УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД
Полезная модель относится к конструкции устройств для термообработки жидких сред в условиях регулируемой гидродинамической кавитации, а более конкретно - преимущественно для стерилизации или пастеризации в сочетании с гомогенизацией таких пищевых продуктов, как молоко, сливки, молочные коктейли, фруктовые и/или овощные соки.
Кавитация, то есть нарушение сплошности капельной жидкости из-за локальных падений давления ниже критического значения, которое практически равно давлению насыщенного пара этой жидкости при конкретной температуре, обычно рассматривается в технике как нежелательное явление (см., например, статьи cavitation, cavitation erosion, cavitation noise в словаре McGrow-Hill, Dictionary of Scientific and Technical Terms, Second Edition, p.261).
Однако при определенных условиях кавитация весьма полезна и ее широко используют в технике, например: для очистки произвольных деталей машин от жировых загрязнений перед нанесением покрытий; для получения устойчивых суспензий или эмульсий диспергированием твердых или жидких материалов в несмешивающихся с ними и не растворяющих их жидкостях и т.п. Эти процессы обычно осуществляют с применением ультразвуковых средств возбуждения регулируемой акустической кавитации (см., например Политехнический словарь.- М.: Советская Энциклопедия, 1976, статья Ультразвуковая обработка, С.520).
Действительно, ультразвук весьма удобен как возбудитель кавитации из-за возможности точного и плавного регулирования амплитуды колебаний и плотности его мощности и практически незаменим в случаях, когда кавитацию необходимо возбуждать в жидкости, вязкость которой существенно выше вязкости воды, или в жидкости, которая находится в непроточном сосуде малого (до 1 л) объёма.
МПКб А 23 L 3/015
A23L 3/22
F15D 1/00
Однако для указанной выше области применения регулируемой кавитации процессы желательно проводить в интенсивном потоке жидкой среды, общая масса или расход которой могут быть весьма значительными, например, от нескольких тонн до десятков тонн в сутки.
Для этих условий наиболее пригодна именно гидродинамическая кавитация и, соответственно, такие устройства для термообработки жидких сред, которые обеспечивают регулируемое генерирование и охлопывание каверн с сопутствующим легко регулируемым нагревом.
Из таких устройств к предлагаемому наиболее близко устройство, схема которого известна из описания и чертежей (особенно фигур 8 и 9) публикации WO 98/42987 Международной заявки PCT/UA 97/00003.
Известное устройство имеет циркуляционный насос с приводом вращения, вертикальный отдельно стоящий проточный бак, который служит теплоаккумулятором и известным для специалистов образом, то есть подводящим и отводящим патрубками, может быть подключён к батареям водяного отопления и у которого придонная часть подключена на всас насоса через рециркуляционный патрубок, а верхняя часть подключена к выходу из насоса через средство возбуждения гидродинамической кавитации. Этим средством служит напорный патрубок сравнительно большого диаметра с предпочтительно двумя существенно меньшими по диаметру симметричными байпасными патрубками для отбора на выходе из насоса части нагреваемой жидкой среды и её возврата в основной поток этой среды в качестве возмущающих струй.
Описанное устройство может быть весьма эффективно использовано именно как теплогенератор для систем водяного отопления, поскольку указанные насос, средство возбуждения гидродинамической кавитации и проточный бак-теплоаккумулятор в совокупности образуют контур рециркуляции жидкой среды.
насос и привод его вращения, и подключение средства возбуждения гидродинамической кавитации к верхней части бака затрудняют разделение жидкой среды, подаваемой на термообработку, и термообработанной жидкой среды.
Поэтому в основу полезной модели положена задача путем усовершенствования формы выполнения бака и изменения взаимосвязи средства возбуждения гидродинамической кавитации и указанного бака создать такое устройство, которое обеспечивало бы как можно более эффективное разделение жидкой среды, подаваемой на термообработку, и термообработанной жидкой среды и по возможности простое регулирование термообработки и, в особенности стерилизации или пастеризации, жидких сред.
Поставленная задача решена тем, что в устройстве для термообработки жидких сред, которое имеет циркуляционный насос с приводом вращения, отдельно расположенный проточный бак, полость которого подключена к всасу насоса через рециркуляционный патрубок и к выходу насоса через средство возбуждения гидродинамической кавитации, и подводящий и отводящий патрубки соответственно для подачи жидкой среды на термообработку и для отвода термообработанной жидкой среды, согласно изобретательскому замыслу проточный бак выполнен в виде расположенного над насосом и снабжённого наклонной перегородкой симметричного относительно вертикальной плоскости сосуда, средство возбуждения гидродинамической кавитации выполнено в виде кавитационного сопла, которое открыто в придонную часть проточного бака под наклонной перегородкой, подводящий патрубок подключен на всас насоса, отводящий патрубок подключён к проточному баку в его верхней части над наклонной перегородкой, а вход в рециркуляционный патрубок расположен в придонной части проточного бака перед нижней кромкой наклонной перегородки.
