Установка для мембранного эмульгирования
Полезная модель относится к пищевой, косметической и медицинской промышленности и предназначена для получения эмульсий с высокой концентрацией монодисперсных частиц.
Задачей данной полезной модели является создание условий получения высококонцентрированной эмульсии с однородной дисперсией.
Технический результат достигается тем, что в предложенной установке содержится мембранный модуль, внутри которого установлена трубчатая мембрана, линии подачи и емкости диспергируемой и сплошной фаз, насос, теплообменник, а в контуре диспергируемой фазы установлено золотниковое устройство с электромеханическим приводом.
Полезная модель относится к пищевой, косметической и медицинской промышленности и предназначена для получения эмульсий с высокой концентрацией монодисперсных частиц.
Преимущества мембранного эмульгирования существенно ниже энергетические затраты. Возможность получения с помощью мембранного эмульгирования монодисперсных частиц защищает выложенная заявка на патент US 2004/0152788 A1.
Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для мембранного эмульгирования, описанное в обзоре [Joscelyne S.M., Tragerdh G. Membrane emulsification-a literature review, J. Membr. Sci. 169 (2000) 107-117]. Установка представляет собой мембранный модуль с трубчатыми мембранами, во внешний объем которого под давлением подается диспергируемая фаза, а внутренний объем трубчатых мембран включен в циркуляционный контур с емкостью сплошной фазы и насосом, давления в обоих потоках контролируются и регулируются так, чтобы давление во внешнем объеме превышало давление во внутреннем объеме и создавало трансмембранное давление. Под действием трансмембранного давления диспергируемая фаза через поры мембраны вытеснялась в поток сплошной фазы и на внутренней поверхности мембраны формируются капли. За счет движения сплошной фазы создается сдвиговое усилие, под действием которого капли отделяются от поверхности мембраны и увлекаются потоком во внутреннем объеме трубчатых мембран, который становится эмульсией.
Недостатком данной установки, является получение эмульсии низкой концентрации, т.к. для создания достаточных сдвиговых усилий с учетом неравномерного профиля скоростей потока, резко снижающейся скорости у поверхности мембраны, необходимо поддерживать высокий расход сплошной фазы и за счет этого получать низкоконцентрированную эмульсию. Использование рециркуляционного насоса в контуре сплошной фазы, которая после неоднократного прохождения через внутренний объем мембран становится эмульсией, не позволяет получать эмульсию с однородной дисперсией.
Задачей данной полезной модели является создание условий получения высококонцентрированной эмульсии с однородной дисперсией.
Технический результат достигается тем, что в предложенной установке содержится мембранный модуль, внутри которого установлена трубчатая мембрана, линии подачи и емкости диспергируемой и сплошной фаз, насос, теплообменник, а в контуре диспергируемой фазы установлено золотниковое устройство с электромеханическим приводом.
Золотниковое устройство обеспечивает реверсию (изменение направления) потока во внутреннем объеме трубчатых мембран. За счет этого сплошная фаза в зависимости от частоты и амплитуды, задаваемыми золотниковым устройством, может находиться во внутреннем объеме дольше, а воздействие на отделяемые капли переменного направления потока заставляет капли изменять положение от близкого к горизонтальному до радиального и тем самым попадать в область более высоких скоростей и соотвественно сдвиговых усилий, что облегчает их отделение.
Предложенная установка технически отличается следующим:
1. Золотниковое устройство с корпусом и подвижным элементом имеет систему каналов, которые за счет переменного по направлению движения подвижного элемента под действием, например, электромеханического соленоидного привода, могут совмещаться или перекрываться, что меняет направление потоков.
2. Насос нагнетает в установку только сплошную фазу, а эмульсия стекает в емкость готовой эмульсии.
3. Для регулировки давления и соответственно расходов фаз используются регулируемые клапана и приборы контроля давления.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых схематично представлена установка мембранного эмульгирования при смещении подвижного элемента золотникового устройства влево (Фиг.1) и вправо (Фиг.2).
Предлагаемая установка для мембранного эмульгирования включает мембранный модуль 1 с трубчатой мембраной 2, установленной внутри него. На линии подачи сплошной фазы имеется емкость 3, насос 4, например, шестеренчатый, теплообменник 13, трехходовый регулируемый клапан 12 с прибором 9, контролирующим давление. Для осуществления реверсивного движения потока во внутреннем объеме мембраны 2 применяется золотниковое устройство 7 с электромеханическим приводом. В контуре дисперсной фазы установлена емкость дисперсной фазы 5, баллон-источник давления с азотом 6 для осуществления подачи. Для изменения давления в контуре используется регулируемый клапан 11 и датчик давления 10. Готовый продукт поступает в емкость 8.
Заявленная установка для мембранного эмульгирования работает следующим образом.
Непрерывная фаза из емкости 3 посредством насоса 4 с требуемой температурой, обеспечиваемой теплообменником 13, подается через золотниковое устройство 7 в мембранный модуль 1 для эмульгирования. Золотниковое устройство 7, управляемое электромеханическим приводом, обеспечивает реверсивный ток непрерывной фазы внутри трубчатой мембраны 2. Частота и амплитуда движения подвижного элемента золотникового устройства изменяет режим работы установки и соответственно характеристики получаемого продукта-эмульсии. Подача дисперсной фазы в мембранный модуль 1 осуществляется из емкости 5, посредством подачи избыточного давления из баллона 6. Регулировка разности давлений в контурах непрерывной и дисперсной фазы производится путем снятия показаний давлений с датчиков 9 и 10 соответственно. Давление в контуре дисперсной фазы регулируется посредством клапана 11 с электроприводом. Давление в контуре непрерывной фазы регулируется с помощью трехходового клапана 12 с электроприводом.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, позволяет достичь желаемый технический результат.
Установка для мембранного эмульгирования, содержащая мембранный модуль, внутри которого установлена трубчатая мембрана, линии подачи и емкости диспергируемой и сплошной фаз, насос, теплообменник, отличающаяся тем, что в контуре диспергируемой фазы установлено золотниковое устройство с электромеханическим приводом.
