Гомогенизатор. Оборудование для гомогенизации. Устройство, принцип действия и назначение гомогенизаторов Роторный и клапанный гомогенизатор

Кисломолочные продукты играют важную роль в питании людей, особенно детей, лиц пожилого возраста и больных. Диетические свойства кисломолочных продуктов заключаются, прежде всего, в том, что они улучшают обмен веществ, стимулируют выделение желудочного сока и возбуждают аппетит. Наличие в их составе микроорганизмов, способных приживаться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада белка, поступающих в кровь человека.

Немаловажной стадией при выработке кисломолочных продуктов является механическое воздействие на исходное сырье, т.е. гомогенизация. Она не только предотвращает отстаивание жира, но и способствует получению качественных кисломолочных продуктов с улучшенными консистенцией и вкусовыми свойствами, повышению его усвояемости организмом и более полному использованию содержащихся в нем жира и витаминов.

Гомогенизатор предназначен: для многокомпонентной гомогенизации и диспергации нерастворимых (несмешиваемых) сред (которым недопустим перегрев), с целью получения высокооднородных нерасслаивающихся эмульсий и суспензий в пищевой, косметической, фармацевтической, химической и других промышленностях. По многим параметрам превосходят лучшие зарубежные образцы гомогенизаторов и не имеют российских аналогов.

Принцип работы гомогенизатора. Перекачиваемая гомогенизатором среда подводится к всасывающему патрубку и отводится из напорного патрубка под воздействием подпирающего давления крупнозернистые частицы и смеси, подлежащие гомогенизации, попадают на крыльчатку агрегата, затем, получив ускорение, попадают на гомогенизирующий узел. В гомогенизирующем узле происходит их раздробление между вращающимся и стационарным калибровочными цилиндрическими ножами ротора и статора. Вращающийся и стационарный калибровочные ножи исполнены в виде колец с отверстиями. Попадающие на гомогенизирующий узел частицы (например, жировые шарики) выдавливаются крыльчаткой под воздействием давления, созданного центробежной силой, и проходят через отверстия. Так как частота вращения крыльчатки и одного из колец 3000 об/мин. (либо регулированная), происходит постепенное срезание (раздробление) подвижной частью кольцевого ножа (каждым отверстием вращающейся части) жировых шариков по мере их продвижения.

Преимущества.

Все части гомогенизатора, контактирующие с продуктом, изготовлены из
высококачественной пищевой нержавеющей стали AISI 304, AISI 316
Установлено торцевое уплотнение, имеющее увеличенный ресурс и
исключающее потери продукта.
Гарантированная работа при более высоких, чем существующие аналоги
температурных режимах (до 115°С).
Отлично работает в кислото- и -щелочесодержащих средах.
Возможны варианты исполнения с защитой от сухого включения и с
взрывозащищенным двигателем.
Возможность исполнения гомогенизатора, с "рубашкой" охлаждения (нагрева).
Возможна плавная регулировка степени гомогенизации и производительности.
Имеет возможность подключения к однофазной или трехфазной сети.

Выгода. Воспользовавшись преимуществами выпускаемых нами гомогенизаторов:

Вы сможете:

Производить продукт стабильно высокого качества.
Достичь высокой степени диспергации.
Добиться долговременной сохранности заданной структуры продукта.
Применять любые современные технологии.
Конструировать любые технологические линии, совмещая с дополнительным оборудованием других производителей.
Высокое качество, стойкость структуры и срок хранения продукта во многом зависят от величины диспергации частиц.
Минимальной величины частицы можно достигнуть только на современных гомогенизаторах.

Гомогенизатор с рубашкой охлаждения (нагрева).

Предназначен для гомогенизации сред, которым недопустимо перегревание. В рубашку подается охлаждающая жидкость, которая циркулируя охлаждает слой, соприкасающийся с продуктом. Нагрев рубашки используется при гомогенизации сред, которые застывают (либо становятся более вязкими) уже при комнатной температуре. (шоколад, глазурь, крем, паштет и т.д.). Также для тех сред, в которых характерен рост (гибель) бактерий при повышении (понижении) температуры и наоборот.

Область применения гомогенизаторов

Гомогенизатор для производства молочных продуктов

сливочное масло, молоко, сливки, сметана, йогурт, творог, кефир, сгущенное молоко, сыр, мороженое, восстановление сухого молока, молочная смесь, маргарин, майонез, лёгкое и комбинированное масло, молочные продукты со взбитой структурой

Линия производства сгущеного молока

Линия производства молочных консервов

Гомогенизатор для производства масложировых продуктов

маргарин, майонез, лёгкое и комбинированное масло

Линия производства масла и маргарина

Пищевые насосы в линии по производству майонеза

Установка для производства майонеза

Линия производства молочного жира

Гомогенизатор для производства кондитерских изделий

крем, начинка, шоколадная глазурь, шоколадное масло, шоколадноореховая паста, сироп

Пищевые насосы в линиях по производству шоколадной глазури

Гомогенизатор для производства плодоовощной подукции

джемы, повидло, конфитюры, пюре, пасты, кетчупы, соусы, горчица, томатная паста, томатный сок, концентраты, крем, желе

Линия приготовления фруктовых консервов, томатной пасты, соусов и кетчупов.

Линия для приготовления различных соусов с кусочками овощей (кетчупов, джемов, конфитюров и повидла)

Линия производства рассола

Линия призводства томатной пасты

Линия производства повидла, джема, кофитюра из плодов фруктов

Гомогенизатор для производства мясных продуктов

мясные и печёночные паштеты, различные пасты и смеси, эмульсии для сосисок и колбас, блюда из мяса и птицы

Гомогенизатор для производства косметической продукции

Для производства парфюмерии

крем, шампунь, бальзам, гель, мазь, паста, молочко, лосьон

Линия для производства косметики, косметических средств.

