РИА используются для обработки гомогенных жидкостей на микро- и наноуровне.

Роторный импульсный аппарат предназначен для структурных преобразований жидкости на микро- и нано уровне с целью изменения ее физико-химических параметров, интенсификации массообменных и гидромеханических процессов. Обработка жидкости в РИА осуществляется за счет импульсного многофакторного воздействия: пульсаций давления, интенсивной кавитации, вихреобразования, ударных волн и нелинейных гидроакустических эффектов. РИА осуществляет преобразование энергии низкой плотности в энергию высокой локальной концентрации в неустойчивых точках структуры вещества. Пространственная и временная концентрация энергии позволяет получить большую мощность импульсного энергетического воздействия, совершить энергетическую накачку, высвободить внутреннюю энергию вещества, инициировать многочисленные квантовые, каталитические, цепные, самопроизвольные, лавинообразные и другие энергонасыщенные процессы.

Схема одноступенчатого РИА радиального типа показана на рис. 1. Принцип работы аппарата заключается в следующем. Обрабатываемая жидкость подается под давлением через входной патрубок 2 в полость ротора 4, проходит через каналы ротора, каналы статора и выходит из аппарата через выходной патрубок 3.

Рис. 1. Схема роторного импульсного аппарата радиального типа: 1 – корпус, 2 – входной патрубок, 3 – выходной патрубок, 4 – ротор, 5 – статор, 6 –крышка, 7 – ротор, 8 – пружина, 9 – гайки, 10 – уплотнение, 11 – втулка, 12 – сальниковая набивка.

Общие сведения

РИА реализуют три вида воздействий.

Гидроакустическое воздействие:

• крупномасштабные и мелкомасштабные пульсации давления
• интенсивная кавитация
• ударные волны
• нелинейные акустические эффекты

Гидродинамическое воздействие:

• большие сдвиговые напряжения
• развитая турбулентность
• пульсации давления и скорости потока жидкости.

Механическое воздействие:

• Ударное
• Срезывающее
• Истирающее

Фотографии оборудования

• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
•  

Для справки - Сравнение РИА_РПА.pdf

Описание

 Роторные импульсные аппараты (РИА) являются эффективным оборудованием для многофакторного импульсного воздействия на гетерогенную жидкость с целью получения стабильных, высокодисперсных эмульсий и суспензий, интенсификации процессов растворения и экстрагирования веществ, изменения физико-химических параметров жидкости, деструкции молекулярных соединений.

РИА используются для обработки таких систем как «жидкость-жидкость», «жидкость – твердое тело» и «газ – жидкость» за счет широкого спектра факторов воздействия:

- механическое воздействие на частицы гетерогенной среды, заключающееся в ударных, срезывающих и  истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями РИА;

- гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости;

- гидроакустическое воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и нелинейных акустических эффектов.

Роторный импульсный аппарат предназначен для структурных преобразований жидкости на микро- и нано- уровне с целью изменения ее физико-химических параметров, интенсификации массообменных и гидромеханических процессов. Обработка жидкости в РИА осуществляется за счет импульсного многофакторного воздействия: вихреобразования, микромасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и нелинейных гидроакустических эффектов. РИА осуществляет преобразование энергии низкой концентрации в энергию высокой локальной концентрации в неустойчивых точках структуры вещества. Пространственная и временная концентрация энергии позволяет получить большую мощность импульсного энергетического воздействия, совершить энергетическую накачку, высвободить внутреннюю энергию вещества, инициировать многочисленные квантовые, каталитические, цепные, самопроизвольные, лавинообразные и другие энергонасыщенные процессы.

Исторически сложилось, что роторные импульсные аппараты, в основу работы которых положены первый и второй факторы воздействия, называются роторно-пульсационными аппаратами (РПА), гидродинамическими аппаратами роторного типа (ГАРТ), роторно-пульсационными гомогенизаторами (РПГ), насосами-гомогенизаторами (НГД), механо-акустическими роторными гомогенизаторами (МАГ) и др. Пульсационные аппараты, в основу работы которых положены второй и третий факторы воздействия, называются роторными аппаратами с модуляцией потока (РАМП), гидродинамическими сиренами (СГД), роторными аппаратами физико-химических процессов (РАФ), роторно-пульсационными акустическими аппаратами (РПАА) и др. В последнее время часто встречается название роторно-импульсный аппарат (РИА), которым называют как РПА, так и РАМП. РПА эффективны для гетерогенных процессов с твердой фазой и вязкими жидкостями, а РАМП – в маловязких системах жидкость – жидкость. Необходимо отметить, что четкой границы по факторам воздействия между РПА и РАМП нет, и подобное разделение носит условный характер.

