Способ приготовления эмульсии и устройство для его осуществления

( 9) (1) ЕНИЯОБР ПИСАН К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ Изобретение отмышленности, сельменяется для прзаменителей цельнможет быть испольгетической и машмышленности,приготовления устои водо-масляных эм носится к пи скому хозяйс иготовлени ого молока, к зовано в топл иностроител в частно йчивых,водоульсий,щевои протву и прия жидких роме того, ивно-энерьной прости для топливных ие каче ргоэатр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(46) 15.08,91. Бюл, М. 3071) Одесский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 896263, кл. Р 04 Г 5/00, 1980,Авторское свидетельство СССРМ 184230, кл. В 01 Г 5/04, 1965.Авторское свидетельство СССРМ 448268, кл, В 01 Г 5/04, 1972,Авторское свидетельство СССРМ 1109093, кл, А 01,3 11/00, 1982,(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЪСИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к пищевой промышленности, сельскому хозяйству и применяется для приготовления жидкихзаменителей цельного молока, кроме того,может быть использовано в топливно-энергетической и машиностроительной проЦель изобретения - повышеа эмульгирования, снижение эупрощение способа,(5)5 В 01 Г 5/04, А 23 С 11/00 мышленности, Целью изобретения является повышение качества эмульгирования, снижение энергозатрат и упрощение способа, Процессы двухстадийного диспергирования осуществляют в пароструйном аппарате, На первой стадии диспергирования производят введение в пар при скорости 500-800 м/с эмульгируемых компонентов, а на второй стадии скорость поддерживают в режиме сверхзвукового течения для данной среды, Устройство содержит корпус 9, внутри которого имеется камера 13 смещения с конфузорной 14, цилиндрической 15 и диффузорной 16 частями, причем в камере находится патрубок 12 для подачи компонентов. Устройство имеет также сопло 1 и дополнительную камеру 2 с патрубком 4 для подачи змульгируемых компонентов, Дополнительная камера 2 размещена коаксиально соплу с образованием кольцевого зазора и кольцевой щели у выхода сопла, Камера 13 смещения и сопло 1 установлены с возможностью осевого перемещения. 2 с,п, ф-лы, 1 ил. В способе приготовления жидких эмульсий, компоненты эмульсии смешивают и подвергают двухступенчатому струйному дисперги рова нию, смешение и диспергирование производят при использовании пара в качестве рабочей среды струйных аппаратов, который одновременно обеспечивает качественное эмульгирование и смешение, подогрев эмульсии за счет конденсации в ней пара и транспортирование эмульсии за счет энергии пара,Способ позволяет существенно упростить процесс приготовления эмульсий, так50 55 как в этом случае не требуются специальные устройства (подогреватели, электронасосы) для приготовления эмульсии. Энергоэатраты при этом существенно уменьшаются, так как циркуляция эмульсии в предлагаемом способе осуществляется как соответствующий эффект от использования пара для диспергирования компонентов.Повышение качества эмульсии обеспечивается следующими физическими процессами. Поступающий в сопло пар за счет геометрии сопла расширяется, ускоряясь до сверхзвуковых скоростей (500-800 м/с) на выходе из сопла, В этот высокочастотной поток пара подводят эмульгируемые компоненты эмульсии, которые относительно движущегося пара являются практически неподвижными и поэтому при соприкосновении с паром происходит их интенсивное дробление (диспергирование) на капли малых размеров, Далее образовавшиеся капли эмульгируемых компонентов транспортируются сверхзвуковым потоком, при этом, ускоряясь потоком пара, испытывают значительные гидродинамические воздействия от него и потому дробятся (диспергируются) на более мелкие, Затем в поток вводится обезжиренное молоко и при соударении капель эмульгируемых компонентов, получивших значительную скорость в потоке пара. с этой вводимой практически неподвижной жидкой средой, а также с неподвижными стенками канала подвода этой среды происходитдополнительноеэмульгирование. В результате дробления на капли малых размеров, вводимых в поток пара, жидких сред, образуется мелкодисперсный