Линии для производства косметических кремов

Установка для получения гомогенных косметических продуктов.

Гомогенизатор для производства фармацевтической продукции

мазь, эмульсии, смеси, вязкие компоненты, растворы

Линия для производства фармацевтических средств

Линия для приготовления стерильной мази (крема).

Линия (установка) гидродинамической экстракции из растительного сырья

Гомогенизатор для производства продуктов бытовой химии

клей, моющие средства, бытовая химия

Линия производства средств для мытья посуды

Линия по производству синтетических моющих средств (паст)

Гомогенизатор для производства лакокрасочных материалов

краски, красители, лаки, покрытия,

Линия приготовления водных красок

Гомогенизатор для производства химической продукции и нефтепереработки

химические продукты, агрессивные эмульсии и суспензии, технические растворы, технические масла, смазка, топливо

Линия производства химических средств

Установка диспергирования углерода

Гомогенизатор для производства пиво-безалкогольной продукции

Линия купажирования.

Линия по производству соков методом восстановления

Технические характеристики гомогенизатора

Модель гомогенизатора	Одноступенчатые, без рубашки
	P 3	P 5.5	P 7.5	P 11	P 15	P 30
	Одноступенчатые, с рубашкой
	P 3P	P 5.5P	P 7.5P	P 11P	P 15P	P 30P
	Двухступенчатые, без рубашки
	P 3-2	P 5.5-2	P 7.5-2	P 11-2	P 15-2	P 30-2
	Двухступенчатые, с рубашкой
	P 3-2P	P 5.5-2P	P 7.5-2P	P 11-2P	P 15-2P	P 30-2P
	Четырехступенчатые
	-	-	-	P 11M	P 15M	P 30M
Производительность, м3/ч	2 - 10	2 - 10	2 - 12	10 - 15
Число оборотов двигателя
Давление на входе, кг/см2
Мощность электродвигателя, кВт	3	5,5	7,5	11	15	30
Температура, °С min - max
Уровень звука, дБ
Кинематическая вязкость, не более, сСт (без насоса - самотек)
Вес, кг	42	70	85	109	130	157

Сема устройства гомогенизатора

Погружной гомогенизатор ПНГ (диспергатор).

Назначение. Погружной гомогенизатор ПНГ предназначен для гомогенизации жидких и вязких продуктов в пищевой, косметической и химической промышленности, для приготовления, майонезов, мясных, фруктовых, овощных паст, пюре, сиропов, также может использоваться для приготовления водоэмульсионных красок и других аналогичных сред.

Устройство. Погружной гомогенизатор крепится на площадку подъемного устройства и с помощью пульта управления может свободно перемещаться по вертикальной направляющей.

Погружной гомогенизатор комплектуется с мотор-редуктором, крепится на стенки и помещается в емкость.

Преимуществами погружного гомогенизатора являются отсутствие торцевых уплотнений и обвязывающих трубопроводов, и как следствие возможность работать при высоких температурах, мобильность, возможность погружения гомогенизатора в емкости любого размера.

Погружной гомогенизатор может быть доукомплектован преобразователем частоты вращения, установка которого позволяет добиться увеличения скорости вращения.

Детали, находящиеся в контакте с обрабатываемым продуктом, выполнены из хромникелевой стали.

Область применения погружного гомогенизатора:

Косметическая промышленность
Для получения гомогенных косметических продуктов (крема, гели) и др.
Химическая промышленность
Молочная промышленность
Плодоовощная промышленность

Технические характеристики погружного гомогенизатора

Гомогенизатор (диспергатор) вертикальный многоступенчатый.

Назначение. Предназначен для многокомпонентного гомогенизирования смесей. Используется в молочной промышленности, а также может использоваться в косметической, фармацевтической, химической промышленностях.

Устройство. Представляет собой многоступенчатый гомогенизатор, до 19 ступеней. Продукт переходя из ступени в ступень постепенно измельчается и смешивается до нужной степени гомогенизации (2...5 мкм). Эффект гомогенизации оказывает положительное воздействие на физическую структуру молока, молочных продуктов.

В стандартной комплектации скорость вращения ротора до 3000 об/мин.
Может быть доукомплектован преобразователем частоты вращения, установка которого позволяет добиться увеличения скорости вращения до 6000 об/ мин.

Более высокая степень защиты от потерь через уплотнения. Имеет возможность подключения к однофазной или трехфазной сети.

Гомогенизатор позволяет добиться:

уменьшения размеров жировых шариков, что предотвращает отстой сливок,
более белого и аппетитного цвета,
повышенной сопротивляемости масложировой эмульсии,
улучшения вкуса и аромата,
увеличения срока хранения молочных и кисломолочных продуктов.

Надежность. Все части гомогенизатора, контактирующие с продуктом, изготовлены из высококачественной пищевой нержавеющей стали AISI 304, AISI 316, установлено импортное торцевое уплотнение имеющее увеличенный ресурс, отсутствие быстроизнашиваемых деталей (уплотнение плунжерных пар).

По многим параметрам превосходит зарубежные образцы и не имеет российских аналогов

Технические характеристики многоступенчатого гомогенизатора

Гомогенизатор роторно-кавитационный

Предназначен для многокомпонентного гомогенизирования нерастворимых сред с целью получения эмульсий и суспензий в пищевой, косметической, фармацевтической, химической и других промышленностях, в т. ч. для вязких продуктов.

Специальная конструкция гомогенизатора, специальная геометрия корпуса и вращающихся рабочих частей обеспечивает высокую производительность. Применяемые материалы гигиеничны, конструкция гомогенизатора практична в эксплуатации.

Гомогенизаторы роторно-кавитационные

4-х роторные гомогенизаторы по своим параметрам не имеют аналогов!

