4. Оборудование для тонкого измельчения. Гомогенизаторы

Измельчение, при котором получаются частицы размером до 1 мм, осуществляется при нагнетании продукта с высокой скоростью (150 - 300 м/с) через плоский и узкий (0,1 мм) канал. Канал может быть гладким и волнообразным, с постоянным или переменным сечением. Для преодоления сопротивления, при прохождении через узкую щель, продукт подается под высоким давлением (15-30 мПа).

В качестве гомогенизирующего органа (рис. 4.8 а) используется обыкновенный клапан 1, который прижат к седлу 2 с определенной силой.

Сила Р, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал с высотой, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и в следствии изменения гидродинамических условий (давление, вибрация) высота канала постоянно меняется.

Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается пружиной, в некоторых конструкциях – маслом, под давлением и может регулироваться. Ее величина определяется давлением, с которым осуществляется подача продукта. Тонкость измельчения (гомогенизация) зависит от давления, конструкции гомогенизирующего органа, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта.

Существуют различные конструкции гомогенизирующих органов (рис. 4.8 б). Например, клапан с отражательными стенками, при этом увеличивается время истечения с высокой скоростью и улучшается гомогенизация.

Ту же цель преследуют наклонные и концентрические нарезы в плоском (4.8 в) и конусном (4.8 г) клапанах.

Сферический клапан (4.8 д) используется двукратно. Рабочими элементами в нем являются две выпуклые поверхности. Иногда клапан бывает заменен единым телом, изготовленным из прессованных стальных тел. В нем образованы разнообразные криволинейные узкие каналы, через которые протекает сжатый продукт и тонко измельчается.

Рис. 4.8. Конструкции гомогенизирующих органов

В некоторых случаях гомогенизирующие органы представляют собой узлы с резьбой и продолговатым каналом треугольного сечения, который завинчивается гайкой на край трубопровода для подачи продукта. Между каналом и резьбой образуется зигзагообразный канал узкого и расширяющего сечений. При прохождении проявляется эффект Вентури - быстрое падение давления и увеличение скорости в канале узкого сечения, а затем снова расширение и т.д.

Гомогенизатор ОГБ-5 производительностью 155 л/с изготовлен Одесским заводом продовольственного машиностроения.

На чугунной станине смонтированы три блока: блок плунжеров, блок эксцентриков, блок шатунов. На верхней плите станины установлен электродвигатель мощностью 28 кВт, которой при помощи клиноременной передачи приводит во вращение вал блока со скоростью более 3000 рад/с.

Каждый из трех плунжеров, совершая возвратно-поступательное движение, всасывает жидкость из канала, закрытого всасывающим клапаном, и нагнетает ее через клапан в гомогенизирующую головку.

На стальном корпусе 4 головки (рис. 4.9) находится цилиндрический клапан 3, центрируемый кольцом распылителя 2. Рабочая поверхность клапана имеет выпуклую, а седло 1 - вогнутую сферическую форму. Под действием давления жидкости клапан поднимается на 100-150 мм, образуя кольцевую щель, через которую жидкость проходит с большой скоростью в распылитель и далее в отводной штуцер.

Регулируя маховиком 10 и винтом 9 давление пружины 8 на грибок 7, стержень 6 и клапан 3, можно обеспечить оптимальный режим гомогенизации для различных продуктов. Клапан 3 является двухсторонним: после износа его нижней рабочей поверхности можно использовать верхнюю поверхность.

Для обеспечения равномерного износа и удлинения сроков службы гомогенизирующего органа и улучшения гомогенизации применяется принудительно вращающейся клапан (от электродвигателя или от главного электродвигателя машин).

Рис. 4.9. Головка гомогенизатора

Существуют и двухступенчатые гомогенизирующие головки - две в одном теле, последовательно смонтированные.

Гомогенизатор А1 – ОГМ предназначен для тонкого измельчения мякоти при производстве продуктов детского питания, соков с мякотью и некоторых других продуктов. На корпусе гомогенизатора крепятся плунжерный блок и гомогенизирующая головка. В его монолитном корпусе размещены всасывающий и нагнетательный коллекторы, поперечные горизонтальные камеры для плунжеров и рабочие камеры. В рабочих камерах находятся карманы, седла и уплотнения. Клапаны попарно притерты к своим седлам, но при необходимости могут быть переставлены. Манжетные уплотнения плунжеров изготавливаются из полипропилена, уплотнения седел из капрона.

Тонкое измельчение осуществляется путем пропускания жидкости с большой скоростью через узкие кольцевые щели в насосах высокого давления. Жидкость с мякотью нагнетается плунжером под тарелку клапана, давит на нее и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление, создаваемое пружиной. При этом между клапаном и седлом образуется щель высотой от 0,05 мм до 2,5 мм, через которую измельчаемая смесь проходит с большой скоростью. При этом мякоть гомогенизируется. Процесс повторяется на следующей стадии, после чего жидкость выводится из гомогенизирующей головки. Давление на первой ступени выше, чем на последующей.

Техническая характеристика гомогенизатора А1-ОГМ

Производительность, м³/ч 5

Рабочее давление, мПа 20

Установленная мощность, кВт 40

Температура продукта, °С 60-80

Габаритные размеры, мм 1430х1110х1640

Масса, кг 1710

Гидродинамический ультразвуковой гомогенизатор.

П ринцип действия базируется на воздействии жидкости, вытекающей под давлением на препятствие в виде тонкой пластинки. Благодаря отрыву потока из-за не обтекаемости пластинки пограничный слой уходит с поверхности, при этом в среде около поверхности создаются завихрения. Эти завихрения, сопровождающиеся чередованием перепадов давления, создают звуковые волны с частотой, зависящей от частоты завихрений.

Продукт поступает по трубе 1 (рис. 4.10) под давлением 1,2...2,0 мПа. Выйдя из сопла 2, продукт поступает на заостренный кран пластинки 4, закрепленной в держателе 3.

Рис. 4.10. Гидродинамический

ультразвуковой гомогенизатор

Интенсивность звуковых колебаний может быть увеличена путем использования явления резонанса, т.е. совладения частоты вынужденных и собственных колебаний пластинки.

В гидравлических гомогенизаторах механическая энергия струи жидкости, нагнетаемой насосом, непосредственно превращается в энергию высокочастотных упругих механических колебаний. При этом обеспечивается однородность измельчения обрабатываемого продукта.

Продукт измельчается благодаря кавитационным процессам, возникающим при резкой смене давления и разряжения. Последнее явление имеет место во время облучения продукта ультразвуком. Интенсивность измельчения зависит от частоты ультразвуковых волн и их напряженности.