парожидкостный поток, Известно, что для такой структуры потока скорость распространения звука в ней значительно меньше этой характеристики для однофазного потока (только пара или только жидкости) и составляет 10-50 м/с, Так как скорости движения двухфазного потока значительно больше указанных значений, то поток, превратившись в двухфазныйпо физическому состоянию, еще более удаляется в сверхзвуковую область. При дальнейшем течении в струйном аппарате этого сверхзвукового двухфазного потока, имеющего статическое давление меньше атмосферного, происходит скачок давления, компенсирующий эту разность и обеспечивающий истечение из аппарата в атмосферу или в систему с еще большим давлением. Резкий гидродинамический удар при этом вызывает дальнейшее дробление(диспергирование) капель эмульгируемых компонентов. Интенсивность этого удара тем больше, чем более скорость двухфазного потока превосходила скорость 5 10 20 25 30 35 40 45 распространения звука в нем, Величина скорости двухфазного потока перед скачком давления и, следовательно, интенсивность скачка обеспечивается геометрическими размерами канала течения этого потока,На чертеже схематически изображеноустройство, общий вид,Устройство содержит сопло 1, помещенное внутрь дополнительной амеры 2, соединенной через арматуру 3 с трубопроводом 4 подачи эмульгируемых компонентов. Дополнительная камера размещена коаксиально соплу 1 с образованием кольцевого зазора, причем между выходной кромкой сопла 1 и внутренней стенкой дополнительной камеры 2 выполнена кольцевая щель 5, Вход сопла 1 через регулирующую арматуру 6 присоединен к трубопроводу подачи пара 7. С помощью накидной гайки 8 сопло 1, дополнительная камера 2 и трубопровод 7 крепятся на корпусе 9. Внутренняя полость 10 корпуса 9 через арматуру 11 и патрубок 12 соединена с трубопроводом подачи остальных компонентов эмульсии, Соосно с соплом 1 в корпусе 9 установлена с воэможностью осевого перемещения камера смешения 13. содержащая конфузорную часть 14, цилиндрическую часть 15 и диффузорную часть 16.Между поверхностью конфузора 14 и торцовой поверхностью дополнительной камеры 2 выполнена щель 17. К выходу эмульсора с помощью накидной гайки 18 присоединен выходной трубопровод 19 с регулирующей арматурой 20. Между соплом 1 и дополнительной камерой 2 установлена одна иэ сменных шайб 21 для регулировки величины кольцевой щели 5, В корпусе 9 выполнено резьбовое отверстие, в котором устанавливается винт 22 для фиксирования камеры смешения.На паропроводе 7 после регулирующейарматуры б установлен манометр 23. Для контроля давления в конфуэоре 14 и в трубопроводе 19 установлены соответственно мановакуумметр 24 и манометр 25.Устройство работает следующим образом.Пар через регулирующую арматуру б по трубопроводу 7 подается в сопло 1, где засчет геометрии сопла обеспечивается его сверхзвуковое течение 500-800 м/с. В результате этого на выходной кромке сопла 1 создается вакуум, обеспечивающий инжектирование эмульгируемых компонентов, подаваемых через арматуру 3 по трубопроводу 4 внутрь дополнительной камеры 2, В результате того, что инжекция эмульгируемых компонентов через щель 5 происходит в струю высокоскоростного пара, осуществ 1669519Как известно, механические возмущения распространяются в потоке со скоростью звука, характерной для данной средыИзменение давления в вф ходном трубопро 5 воде 19. по которому протекает однофазныйжидкий поток, приводит к образованию волны возмущения, распространяющейся соскоростью звука в данной жидкой среде.Эта волна распространяется во все сторо 10 ны, включая и направление против потока,однако в этом направлении она распространяетя только до скачка давления (уплотнения конденсации),где сносится" по потокусверхзвуковым течением, имеющим место15 до скачка. Таким образом, механическиевозмущения из трубопровода 19 не могутпроникнуть в доскачковую зону - в полость10,Расход дозируемых пара и компонентов20 эмульсии определяется по формуле 0=1р 25где р - плотность дозируемой среды;Л Р - перепад давления на сужающемустройстве,ЛР = Ро - Р 1 (2) ЗОгде Ро - давление до соответствующего устройства (сопло 1, щели 5 и 17),Р 1 - давление за соответствующим сужающим устройством (сопло 1, щели 5 и 17)Из формулы (1) и (2) следует, что дляобеспечения постоянства расхода дозируемых пара и компонентов эмульсии необходимо стабилизировать параметры р, Ро, Р 1.