Характерными конструктивными признаками РПА является наличие нескольких последовательных роторов и статоров (многоступенчатость), а зазор между ротором и статором одной ступени лежит в пределах 0,2-1 мм. Для РИА характерна одна ступень – один ротор и один статор – с зазором 0,1-0,05 мм и большим шагом расположения каналов в роторе и статоре. Наиболее активной рабочей зоной в РПА является зазор между ротором и статором, в РИА – каналы статора.

Стандартная схема РИА радиального типа показана на рис. 1. Принцип работы аппарата заключается в следующем. Обрабатываемая жидкость подается под давлением или самотеком через входной патрубок 7 в полость ротора 1, проходит через каналы ротора 2, каналы статора 4, рабочую камеру, образованную корпусом 5 и крышкой 6 и выходит из аппарата через выходной патрубок 8.

Рис.1 Схема роторного импульсного аппарата:

1 - ротор;2 - каналы ротора; 3 - статор; 4 - каналы статора;

5 - корпус; 6 - крышка; 7 - входной патрубок;

8 - выходной патрубок.

При вращении ротора, его каналы периодически совмещаются с каналами статора. Выходя из каналов статора, жидкость собирается в рабочей камере и выводится через выходной патрубок. В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается и в результате этого в канал статора распространяется импульс давления. Скорость потока жидкости в канале статора является переменной величиной. При распространении в канале статора импульса избыточного давления, вслед за ним возникает кратковременный импульс пониженного («отрицательного») давления, так как совмещение каналов ротора и статора завершилось, и подача жидкости в канал статора происходит только за счет «транзитного» течения из радиального зазора между ротором и статором. Объем жидкости, вошедший в канал статора, стремится к выходу из канала, и инерционные силы создают растягивающие напряжения в жидкости, что вызывает кавитацию. Кавитационные пузырьки растут при понижении давления до давления насыщенных паров обрабатываемой жидкости при данной температуре, и схлопываются или пульсируют при увеличении давления в канале статора. Часть кавитационных пузырьков выносится в рабочую камеру.

Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В фазе разрежения акустической волны в жидкости образуется разрыв в виде полости, которая заполняется насыщенным паром данной жидкости. В фазе сжатия под действием повышенного давления и сил поверхностного натяжения полость захлопывается, а пар конденсируется на границе раздела фаз. Через стены полости в нее диффундирует растворенный в жидкости газ, который затем подвергается сильному адиабатическому сжатию. В момент схлопывания, давление и температура газа достигают значительных величин (по расчетным данным до 100 МПа и 1000 °С). После схлопывания полости в окружающей жидкости распространяется сферическая ударная волна, быстро затухающая в пространстве.

В связи с тем, что скорость потока жидкости в канале статора велика и имеет флуктуации, поток имеет развитую турбулентность. При вращении ротора в зазоре между ротором и статором возникают большие сдвиговые напряжения. Рабочие поверхности ротора и статора воздействуют на жидкую гетерогенную среду за счет механического контакта, создавая большие срезывающие и сдвиговые усилия.

При расчете РИА необходимо различать две задачи: расчет и проектирование универсального аппарата, предназначенного для проведения гидромеханических и тепло-массообменных процессов в жидких средах; расчет и проектирование аппарата, предназначенного для конкретного технологического процесса. При решении первой задачи, когда проектируется многофункциональный аппарат, в расчет необходимо принимать, в первую очередь, натуральные и относительные критерии, а затем уже экономические, то есть, сначала необходимо оперировать критериями, показывающими техническую и технологическую эффективность, а затем при прочих равных условиях минимизировать затраты на изготовление аппарата. При решении второй задачи, когда технологическая цепочка и технологический цикл полностью определены, необходимо проводить расчет с использованием экономических критериев, например, сроком окупаемости капитальных вложений и чистым дисконтированным доходом.