Преимущества

Все части гомогенизатора, контактирующие с продуктом, изготовлены из высококачественной пищевой нержавеющей стали.
Установлено торцевое уплотнение, имеющее увеличенный ресурс и исключающее потери продукта.
Гарантированная работа при более высоких, чем у существующих аналогов, температурных режимах (до 115°С).
Отличная работа в кислото- и -щелочесодержащих средах.
Компактность, возможность вертикального расположения.
Высокая степень защиты от потерь через уплотнения (крышка гомогенизатора отделена от крышки двигателя).

Принцип работы

Обрабатываемый продукт подводится к всасывающему патрубку и отводится из напорного патрубка под воздействием подпирающего давления.

В гомогенизирующем узле происходит раздробление продукта между вращающимся и стационарным калибровочными цилиндрическими ножами ротора и статора. Вращающийся и стационарный калибровочные ножи исполнены в виде колец с отверстиями.

Попадающие на гомогенизирующий узел частицы (например, жировые шарики) выдавливаются крыльчаткой под воздействием давления, созданного центробежной силой, и проходят через отверстия, где происходит постепенное срезание (раздробление) подвижной частью кольцевого ножа (каждым отверстием вращающейся части) жировых шариков по мере их продвижения.

Технические характеристики роторно-кавитационного гомогенизатора*

Гомогенизаторы (диспергаторы) аналог импортного

Интенсификация процессов 100-600%!

Гомогенизатор позволяет одновременно производить диспергирование, гомогенизирование и перекачивание продукта с повышением давления на выходе.

Специальная конструкция гомогенизатора (две рабочие камеры), специальная геометрия корпуса (с отсутствием "мертвых зон") и вращающихся рабочих частей обеспечивает высокую производительность. Применяемые материалы гигиеничны, конструкция гомогенизатора практична в эксплуатации.

Гомогенизатор обладает высокой производительностью, позволяет получать высокостабильные эмульсии и суспензии, обеспечивает степень гомогенизации 80%, размер частиц до 2 мкм. Может быть встроен в уже существующие линии.

Сфера применения в промышленности:

Молочная - мягкий творог, кефир, сгущенное молоко, плавленый сыр, восстановление сухого молока, сливок.
Масложировая - комбинированные масла, маргарины, майонез, пасты.
Плодоовощная - джемы, повидло, кетчупы, соусы, конфитюры, пюре, пасты.
Кондитерская - крема, начинки, шоколадно-ореховые пасты, шоколадная глазурь.
Безалкогольная - соки, нектары, напитки.
Косметическая - крема, шампуни, бальзамы, гели, мази, зубные пасты.
Фармацевтическая - мази, эмульсии, гели.
Химическая - моющие средства,клеи, лаки, политура, дезинфицирующие средства.

Технические характеристики гомогенизатора*

* Технические характеристики могут меняться по желанию заказчика.

Вакуумный миксер-гомогенизатор.

Установка представляет собой вакуумный реактор,с перемешивающим устройством, к которому на рециркуляцию подсоединен гомогенизатор. После загрузки основных компонентов в емкость реактора, из системы откачивается воздух, и установку включают в режим рециркуляции, в процессе которой происходит измельчение и смешивание загруженных компонентов. Встроенная в систему воронка позволяет дозагружать необходимые компоненты в процессе гомогенизации.

Основным преимуществом данной конструкции является то,
что она позволяет смешивать между собой такие компоненты, которые при смешивании на открытом воздухе затвердевают еще в процессе смешивания.

Заводские испытания гомогенизатора

Гомогенизатор это устройство для получения гомогенных (однородных) дисперсных систем. Системы могут быть одно- или многофазными, т.е. в дисперсной среде, которой обычно является жидкость, находятся частицы (обычно – нерастворимые) одного или нескольких твердых либо жидких веществ, которые называются дисперсными фазами. Термин «гомогенный» значит, что фазы распределены равномерно, с одинаковой концентрацией в любом произвольно взятом единичном объеме среды. Полученная система должна быть относительно устойчивой. Для этого при гомогенизации, в подавляющем большинстве случаев, проводят диспергирование, то есть, измельчение частиц фазы.

Применение гомогенизаторов в молочной промышленности

Гомогенизатор для молока дробит жировые шарики. Скорость, с которой они всплывают на поверхность, зависит от квадрата их радиуса. Таким образом, после уменьшения в 10 раз, скорость падает в 100 раз. Благодаря этому, продукт не отстаивается, не разделяется на сливки и обрат. Срок его хранения значительно возрастает.

Кроме того, после гомогенизации:

При изготовлении маргарина или сливочного масла, в жировой среде равномерно распределяются вода и прочие компоненты. А в майонезах и салатных заправках – жиры в водной среде.
Сливки и пастеризованное молоко делаются однородными по цвету, вкусу и жирности.
У сгущенных молочных консервов, во время длительного хранения, не выделяется жировая фаза.
Кефир, сметана и другие кисломолочные продукты стабилизируются. Консистенция белковых сгустков улучшается. На поверхности не образуется жировая пробка.
В сухом цельном молоке уменьшается количество не защищенного белковой оболочкой свободного жира. За счет этого исключается его быстрое окисление под влиянием атмосферного воздуха.
У молока с какао или другим наполнителем улучшается вкус, оно становится более вязким. Снижается вероятность выпадения осадка.
У восстановленных кисломолочных напитков, сливок и молока нет водянистого привкуса. Естественный вкус становится более насыщенным.

Физические методы процесса и основные типы гомогенизаторов

Продавливание через узкую щель. Используются агрегаты клапанного типа, с плунжерными насосами высокого давления. Такие устройства в молочной промышленности - самые распространенные.
Механическое перемешивание. Применяются миксеры с ножами или лопаточными венчиками, в том числе, высоко оборотистые. Простейший пример – кофемолка или мясорубка с электроприводом. Сюда же можно отнести роторно-пульсационные аппараты (РПА). Хотя в них действие на комочки фазы более сложное, оно не ограничивается лишь ударными и истирающими нагрузками.
Воздействие ультразвуком. Здесь работают УЗ-установки, возбуждающие в дисперсной среде кавитацию, за счет которой фаза измельчается.