Параметры р и Ро для каждой из дозируемых сред стабилизируются известнымисредствами путем регулирования температуры и давления до соответствующего сужающего устройства. Из сказанного следует,что колебания давления в выходном трубопроводе 19 не влияют на величину параметраР 1, а, следовательно, на постоянство расхода дозируемых сред ляется первая фаза диспергирования. При этом эффект диспергирования достигается не только за счет впрыска эмульгируемых компонентов в вакуумное пространство, но и за счет резкого ускорения и разбиения их на капли при срыве из щели 5 высокоскоростным потоком пара, Величина щели 5, а, следовательно, расход эмульгируемых компонентов, регулируют осевым перемещением сопла 1 относительно дополнительной камеры 2 путем изменения толщины сменных шайб 21. По патрубку 12 через арматуру 11 в полость 10 корпуса 9 осуществляют подачу остальных компонентов эмульсии, которые через щель 17 инжектируются в струю пара, Величину расхода остальных компонентов эмульсии регулируют изменением величины щели 17 путем осевого перемещения камеры смешения 13 относительно корпуса 9 с последующей фиксацией винтом 22, Скорость движения лара с частицами эмульгируемых компонентов во много раз больше скорости потока остальных компонентов эмульсии и при их соударении в конфузоре 14 происходит вторая фаза диспергирования, В конфузоре 14 пар увлекает за собой и ускоряет поток остальных компонентов эмульсии, где они смешиваются и в образовавшемся двухфазном потоке происходит обмен импульсами энергии междч паром и жидкостью и частичная конденсация пара, что также способствует диспергированию. При этом осуществляется высокоэффективный тепло- обмен,В конфузоре 14 и на входе в цилиндрическую часть 15 структура потока перестраивается: среда становится пузырьковой или пенной, Скорость распространения малых воэмчшений (скорость звуковой волны) резко снижается до 10 - 50 м/с и, несмотря на умеренные абсолютные скорости течения (более 0-50 м/с), транспортирование двухфазного газожидкостного потока осуществляется в сверхзвуковом режиме. На выходе из цилиндрической части 15 (на входе в диффузорную часть 16) возникает скачок уплотнения - конденсации, в котором завершается конденсация паровой фазы. В результате лавинообразного схлопывания 5 паровых пузырей в скачке происходит резкое повышение давления. Скачок переводит сверхзвуковой поток в дозвуковой и одновременно в зоне повышения давления осуществляется переход от двухфазной 5 газожидкостной структуры потока к однофазной жидкой структуре, Во время конденсации пара и особенно в скачке давления при схлопывании паровых пузырей происходит четвертая фаза диспергирования. Наряду с обеспечением смешения в потоке, дозирования компонентов и получением мелкодисперсной эмульсии, происходит нагрев в потоке этой эмульсии вследствие конденсации пара в ней, Так как расход пара стабилизируется, то и величина нагрева при постоянстве входных параметров также будет величинои постоянной. Кроме того, транспортирование как компонентов эмульсии, так и самои эмульсии осуществляется за счет энергии пара без дополнительных устройств5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 П р и м е р. Костный жир, витамины А 1 и Оз на жировой основе, фосфатидный концентрат смешивают в соотношении 20:0,006:3,7 соответственно, подогревают для плавления жира до температуры 55- 60 С и образованную смесь через арматуру 3 по трубопроводу 4 подают под атмосферным давлением в дополнительную камеру 2 как эмульгируемые компоненты ЖЗЦМ, Обезжиренное молоко (обрат) при температуре 20-35 С по патрубку 12 через арматуру 11 подают под атмосферным давлением в полость 10. По трубопроводу 7 через регулирующую арматуру 6 подают пар в паровое сопло 1, Давление пара на входе в сопло 1 создают в пределах (0,5-2) кгс/см с пог мощью регулирующей арматуры 6. Величину указанного давления настраивают