Универсальные РИА обычно используются в малотоннажном производстве с широким спектром номенклатуры производимого продукта и для решения исследовательских задач. В крупном промышленном производстве, а также, когда оправдано применение аппарата для проведения только одного технологического процесса, наиболее эффективным является использование специально спроектированного РИА для данного технологического процесса. Универсальные РИА проектируются таким образом, чтобы были задействованы и давали наибольшую отдачу основные факторы воздействия на жидкую гетерогенную обрабатываемую среду.

Схема классификации технологических процессов, реализуемых в РИА, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема классификации технологических процессов, реализуемых в РИА.

Технологии и технологические комплексы на базе РИА позволяют получать высококачественные технологические, пищевые и биологически активные растворы экстрактов, эмульсии и суспензии. К таким системам относятся овощные и фруктовые соки, пюре, пасты, майонезы, гомогенизированное и восстановленное молоко, йогурты, мази, кремы, системы содержащие биологически активные вещества (пектин, танин, аминокислоты, вытяжки и экстракты), водо-топливные эмульсии и суспензии; лакокрасочные материалы и т.п. В технологические комплексы кроме РИА входит стандартное оборудование для дозирования, нагнетания и подачи жидкостей и компонентов продукта, их нагрева и охлаждения, емкости предварительного смешивания и временного хранения компонентов.

Установки РИА. Технические характеристики

УСТАНОВКА РИА-250

Технические данные установки РИА-250

Таблица 1

Габариты установки: 2100´1500´650 мм

Комплектацияустановки РИА-250

Комплект поставки установки РИА-250 представлен в таблице 2.

Таблица 2

Назначение установки РИА-250

Установка РИА-250 предназначена для импульсной энергетической многофакторной обработки маловязких (до 20 мм²/с) гетерогенных жидкостей с целью получения однородных высокодисперсных эмульсий и суспензий, а также изменения физико-химических свойств и структуры жидкостей.

Технические данные установки РИА-250 приведены в таблице 1.

Для обработки высоковязких жидкостей (мазут, тяжелая нефть и т.п.) РИА-250 комплектуется шестеренным насосом производительностью 15 м3/час и электродвигателем мощностью 37 кВт.

В установке возможна обработка жидкостей содержащих включения с объемной концентрацией до 0,1%, размером частиц до 0,2 мм, кинематической вязкостью до 20х10^-6 м²/с, температурой от +10⁰С до +80⁰С. Возможно увеличение концентрации твердой фазы в обрабатываемой жидкости при условии, что твердость частиц меньше твердости материала деталей аппарата, контактирующих с суспензией.

Установка комплектуется центробежным насосом для подачи жидкости в роторный импульсный аппарат РИА-250, приборами для измерения температуры, манометрами, управляющими устройствами (таблица 2). По желанию заказчика установка может быть укомплектована расходомером.

Схема установки РИА-250 представлена на рис. 1. Установка состоит из роторного импульсного аппарата РИА-250 (поз. 1), электродвигателя 2, насоса 3 рамы 4, кожуха 5.трубопровода 6 и линии байпаса 7. Давление на входе и на выходе из аппарата определяется манометрами 8 и 9, температура жидкости - датчиком температуры 10. Внешний входной трубопровод подсоединяется через кран 11, внешний выходной трубопровод – через кран 14. Расход и давление жидкости в аппарате регулируется при помощи кранов 12 и 13. Линия байпаса перекрывается краном 15. Слив жидкости из гидравлического контура осуществляется кранами 16 и 17.

Тип уплотнения РИА-250 – торцовое, одинарное, тип 211.R1 . Внешняя утечка через торцовое уплотнение – не более 0,5 см³/ч. Возможна замена торцового уплотнения на сальниковое уплотнение.  Электродвигатели имеют взрывозащищенное исполнение. Материал деталей, контактирующих с жидкостью – углеродистая сталь.

Шкаф управления и контроля параметров на общем виде и технологической схеме (рис. 2) не показан.

Рис. 1. Общий вид установки РИА - 250

Рис. 2. Технологическая схема установки.

Технические характеристики роторных импульсных аппаратов