Плунжерный гомогенизатор

Устройство

Устройство гомогенизатора показано на рис. 1. Плунжерный цилиндр 1 соединяется с входным патрубком через всасывающий клапан 3, а с камерой высокого давления – через нагнетательный клапан 4. От камеры идет канал к гомогенизирующей головке 5, которая имеет седло 6, клапан 7, пружину 8 и регулировочный винт 11. Для контроля давления, к камере подключен манометр 10. Канал имеет ответвление на предохранительный клапан 9. Плунжер приводится в движение насосом 2.

В укрупненном виде гомогенизирующая головка показана на рис.2. В ней имеется калиброванное отверстие (канал) 1 в седле 5, пружина 2, клапан 4 со стержнем 3 и регулировочный винт 6. Седло и клапан притерты друг к другу.

Клапан имеет плоскую, конусную с небольшим углом или тарельчатую форму рабочей поверхности. В первом случае, на ней могут быть рифли (проточки). Если они есть, то на седле делаются такие же. Это повышает степень дробления фазы.

Встречаются модели, в которых клапан и седло расположены в подшипниках, установленных в неподвижном корпусе. В этом случае они, под напором струи продукта, вращаются в разные стороны.

Поскольку проходящая с большой скоростью жидкость достаточно сильно действует на клапан и седло, то они быстро изнашиваются. Поэтому указанные элементы делают из особо прочных сталей. Кроме того, их форма симметричная. При заметном износе, достаточно перевернуть их на другую сторону, тем самым увеличив срок службы в два раза.

Насос применяется не обязательно плунжерный, можно выбрать винтовой или роторный. Главное, чтобы он создавал высокое давление. Поскольку плунжерный механизм не обеспечивает равномерную подачу, то в гомогенизаторы ставят их по несколько штук, с разнесением начала циклов по времени. Самыми популярными являются трехплунжерные агрегаты. В них на валу колена повернуты на 120 град, чтобы цилиндры работали поочередно. В этом случае коэффициент неравномерности подачи, то есть, отношение ее максимального значения к среднему, равен 1,047.

Близкий к единице показатель значит, что поток, идущий через гомогенизирующую головку, с небольшой погрешностью может считаться стабильным. Таким образом, в процессе гомогенизации клапан находится все время во взвешенном (открытом) положении. Между ним и седлом имеется щель для прохода жидкости. Размер ее тоже можно принимать постоянным, не учитывая незначительного отклонения от среднего уровня. У многих современных аппаратов поток с каждого плунжера идет на «свою» головку. После дробления фазы они соединяются в выходном коллекторе.

Манометр оборудован дросселирующим устройством. Это уменьшает колебания стрелки прибора.

Принцип действия

Принцип работы гомогенизатора следующий. Когда плунжер работает на всасывание (на рисунке – движется влево), молоко поступает в цилиндр 1 через клапан 3. Затем плунжер работает на нагнетание (перемещается вправо) и проталкивает продукт в камеру через клапан 4. После этого жидкость по каналу попадает из камеры в гомогенизирующую головку 5.

Когда клапан находится в нерабочем положении, пружина 8 плотно прижимает его к седлу. Поступающее под давлением молоко приподнимает клапан так, что между ним и седлом образуется небольшая щель. Проходя через нее, жировые шарики измельчаются, продукт гомогенизируется, после чего уходит в выпускной патрубок.

Щель обычно имеет размер не более 0,1 мм. Частицы молока движутся в этой зоне со скоростью около 200 м/с (в нагнетательной камере - всего 9 м/с). Размер жировых комочков уменьшается с 3,5-4,0 мкм до 0,7-0,8 мкм.

Давление, создаваемое плунжерным насосом, очень большое. Поэтому засорение канала в седле может привести к разрушению деталей. Чтобы избежать поломки, ставится предохранительный клапан 9.

Регулируют агрегат винтом 11. Одной из основных характеристик гомогенизации является давление. При затягивании винта, пружина сильнее прижимает клапан к седлу. Из-за этого уменьшается размер щели, так как возрастает гидравлическое сопротивление. Настройку аппарата проводят по показаниям манометра 10.

Согласно инструкции к гомогенизатору, температура молока должна быть в пределах от 50 до 65 град С. Если она окажется ниже этого диапазона, ускорится процесс отстаивания жировых комочков. Если выше – начнут осаждаться сывороточные белки.

Повышение кислотности продукта отрицательно влияет на эффективность процесса, так как в этом случае стабильность белков снижается. Образуются агломераты, дробление жировых комочков затрудняется.

В момент прохождения жидкости через клапанную щель, из-за резкого сужения поперечного сечения канала, наблюдается эффект дросселирования. Скорость потока многократно увеличивается, а давление падает из-за того, что потенциальная энергия преобразуется в кинетическую.

После прохождения молока через головку, какая-то часть раздробленных частиц опять слипается в более крупные конгломераты. Эффективность процесса падает. Для борьбы с этим явлением, используют двухступенчатую гомогенизацию. Устройство показано на рис. 3. Принципиальное отличие от одноступенчатой заключается в наличии двух пар рабочих органов, первой ступени 4 и второй – 12. У каждой есть своя прижимная пружина с регулирующим вентилем 6.

Вторая ступень, вспомогательная, еще более повышает степень дробления фазы. Она предназначена для создания управляемого и постоянного противодавления в головке первой ступени, которая является основной. Это оптимизирует условия процесса. А также для разрушения относительно неустойчивых образований. Давление в ней устанавливается меньшее, чем в первой.

Одноступенчатая гомогенизация предназначена для продуктов с низкой жирностью или высокой вязкостью. Двухступенчатая – при высоком содержании жира либо сухих веществ и малой вязкости. А также в тех случаях, когда надо обеспечить максимально возможное дробление фазы.

