размещены в штоке, а камера нагнетания второй ступени - в выходном патрубке. Клапан основной ступени выполнен в виде шара. Корпус головки разделен поперечной стенкой на два отсека.

Шток выполнен в виде цилиндрического стакана с входными отверстиями в боковой стенке. Горловина штока контактирует с клапаном, а донный торец - с нажимным устройством. Входные отверстия первой ступени сообщают первый отсек корпуса с внутренней полостью штока, а входные отверстия второй ступени сообщают внутреннюю полость штока со вторым отсеком корпуса, являющимся полостью выходного патрубка. Входные отверстия второй ступени расположены, как минимум, в два ряда так, что оси каждой группы отверстий, лежащих в одной радиальной плоскости, пересекаются в одной точке в полости второго отсека корпуса, а точки пересечения осей всех групп отверстий лежат в плоскости, перпендикулярной оси штока и равноудалены от нее.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано устройство для гомогенизации жидкостей в разрезе.

Устройство для гомогенизации жидкостей состоит из насоса высокого давления (на чертеже не показан), к нагнетательному коллектору 1 которого присоединена гомогенизирующая головка 2, имеющая в составе корпус 3 с выходным патрубком 4, седло 5, клапан 6 и шток 7 нажимного устройства 8. Корпус 3 разделен стенкой 9 на два отсека 10, 11. В первом отсеке 10 расположены седло 5, клапан 6, имеющий форму шара, и контактирующая с ним горловина 12 штока 7. Шток 7 представляет собой цилиндрический стакан с отверстиями 13 и 14. Донный торец 15 штока 7 контактирует с нажимным устройством 8, выполненным, например, в виде винта 16 и пружины 17. Отверстия 13 сообщают отсек 10 с камерой нагнетания 18 первой дополнительной ступени. Отверстия 14 сообщают камеру нагнетания 18 с отсеком 11, который является камерой нагнетания второй дополнительной ступени и полостью выходного патрубка 4. Отверстия 14 расположены, как минимум, в два ряда. Оси каждой группы отверстий 14, лежащих в одной радиальной плоскости, пересекаются в одной точке 19 в полости отсека 11. Точки 19 пересечения осей всех групп отверстий находятся на одинаковом расстоянии от оси штока и лежат в плоскости 20, которая перпендикулярна ей.

Устройство для гомогенизации жидкостей работает следующим образом.

Гомогенизируемая жидкость подается насосом высокого давления, например плунжерным, из нагнетательного коллектора 1 в гомогенизирующую головку 2 и до выхода гомогенизатора на рабочий режим проходит без давления через кольцевую щель между седлом 5 и клапаном 6 в отсек 10, затем через кольцевую щель между клапаном 6 и горловиной 12, а также через отверстия 13 попадает в камеру нагнетания 18, далее через отверстия 14 поступает в отсек 11 и в полость выходного патрубка 4. При этом клапан 6 совершает колебательные движения между седлом 5 и горловиной 12 штока 7. Затем с помощью нажимного устройства 8 шток опускают. За счет разности давлений в отсеке 10 и в камере нагнетания 18 шар прижимается к горловине 12, образуя со штоком 7 единый клапан. Дальнейшее опускание штока 7 приводит к достижению давления в нагнетательном патрубке 1, при котором в кольцевой щели между седлом 5 и клапаном 6 возникает кавитация, а в первом отсеке 10 корпуса - интенсивные турбулентные пульсации. В результате этого осуществляется процесс деспергации частиц жидкости, в частности измельчение жировой фазы молочного продукта - основная ступень гомогенизации. Далее через отверстия 13 жидкость поступает в полость штока 7 - камеру нагнетания 18, где за счет соударения струй, формируемых отверстиями 13, и возникающих при этом турбулентных пульсаций, повторно диспергируется. Здесь, в частности, проходит дробление гроздеобразований жировой фазы молочного продукта - первая дополнительная ступень гомогенизации. Затем через отверстия 14 жидкость проходит в отсек 11 - камеру нагнетания второй дополнительной ступени, где за счет соударения струй, формируемых отверстиями 14, и возникающих при этом турбулентных пульсаций в отсеке 11 и полости выходного патрубка 4 гомогенизируется. Здесь происходит повторное дробление гроздеобразований и рассеивание частиц жидкости - вторая дополнительная ступень гомогенизации.

Гомогенизированная жидкость через выходной патрубок 4 поступает на дальнейшую переработку.

Таким образом, устройство для гомогенизации жидкостей выполняет функцию трехступенчатого гомогенизатора, имея простую конструкцию и одно нажимное устройство. Количество деталей и габариты устройства для гомогенизации жидкостей соответствуют одной ступени прототипа.

Устройство для гомогенизации жидкостей успешно выдержало предварительные испытания на молоке, сливках и смеси мороженого.

Источники информации

1. Авт. св. №1510790, МПК⁴ А 01 J 11/16, В 01 F 5/06, 1987.

2. Мухин А.А., Кузьмин Ю.Н., Гисин И.Б. Гомогенизаторы для молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1976, стр. 7, 45-48 - прототип.