Патент на изобретение №2311760

Изобретение относится к химической, пищевой, фармацевтической, парфюмерно-косметической отраслям промышленности и может быть применено для получения стабильных мелкодисперсных эмульсий, не склонных к седиментации, коалесценции и коагуляции.

Предлагаемое техническое решение – гомогенизатор плунжерный – решает задачу по повышению степени однородности и увеличению стабильности получаемых эмульсий, в частности при проведении процесса гомогенизации молочных продуктов.

Известен гомогенизатор ОГБ-М [1], состоящий из привода, гидроцилиндра, трех всасывающих клапанов, трех плунжеров и гомогенизирующей головки, имеющей дросселирующий клапан с пружинным нажимным устройством. Недостатком данного гомогенизатора является то, что при использовании его на малотоннажных производствах, не требующих большой производительности, его конструкция оказывается нерациональной вследствие больших габаритов и сложности в обслуживании. При выполнении данного гомогенизатора в более простом, одноплунжерном, варианте возникает проблема, связанная с «проскоком» частиц, не подвергнувшихся диспергированию. Кроме того, одноступенчатая гомогенизация не всегда позволяет получить продукт необходимого качества.

Также известен гомогенизатор [2], состоящий из станины с приводом, плунжерного блока с несколькими плунжерами и двухступенчатой гомогенизирующей головки с клапанами, снабженными пружинными нажимными устройствами и расположенными последовательно. Использование подобного гомогенизатора в малотоннажных производствах малоперспективна, так как его конструкция является достаточно сложной. При одноплунжерном исполнении в таком гомогенизаторе возникают автоколебания клапанов, ведущие к быстрому их износу, а конструкция гомогенизирующей головки не предусматривает возможности предотвращения «проскока» частиц.

Наиболее близким к изобретению является гомогенизатор плунжерный для молока [3], включающий привод, плунжерный блок с несколькими плунжерами и системой всасывающих клапанов, и последовательно расположенные дросселирующие клапаны, снабженные пружинными нажимными устройствами. Конструкция этого гомогенизатора сложна в обслуживании, а при выполнении его одноплунжерным оказывается нерешенной проблема «проскока» частиц. Пружины нажимных устройств описанного гомогенизатора находятся в постоянном контакте с обрабатываемой средой, что накладывает ограничения на конструкцию, размеры и материал пружин.

Конструкция гомогенизатора представлена на чертеже.

Заявляемый гомогенизатор на чертеже состоит из гидроцилиндра 1, внутри которого расположен плунжер 2, двух дросселирующих клапанов 3, снабженных пружинными нажимными устройствами 4 с демпфирующими элементами 5, объемной проставки 6, впускного клапана 7, впускного 8 и выпускного 9 патрубков. Плунжер приводится в движение электродвигателем 10 посредством ременной передачи 11 и кривошипно-шатунного механизма 12. Существенным отличительным признаком заявляемого гомогенизатора является выполнение между дросселирующими клапанами проточного канала, объем которого V рассчитывается по соотношению V=(1,2…1,4)Vг, где Vг – рабочий объем гидроцилиндра, что обеспечивает достижение технического результата. Отношение длины проточного канала к его наибольшему поперечному размеру выбирается не меньшим пяти, чтобы исключить в нем продольное перемешивание диспергируемого продукта. Кроме того, пружинные нажимные устройства дросселирующих клапанов снабжены демпфирующими элементами, что позволяет избежать возникновения автоколебаний клапанов.

Гомогенизатор работает следующим образом. Продукт, подлежащий обработке в гомогенизаторе, например молоко, в результате обратного движения плунжера засасывается в гидроцилиндр через впускной патрубок. При прямом движении плунжера происходит нарастание давления в полости гидроцилиндра и при достижении определенного его значения открывается клапан гомогенизирующей головки первой ступени, при движении через зазор которого происходит диспергирование продукта. Затем продукт поступает в проточный канал, движется через зазор клапана второй ступени, где подвергается вторичному диспергированию, и далее поступает в выпускной патрубок. Затем цикл повторяется.

Вследствие цикличности работы гомогенизатора существует вероятность прохождения части объема потока через оба зазора при минимальном давлении, что отрицательно сказывается на качестве получаемой эмульсии. Предлагаемая авторами геометрия проточного канала позволяет отсечь часть потока, проходящую через первый клапан при минимальном давлении, и пропустить его через второй клапан при максимальном давлении. В результате периодической работы гомогенизатора возникают автоколебания дросселирующих клапанов, вследствие чего появляются отклонения значений давления дросселирования от первоначально настроенного. Наличие демпфирующих устройств клапанов препятствует возникновению автоколебаний и, следовательно, появлению большого числа «провалов» и «пиков» давлений, а также позволяет избежать повышенного износа деталей. Все перечисленные особенности конструкции гомогенизатора позволяют сгладить пульсации давления гомогенизации и ликвидировать «проскок» частиц, что обеспечивает получение равномерного их распределения по размеру.

В ходе проведения испытаний заявляемого гомогенизатора, объем проточного канала которого составлял 1,25 Vг, было замечено, что распределение частиц по размерам было равномерным. Однако при увеличении этого значения до 1,5 Vг и выше распределения становились менее равномерными. Аналогичные результаты появлялись при уменьшении объема проточного канала до величины 1,1 Vг, а также при отношении длины проточного канала к его диаметру меньше пяти. При работе гомогенизатора без использования демпфирующих элементов пружинных нажимных устройств отмечено большое число резких скачков давления дросселирования. Кроме того, появляются посторонние шумы и наблюдается существенный износ клапанов. При использовании демпфирующих элементов, например, в виде колец из резины наблюдается значительное сглаживание кривой изменения давления дросселирования, а также значительное повышение ресурса гомогенизатора.

Техническим результатом изобретения является замедление расслоения эмульсий, снижение влияния присущей одноплунжерным гомогенизаторам неравномерности давления гомогенизации с течением времени, выравнивание распределения капель по размерам. Техническим результатом в частном случае при использовании демпфирующих элементов пружинных нажимных устройств является предотвращение автоколебаний дросселирующих клапанов и уменьшение их износа.

Данный гомогенизатор прошел испытания в ряде молочных хозяйств юга Западной Сибири.

Источники информации

1. Дегтярев Ф.Г., Кютнер Б.А., Лев М.Б. Краткий справочник механика молочного завода. – М.: Пищевая промышленность. 1969. – 302 с.

2. Краснокутский Ю.В., Панченко Ю.Б. Машины и оборудование для получения цельномолочной продукции. – М.: Росагропромиздат. 1990. – 254 с.

3. А.с. СССР, №1169572, А01J 11/16, 1983, прототип.

Формула изобретения

1. Гомогенизатор плунжерный, состоящий из привода, всасывающего клапана, одного плунжера, одного гидроцилиндра рабочим объемом V_г и, по меньшей мере, двух дросселирующих клапанов, каждый из которых снабжен пружинным нажимным устройством, установленных последовательно, отличающийся тем, что внутренний объем проточного канала V между двумя дросселирующими клапанами при закрытых клапанах составляет величину, определяемую по соотношению V=(1,2÷1,4)V_г.

2. Гомогенизатор по п.1, отличающийся тем, что проточный канал между дросселирующими клапанами имеет отношение длины канала к его наибольшему поперечному размеру больше пяти.

3. Гомогенизатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что пружинные нажимные устройства дросселирующих клапанов снабжены демпфирующими элементами.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.06.2008

Извещение опубликовано: 20.11.2009 БИ: 32/2009