Раздельная технология

В молочной промышленности гомогенизация может быть полной или раздельной. В первом случае все имеющееся сырье пропускают через агрегат. Во втором, его сначала сепарируют. Полученные сливки 16-20% жирности гомогенизируют, после чего смешивают с обратом. И отправляют на следующий этап переработки. Этот способ дает значительную экономию энергии.

Механизм процесса диспергирования фазы в аппарате клапанного типа

По Н. В. Барановскому, на основании изучения гидравлических факторов, влияющих на дробление жировых комочков при гомогенизации молока на аппарате клапанного типа, предложена следующая схема процесса (рис. 4).

В точке перехода потока из канала седла в щель, между седлом и клапаном резко снижается площадь сечения потока. А значит, согласно одному из основных законов гидравлики, также быстро возрастает скорость его движения U. Если более конкретно, то U0 на подходе составляет несколько метров в секунду. А U1 на входе в щель – на 2 порядка выше, несколько сотен м/с.

Жировая капля не переходит из зоны малых в зону больших скоростей одномоментно «вся сразу». В поток, двигающийся в щели с огромной скоростью, входит сначала передняя часть шарика. Под действием быстро текущей жидкости, она вытягивается (задняя часть – все еще движется медленно) и отрывается. Оставшийся комок продолжает неторопливо (разумеется, понятие «неторопливо» в данном случае относительное, так как весь цикл прохождения капли сквозь щель занимает 50 микросекунд) продвигаться к границе раздела скоростей, и часть, теперь оказавшаяся передней, вытягивается так же, как и предыдущая, и тоже отрывается. Таким образом, вся жировая капля постепенно разрывается на кусочки, проходя через пограничное сечение. Это происходит при достаточно большой разности скоростей U0 и U1.

Если указанная разность окажется меньше определенного порога, то, перед отрывом частиц, имеет место промежуточный этап – капля сначала растягивается в шнур. Если разность будет еще меньше, то жировой комочек пройдет через границу раздела скоростей без разрушения. Но воздействие большой скорости потока все равно приведет его в неустойчивое состояние, вследствие образования внутренних деформаций. Поэтому, из-за сил поверхностного натяжения и механических ударов струй потока, шарик все равно распадется на более мелкие фракции.

Гомогенизатор для масла

Для получения однородной консистенции сливочного масла или плавленых сыров, используют гомогенизатор пластификатор. В процессе обработки, водная фаза диспергируется и равномерно распределяется по всему объему. В итоге, продукт дольше хранится, его вкусовые качества улучшаются. Кроме того, сокращаются затраты времени на размораживание, при упаковке снижаются потери воды.

Устройство аппарата можно рассмотреть на примере одной из наиболее популярных моделей М6-ОГА (рис. 5). Он состоит из корпуса и станины (рис. 6), приемного бункера, под которым расположены подающие шнеки, и ротора с 12-ю, 16-ю или 24-мя лопастями. В качестве привода используется электродвигатель. Частота вращения шнеков регулируется вариатором. Угловая скорость ротора – постоянна.

Работа гомогенизатора выглядит следующим образом. Сливочное масло большими кусками кладется в бункер. Шнеки вращаются в разных направлениях, если смотреть сверху – один навстречу другому. С их помощью масло продавливается через ротор, после чего, через насадку прямоугольного сечения, выходит в приемный бункер (на рисунке не показан). Чтобы масло не налипало на рабочие органы, их смазывают горячим раствором.Роторно-пульсационный аппарат

В последнее время для обработки молока все чаще используют роторно-пульсационные аппараты (РПА). Такой гомогенизатор по конструкции и принципу действия похож на центробежный насос. Главное отличие – в рабочих органах.

РПА устроен следующим образом. В качестве привода служит электродвигатель. На его удлиненном валу жестко закреплен ротор в виде перфорированного цилиндра. С торца цилиндра, со стороны крышки, может стоять крыльчатка. Перфорация на ней не обязательна. Внутри крышки имеется аналогичный цилиндр, неподвижный, он играет роль статора.

Молоко подается через осевой патрубок на крышке и попадает на крыльчатку. Эта деталь производит первичное дробление фазы и придает рабочей смеси ускорение. Последняя затем проходит сквозь перфорацию подвижного цилиндра, снова частично диспергируется, под действием срезающих и истирающих нагрузок, и оказывается в гомогенизирующей полости между ротором и статором. Здесь, кроме ударных, на жировые шарики действуют еще и другие силы.

В турбулентном потоке, движущемся с большой скоростью (именно такой наблюдается в рабочей зоне РПА), возникают микровихревые течения. Если небольшой сферический водоворот сталкивается с каплей жира, он ее разрушает. Также имеет место гидроакустическое воздействие. Интенсивная кавитация, приводящая к схлопыванию пузырьков воздуха, порождает ударные волны, против которых комочки фазы тоже не могут устоять.

Максимальное воздействие аппарата на частицы достигается в тот момент, когда между ротором и статором возникают резонансные колебания. Чтобы обеспечить данный эффект, надо рассчитать диаметр подвижного цилиндра, скорость его вращения, а также зазор между ним и статором.

После рабочей зоны молоко проходит сквозь отверстия статора и, уже гомогенизированное, выводится через тангенциальный выпускной патрубок, направленный обычно вверх, чтобы проще было подключать трубопроводы для повторной загрузки бункера в рециркуляционной системе.