В такой форме выполнения предложенное устройство для термообработки при условии регулирования расхода обеспечивает весьма эффективное разделение жидкой среды, подаваемой на термообработку, и отбираемой, например на разлив и укупорку, термообработанной жидкой среды. Действительно, перегородка в расположенном над насосом проточном баке в сочетании с взаиморасположением рециркуляционного и отводящего патрубков и кавитационного сопла практически исключает смешивание указанных жидких сред.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что геометрическая ось кавитационного сопла расположена в вертикальной плоскости симметрии проточного бака и отклонена в сторону, противоположную входу в рециркуляционный патрубок. Тем самым облегчается вывод нагреваемой при охлопывании каверн жидкой среды в верхнюю часть проточного бака на нагрев и/или рециркуляцию.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что проточный бак имеет цилиндрическую форму, что наиболее технологично при изготовлении и промывке.
Третье дополнительное отличие состоит в том, что подводящий и отводящий патрубки снабжены регуляторами расхода, что облегчает настройку устройства на заданный режим стерилизации или пастеризации жидких сред.
Четвёртое дополнительное отличие состоит в том, что подводящий патрубок подключен на всас насоса через рециркуляционный патрубок. Тем самым упрощается подпитка предложенного устройства подлежащей термообработке жидкой средой.
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы предлагаемого устройства со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг.1 - устройство для термообработки жидких сред (вид сбоку с частичным разрезом по проточному баку);
фиг.2 - то же устройство (вид спереди, на котором условно не показаны подводящий и отводящий патрубки с кранами-регуляторами).
Устройство для термообработки жидких сред (см. фиг.1) имеет вибростойкую опорную раму 1. Непосредственно на раме 1 установлены циркуляционный насос 2 и привод его вращения предпочтительно в виде электродвигателя 3.
Над ними на стойках 4 жёстко закреплён предпочтительно горизонтальный проточный бак 5, придонная часть которого подключена к циркуляционному насосу 2 рециркуляционным патрубком 6. Этот бак 5 имеет предпочтительно цилиндрическую в поперечном сечении форму, но может быть выполнен и в виде иного сосуда, левая и правая части которого симметричны относительно вертикальной плоскости.
На выходе из циркуляционного насоса 2 расположено кавитационное сопло 7, открытое в нижнюю часть полости проточного бака 5. Желательно, чтобы геометрическая ось этого сопла 7 была расположена в вертикальной плоскости симметрии проточного бака 5 и отклонена в сторону, противоположную входу в рециркуляционный патрубок 6. Кавитационное сопло 7 может быть выполнено либо хорошо известным специалистам образом в виде отрезка трубы, в полости которого размещено плохо обтекаемое тело, за которым неизбежно возникают нерегулярные вихри и разрывы сплошности жидкой среды, либо так, как описано в указанной Международной заявке PCT/UA 97/00003, то есть с использованием по меньшей мере одного отверстия в стенке отрезка трубы для введения возмущающей струи в основной поток жидкой среды.
В полости проточного бака 5 над выпускным торцем кавитационного сопла 7 и за зоной отбора жидкой среды в рециркуляционный патрубок 6 установлена наклонная перегородка 8, разделяющая указанную полость на расширяющуюся снизу вверх зону 9 успокоения термообрабатываемой жидкой среды и на расширяющуюся сверху вниз зону 10 отбора термообработанной жидкой среды на рециркуляцию и/или вывод из устройства. При этом вход в рециркуляционный патрубок 6 расположен в придонной части проточного бака 5 перед нижней кромкой наклонной перегородки 8.
Для подачи жидкой среды на термообработку и вывода термообработанной жидкой среды предусмотрены подводящий 11 и отводящий 12 патрубки с соответствующими кранами-регуляторами 13 и 14 расхода. При этом подводящий патрубок 11 подключён на всас циркуляционного насоса 2 преимущественно через рециркуляционный патрубок 6, а отводящий патрубок 12 присоединён к передней торцевой стенке проточного бака 5 и открыт в верхнюю часть зоны 10 полости этого бака 5.
Жидкие среды с помощью описанного устройства термообрабатывают (в частности, стерилизуют или пастеризуют) следующим образом.
При запуске открывают кран-регулятор 13 расхода и через подводящий патрубок 11 подают такое количество подлежащей термообработке жидкой среды, которое достаточно для заполнения полости циркуляционного насоса 2, кавитационного сопла 7, донной части проточного бака 5 и рециркуляционного патрубка 6. Затем, продолжая подачу жидкой среды на обработку, включают циркуляционный насос 2 и в режиме рециркуляции нагревают жидкую среду до требуемой температуры стерилизации или пастеризации.
Нагрев происходит вследствие образования каверн при проходе жидкой среды через кавитационное сопло 7 и схлопывания этих каверн при её растекании вдоль наклонной перегородки 8 и успокоения в зоне 9 проточного бака 5. Далее успокоенная подогретая жидкая среда через зону 10 попадает на рециркуляцию и/или отбор на слив через кран-регулятор 14 и отводящий патрубок 12.
После достижения заданной температуры регулированием подпитки и отбора с помощью кранов-регуляторов 13 и 14 устанавливают такой баланс прихода и расхода жидкой среды, при котором обеспечиваются эффективная термообработка и производительность предложенного устройства.
Естественно, что приведенные примеры конструктивной реализации изобретательского замысла и указанные технологические возможности не исчерпывают все аспекты промышленного применения предложенного устройства.