по показаниям манометра 23, Пар на выходе из сопла 1 истекает со сверхзвуковой скоростью 500-800 м/с,В результате этого на выходной кромке сопла 1 и в конфузоре 14 создается вакуум, обеспечивающий инжектирование первоначально жировых эмульгируемых компонентов ЖЗЦМ, а затем и обрата в пропорции 2:100. В сопле 1, в конфузоре 14 и цилиндрической части 15 протекают описанные процессы, приводящие к образованию на выходе устройства ЖЗЦМ с 2-х содержанием жира. Предлагаемый способ осуществляется при производстве ЖЗЦМ с производительностью 3-5 т/ч. ЖЗЦМ нагревается по сравнению с температурой обрата на 15-25 С, Транспортировка ЖЗЦМ осуществляется без дополнительных насосов за счет энергии пара. Регулирование жирности ЖЗЦМ осуществляют изменением величины кольцевой щели 5. Это осуществляют осевым перемещением и фиксацией сопла 1 относительно дополнительной камеры 2 путем установки сменных шайб 21 различной толщины, Регулирование расхода обрата осуществляют изменением величины кольцевой щели 17 путем осевого перемещения камеры 13 отньсительно корпуса 9 с последующей фиксацией винтом 22,Проверка наличия скачка давления, а, следовательно, и сверхзвукового течения двухфазного газожидкостного потока, осуществляется следующим образом, С помощью арматуры 20 изменяется в выходном трубопроводе 19 по показаниям манометра 25 в пределах от 0 до 1,5 кгс/см при давлении пара перед соплом 1 около 2 кгс/см, При этом показания мановакуумметра 24 остаются неизменными, Неизменными также остаются расходы компонентов ЖЗЦМ, а, следовательно, и его жирность. Это говорит о том, что возмущения в выходном трубопроооде 19 не проходят в конфузоре, т,е, существует сверхзвуковое течение двухфазного газожидкостного потока и создается скачок давления, который не пропускает возмущения иэ "эаскачковой" зоны течения в "доскачковую". Получаемая при осуществлении способа с помощью устройства эмульсия (ЖЗЦМ) устойчива к расслоению, она выстаивает более 48 ч при 50 С без расслоения,Таким образом, способ и устройство для его осуществления позволяют упростить, снизить энергозатраты и расширить функциональные возможности, а также снизить металлоемкости устройства, так как в предлагаемых способе и устройстве дозирование компонентов эмульсии, их транспортирование, смешение, эмульгирование, транспортирование эмульсии и ее нагрев производятся одновременно и в одном устройстве в отличие от известных, где указанные операции производятся отдельно и последовательно на оборудовании для осуществления каждой из операций в отдельности,Формула изобретения 1, Способ приготовления эмульсии, предусматривающий двухстадийное диспергирование в струйном аппарате с диспергированием на первой стадии эмульгируемых компонентов и соответственно смеси полученной эмульсии с остальными компонентами на второй стадии, отл и ч а ющийс я тем, что, с целью повышения качества эмульгирования, снижения энергозатрат и упрощения способа, эмульгирование проводят в пароструйном аппарате при скорости пара 500-800 м/с, а в процессе диспергирования на второй стадии скорость поддерживают в сверхзвуковом режиме течения для данной среды,2, Устройство для приготовления эмульсий, включающее корпус, внутри которого установлена камера смешения с конфузорной цилиндрической и диффузорной частями, сопло, установленное соосно с камерой смещения, систему подачи компонентов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества эмульгирования, снижения энергозатрат, он снабжен дополнительной камерой, размещенной коаксиально соплу с образованием кольцевого зазора, система подачи компонентов состоит из трубопровода подачи эмульгируемых компонентов и патрубка подачи остальных компонентов, при этом трубопровод подачи эмульгированных компонентов соединен с дополнительной камерой, патрубок подачи остальных компонентов укреплен на корпуаз 2694 Тираж 391 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035. Москва. Ж. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 се, а сопло и камера смешения установлены с возможностью осевого перемещения, при этом сопла связано через регулирующуюаппаратуру с паропроводом.