Для повышения степени дробления, в аппарате может быть несколько пар «ротор-статор» . После установки крышки, они располагаются поочередно. Есть модели, в которых, вместо крыльчатки, ставится перфорированный диск. Гомогенизаторы РПА также могут быть погружными. Опционально агрегат комплектуется следующими приспособлениями:

Защита от сухого пуска.
Взрывозащищенный двигатель.
Корпус с рубашкой нагрева / охлаждения.
Регулятор плавного изменения частоты вращения мотора.
Загрузочное устройство (шнековый питатель), для вязких, плохо растворимых, неоднородных эмульсий и суспензий или сыпучих компонентов.
Разгрузочный узел, для слива в стороннюю емкость при работе по циркуляционной схеме.
Торцевое сильфонное уплотнение вала из карбидо-кремниевой керамики – увеличивает срок службы агрегата, даже при работе с жидкостями агрессивными или содержащими абразивные включения.

РПА бывают одно- или трехфазные. Все детали, вступающие в контакт с продуктами питания, сделаны из пищевой нержавеющей стали AISI 304, AISI 316 или их отечественных аналогов. Поскольку диспергированная жидкость выходит из аппарата под давлением, то гомогенизатор РПА одновременно работает как центробежный насос.

Ультразвуковые гомогенизаторы

Устройство (на примере BANDELIN). УЗ гомогенизатор состоит из (на рис. 15 – сверху вниз) ВЧ-генератора, УЗ-преобразователя, «рогов» и зондов (волноводов). ВЧ-генератор включают в бытовую сеть с током частотой 50 или 60 Гц. Он усиливает этот параметр до 20 кГц. УЗ-преобразователь, оборудованный осциллирующей схемой с измерительным пьезоэлектрическим элементом, трансформирует вырабатываемую генератором энергию тока в колебания УЗ волн той же частоты. Генерируемая амплитуда остается постоянной. Ультразвуковая – увеличивается, за счет использования «рогов» специальной формы. В них вставляются зонды, передающие колебания в сосуд с жидкостью. В зависимости от объема рабочей среды, они могут быть плоскими, в виде конусов или «микро», диаметром от 2 до 25 мм.

Отечественная промышленность также выпускает УЗ гомогенизаторы. Из последних моделей можно отметить разработку 2015 года И100-6/840 (рис. 16). Аппарат имеет цифровое управление, импульсный режим, контроль амплитуды и набор зондов.

Принцип действия. Когда УЗ волны проходят через жидкость, они попеременно, 20 000 раз в секунду, создают в ней, то высокое, то низкое давление. Последнее практически равно внутреннему давлению паров жидкости, в результате чего в ней появляются пузырьки, наполненные паром, жидкость закипает. Когда пустоты схлопываются, возникает перепад давлений, образовываются быстротекущие турбулентные микропотоки, разрушающие жировые капли.

Некоторые специалисты считают, что, при УЗ воздействии, комочки диспергируют не от кавитации, а из-за того, что волна, проходя через жировую каплю в разных точках, вызывает различные по величине и направлению ускорения. В результате возникают разнонаправленные силы, старающиеся разорвать шарик.

Гомогенизация – важный этап процесса переработки молока и других продуктов. С ее помощью улучшается структура и увеличивается срок хранения, а вкусовые качества становятся более насыщенными.

Очень широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Все началось с экспериментов ученых Лумиса и Вуда над жидкими средами и ультразвуком, они обнаружили, что две несмешивающиеся жидкости, налитые в одну емкость, образуют эмульсию, если их подвергнуть в этой емкости ультразвуковому облучению. Приготовление коллоидных растворов , то есть мелкая взвесь масла в воде, имеет большую роль в современной промышленности, таким образом изготавливают товары широкого потребления (краски, косметика, майонез) . Это по своей структуре эмульсии. Практически повсеместно в промышленности используют ультразвуковой способ приготовления смесей. В то время когда Лумис и Вуд проводили свои первые опыты, использование ультразвукового смешивания несмешиваемых смесей в промышленности казались недостижимым будущем. Основной проблемой тогда было создание подходящих преобразователей (источников звука). Только 1951 года, благодаря английским ученым Коттелю и Гудмену, разработавшим конструкцию жидкостного свистка, началось «перевооружение» всех производств мира на новый экономичный ультразвуковой гомогенизатор.

До появления ультразвуковых гомогенизаторов, физики и промышленники готовили эмульсии очень трудоемкими способами - размешивание и взбалтывание смесей, чаще всего с помощью высоких давлений, что требовало больших затратах энергии. Так, гомогенизатор, работающий при высоких давлениях и производящий 1000 л эмульсии в час потреблял около 12 л. с. мощности . Ультразвуковой же гомогенизатор , состоящий из камеры для смешивания, жидкостного ультразвукового свистка, мотора и насоса, выдает такое же количество продукции при затрате мощности в 2 л. с. И при этом по качеству эмульгации смесь приготовленная по второму способу нечем не отличалась от смеси приготовленной вторым способом. Из фотографии, прикрепленной с боку, видно преимущество ультразвуковых гомогенизаторов (вид с права) по сравнению с быстровращающимися винтами для приготовления эмульсий под высоким давлением (вид с лева).

Товары народного приготовления, которые изготавливают с помощью гомогенизаторов: продукты детского питания, косметика, мази, приправы, лаки, соусы, плавленые сыры, маргарин, майонез, ореховое масло, зубную пасту, томаты, коктейли и, конечно, эмульсионные краски.

Если расматривать устройство для процесса ультразвуковой гомогенизации, то наиболее эффективно себя конечно показали ультразвуковые жидкостные свистки, хоть по сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки маломощны. И все же для гомогенизации они обладают существенным преимуществом: ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, и не происходит потери энергии ультразвуковых волн при их переходе из одной среды в другую.

Самый широко распространенный вид свистка был изготовлен Коттелем и Гудменом в начале 50 годов 20 столетия, и с тех пор конструкция не изменилась. Суть работы такого свистка проста, в нем поток жидкости под большим давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку, которая и является генератор ультразвуковых волн. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.

Зависимость характеристик

Характеристики гомогенизатора, такие как:

Пропускная способность — производительность литров в час. Зависит от насоса и пропускной способности самого свистка. Стоит отметить, что в зависимости расхода зависит скорость потока и соответственно и частота вибрации пластины, об которую ударяет жидкость.
Частота работы — для разных сред наиболее оптимальные определенные частоты, поэтому для наиболее эффективной работы свистка подбирается своя жидкость (плотность, вязкость) и определенный расход жидкости. Ультразвуковые гомогенизаторы для молока работают при частотах 25 кГц и соответственно настройка вибрационной пластинки делают для этих частот (углы пластины направленной к потоку, толщина и длина пластины).
Мощность — показатель насоса, характеристика зависима от пропускной способности свистка.

Наибольшее распространение получили клапанные гомогенизаторы, основными узлами которых являются насос высокого давления и гомогенизирующая головка.

На рис. показана двухступенчатая гомогенизирующая головка, состоящая из корпуса 3 и клапанного устройства, основными частями которого являются седло клапана 1 и клапан 2. Клапан связан со штоком, на выступ которого давит пружина 6. Сила сжатия пружины регулируется путем перемещения накидной гайки 5 со штурвалом, которая вместе с пружиной, штоком 7 и стаканом 8 образует нажимное устройство 4.

Рис. Двухступенчатая гомогенизирующая головка:

I - первая ступень; II - вторая ступень

Жидкость, нагнетаемая насосом под тарелку клапана, давит на тарелку и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление пружины. В образующуюся между клапаном и седлом щель высотой от 0,05 до 2,5 мм проходит с большой скоростью жидкость и при этом гомогенизируется. На следующей ступени процесс повторяется.

По типу гомогенизирующей головки гомогенизаторы можно подразделить на одно-, двух- и многоступенчатые. На практике применяют только одно- и двухступенчатые, так как многоступенчатые не оправдывают себя, поскольку приводят к громоздкости конструкции, неудобству в эксплуатации и незначительному улучшению эффекта гомогенизации по сравнению с двухступенчатыми.

Основными показателями работы гомогенизаторов являются универсальная рабочая и кавитационная характеристики. Универсальная характеристика гомогенизатора представляет зависимость между его производительностью, затрачиваемой мощностью и КПД. Она дает представление об уровне совершенства конструкции гомогенизатора и его техническом состоянии.

Снятие кавитационной характеристики требует установления мановакуумметра на всасывающей стороне гомогенизатора. Начало кавитации определяют по началу снижения подачи более чем на 2 %.

Кавитационная кривая показывает особенности работы гомогенизатора на его всасывающей стороне и позволяет решить вопрос об улучшении условий работы в конкретном случае.

Гомогенизатор А1-ОГМ (рис.), предназначенный для получения тонкоизмельченного однородного продукта, состоит из электродвигателя 1, станины 2, кривошипно-шатунного механизма 3 с системами смазки 7 и охлаждения, плунжерного блока 4 с гомогенизирующей 6 и манометрической 5 головками и предохранительным клапаном.

Рис. Гомогенизатор А1-ОГМ

Принцип работы гомогенизатора заключается в нагнетании продукта через узкую щель между седлом и клапаном гомогенизирующей головки. Давление продукта перед клапаном 20...25 МПа, после клапана - близко к атмосферному. При таком резком перепаде давления наряду со значительным увеличением скорости продукт измельчается.

Гомогенизатор представляет собой трехплунжерный насос. Каждый из трех плунжеров, совершая возвратно-поступательное движение, всасывает жидкость из приемного канала, закрытого всасывающим клапаном, и нагнетает ее через нагнетательный клапан в гомогенизирующую головку под давлением 20...25 МПа.

Гомогенизирующая головка является наиболее важной и специфической частью гомогенизатора. Она представляет собой стальной корпус, в котором находится цилиндрический центрируемый клапан. Под давлением жидкости клапан поднимается, образуя кольцевую щель, через которую жидкость проходит с большой скоростью и затем выводится через штуцер из гомогенизатора.

Внутри станины шарнирно закреплена плита, положение которой регулируется винтами. На плите установлен электродвигатель 1, приводящий в движение кривошипно-шатунный механизм 3 через клиноременную передачу. В корпусе 2, представляющем собой резервуар с наклонным дном, размещены кривошипно-шатунный механизм 3, система охлаждения и масляный сетчатый фильтр. Система охлаждения предназначена для подвода холодной воды к плунжерам. Она включает в себя змеевик, уложенный на дне корпуса 2, перфорированную трубку над плунжерами и патрубки для подвода и отвода воды. Система смазки служит для подачи масла к шейкам коленчатого вала для уменьшения трения.

Техническая характеристика гомогенизатора А1 -ОГМ приведена в табл.

Гомогенизатор К5-ОГА-Ю (рис.) предназначен для дробления и равномерного распределения жировых шариков в молоке и жидких молочных продуктах, а также в смесях для мороженого.

Рис. Гомогенизатор К5-ОГА-Ю

Он представляет собой пятиплунжерный насос высокого давления с гомогенизирующей головкой. Он состоит из станины 1 с приводом, кривошипно-шатунного механизма 5 с системами смазки и охлаждения, плунжерного блока 14 с гомогенизирующей 13 и манометрической 12 головками и предохранительным клапаном. Внутри плунжерного блока 14 имеется плунтер 15, соединенный с ползуном 11. Привод гомогенизатора осуществляется от электродвигателя 17 через ведущий 20 и ведомый 21 шкивы и клиноременную передачу. Внутри станины 1 шарнирно закреплена плита 18, положение которой регулируется винтами 2. Станина установлена на шести варьируемых по высоте опорах 19.

Кривошипно-шатунный механизм 5 состоит из литого чугунного корпуса, коленчатого вала 7, установленного на двух роликоподшипниках, шатунов 8 с крышками 6 и вкладышами 9, ползунов 11, шарнирно соединенных с шатунами 8 при помощи пальцев 10, стаканов и уплотнений. Внутренняя полость корпуса кривошипно-шатунного механизма является масляной ванной. В задней стенке корпуса смонтированы указатель уровня масла 4 и сливная пробка 3. В корпусе, представляющем собой резервуар с наклонным дном, размещены кривошипно-шатунный механизм 5, система охлаждения, масляный сетчатый фильтр и маслонасос 22.

Гомогенизатор имеет принудительную систему смазки наиболее нагруженных трущихся пар, которая применяется в сочетании с разбрызгиванием масла внутри корпуса. Охлаждение масла проводится водопроводной водой посредством змеевика 16 охлаждающего устройства, уложенного на дне корпуса, а плунжеры охлаждаются водопроводной водой, попадающей на них через отверстия в трубе. В системе охлаждения установлено реле протока, предназначенное для контроля за протеканием воды.

Регулированием давления пружины на клапан достигается оптимальный режим гомогенизации для различных продуктов.

Техническая характеристика гомогенизатора К5-ОГА-10 приведена в табл.

Таблица. Техническая характеристика гомогенизаторов

Показатель
Производительность, л/ч
Рабочее давление, МПа
Температура продукта, поступающего на
гомогенизацию, °С
Электродвигатель:
мощность, кВт
частота вращения, мин"
Частота вращения коленчатого вала, мин
Количество плунжеров
Ход плунжера, мм
Число ступеней гомогенизации
Габаритные размеры, мм
Масса, кг

Гомогенизатор А1-ОГ2-С (рис.) предназначен для механической обработки вязких молочных продуктов типа сливочных, плавленых и пластических сыров для придания однородности продукту с целью улучшения его качества.

Рис. Гомогенизатор А1-ОГ2-С

Гомогенизатор представляет собой горизонтально расположенный трехплунжерный насос высокого давления с гомогенизирующим устройством 8.

Привод насоса осуществляется от электродвигателя 4 с помощью клиноременной передачи, ведомого 15 и ведущего 16 шкивов. Гомогенизатор состоит из следующих основных узлов: кривошипно-шатунного механизма 1, привода, плунжерного блока 9, гомогенизирующего устройства 8, предохранительного клапана 7, бункера, кожуха, станины 13.

Кривошипно-шатунный механизм 1 включает литой чугунный корпус, коленчатый вал 14, установленный на двух роликоподшипниках, шатуны 12 с крышками 2 и вкладышами, ползуны 10, шарнирно соединенные с шатунами 12 пальцами 11, стаканы и уплотнение. Внутренняя полость корпуса кривошипно-шатунного механизма является масляной ванной.

В задней стенке корпуса установлены указатель уровня масла и сливная пробка. Смазка трущихся деталей проводится разбрызгиванием масла. Корпус кривошипно-шатунного механизма закрыт крышкой, в которой имеется горловина с фильтрующей сеткой для залива масла. Привод гомогенизатора осуществляется от электродвигателя 4, который установлен на качающейся подмоторной плите 3, укрепленной на корпусе кривошипно-шатунного механизма 1. Натяжение клиновых ремней обеспечивается с помощью натяжных винтов 5.

Кривошипно-шатунный механизм крепится при помощи шпилек к станине 13, которая представляет собой сварную конструкцию, облицованную листовой сталью. На станине имеется съемная крышка 17, предназначенная для ограждения вращающихся и перемещающихся механизмов. В нижней части станины 13 установлена клеммная коробка 18.

Станина устанавливается на четырех регулируемых по высоте опорах 19. К корпусу кривошипно-шатунного механизма при помощи двух шпилек крепится плунжерный блок 9, который предназначен для всасывания продукта из бункера и нагнетания его под высоким давлением в гомогенизирующее устройство 8. Плунжерный блок 9 состоит из блока, плунжеров 6, полых цилиндрических стаканов с отверстиями в стенках. Всасывающие клапаны и уплотнения отсутствуют, в рабочие камеры плунжерного блока продукт непосредственно из бункера засасывается через полые цилиндрические стаканы.

Уплотнение плунжеров, учитывая малую текучесть расплавленной сырной массы, достигается путем точного изготовления с небольшими допусками сопряженных поверхностей плунжеров и отверстий стаканов.

К плунжерному блоку при помощи шпилек крепится гомогенизирующее устройство, предназначенное для осуществления гомогенизации продукта за счет прохода его с большой скоростью под высоким давлением через щель между клапаном и седлом.

Гомогенизирующее устройство 8 состоит из корпуса, прокладок, нагнетательных клапанов, седел клапанов, пружин, гомогенизирующего клапана с седлом, стакана, рукоятки.

Для контроля давления гомогенизации служит манометр, который крепится к торцу корпуса гомогенизирующего устройства. Сверху на гомогенизирующем устройстве расположен предохранительный клапан 7, предназначенный для ограничения повышения давления выше заданного. Он состоит из стакана, фланца, клапана, седла клапана, пружины, нажимного винта и колпака. Предохранительный клапан регулируется на рабочее давление гомогенизации с помощью винта.

Продукт, подлежащий гомогенизации, подается в бункер гомогенизатора, представляющий собой сварную емкость из нержавеющей стали.

При возвратно-поступательном перемещении плунжеров в рабочей полости плунжерного блока создается разрежение и продукт из бункера засасывается в рабочую полость, а затем плунжеры выталкивают продукт в гомогенизирующее устройство, где он под давлением 20 МПа с большой скоростью проходит через кольцевой зазор, образующийся между притертыми поверхностями гомогенизирующего клапана и его седлом. При этом продукт становится более однородным. Из гомогенизирующего устройства через патрубок он направляется по трубопроводу на дальнейшую обработку. На гомогенизаторе установлен амперметр, с помощью которого контролируются показания манометра.

Техническая характеристика гомогенизатора А1-ОГ2-С приведена в табл.