УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ С ГАЗАМИ

Предлагаемое устройство относится к пищевой промышленности, а именно к производству безалкогольных газированных напитков.
Известны технологии газирования безалкогольных напитков с помощью применения устройств барботажного и струйного принципов действия [Газированные безалкогольные напитки: рецептуры и производство / Д.П. Стин, Ф.Р. Эшхерст (ред.); пер. с англ. Т.О. Зверевич. - СПб.: Профессия, 2008. - 416 с].
Описанные технологические средства часто повышают потребительские свойства напитков, однако иногда недостаточно полно растворяют газ в жидкости, а также малопроизводительны.
Известно также устройство для насыщения безалкогольных напитков углекислым газом, которое содержит последовательно соединенные системой трубопроводов нагнетательный насос, смеситель в виде эжектора и накопительную емкость с напитком. Эжектор выполнен из последовательно соединенных двух или более трубок Вентури, в каждой из которых в суженной части выполнены радиальные отверстия для поступления углекислого газа. Эжектор размещен в накопительной емкости над поверхностью напитка и соединен с нагнетательным насосом [UA 58863 A, кл. A23L 2/00, публ. 15.08.03].
Известное устройство более производительно, поскольку максимально полно использует энергию предварительно сжатого в трубке Вентури газа. Однако за счет того, что степень дробления пузырьков газа неконтролируема, это приводит к неоправданным затратам по организации еще одного цикла газирования уже насыщенной газом жидкости, а также мало способствует возникновению турбулентности на границе раздела фаз и их перемешиванию, что затрудняет сам процесс газирования.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и получаемому эффекту, является устройство для насыщения жидкостей газом включающее инжектор и насадочную колонну [Марков А.А. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., «Разработка и научное обеспечение системы процессов насыщения воды кислородом», Воронеж, ВГУИТ, 2013].
Преимущества в этом техническом решении реализуются за счет того, что установка жидкостного сопла внутри корпуса и формирование дополнительным соплом и корпусом кольцевого газового канала обеспечивают мелкое диспергирование газа в воде и напитках при подаче газа через пористые металлокерамические трубки в движущуюся с большой скоростью жидкость. Это обеспечивает достаточно высокую эффективность процесса насыщения за счет увеличения коэффициента инжекции и, соответственно, газосодержания двухфазного потока и образования пенной структуры, а также эффективной турбулизации двухфазного потока в камере смешения.
Вместе с тем при производстве большого числа газированных напитков требуется их дополнительное охлаждение и контроль дисперсности возникающих при смешивании размеров пузырьков газа. Это требует вмонтирование в известное устройство дополнительных узлов, что резко снижает эффективность его работы.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности устройства для смешивания жидкостей с газами. Поставленная задача решается достижением технического результата, заключающегося в повышении гомогенизации газожидкостной смеси.
В устройстве для смешивания жидкостей с газами, включающее инжектор, насадочную колонну и корпус, новым является то, что насадочная колонна выполнена в виде набора перфорированных колец, причем ее внешняя цилиндрическая оболочка совмещена с корпусом, который со стороны, противоположной установленному на него инжектору, снабжен отбойным сферическим элементом, установленным перпендикулярно оси камеры смешения вогнутой частью в сторону выхода газожидкостной смеси из нее.
Принципиальная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.
Устройство для смешивания жидкостей с газами включает отверстие для подачи жидкости 1, отверстие для подачи газа 2 и отверстие 3 для выхода получаемой газожидкостной смеси 3 выполненные в корпусе 4. Корпус 4 снабжен отбойным сферическим элементом 5, установленным перпендикулярно оси камеры смешения 6 оси вогнутой частью в сторону выхода газожидкостной смеси из нее. Между камерой смешения 6 и корпусом 4, размещена насадочная колонна 7, выполненная в виде перфорированных колец 8, причем ее внешняя цилиндрическая оболочка совмещена с корпусом 4, на котором установлен инжектор 9 со стороны противоположной отбойному сферическому элементу 5.
Работает устройство, например, при газировании воды, следующим образом.
2
Охлажденная до 1-2°C вода роторным насосом подается в отверстие для подачи жидкости 1,гдеона при помощи инжектора 9, в который из отверстия для подачи газа 2 под давлением поступает углекислый газ (CO), разбрызгивается и поступает в камеру смешения 6. Здесь происходит смешивание водяной пыли с газом, и на выходе из камеры смешения 6 полученная газожидкостная смесь ударяется об отбойный сферический элемент 5. Отброшенная в насадочную колонну 7, она далее проходит для возможного охлаждения между стенками камеры смешения 6 и стенкой корпуса 4 через перфорированные кольца 8 для полного смешивания газа с водой. Так как диаметр пузырька углекислого газа составляет 0,015 мм, то диаметр отверстий перфорированных колец 8 выполняют 1,5-2 мм. Отверстия в перфорированных кольцах 8 при этом создают условия для прохождения структурированного потока газожидкостной смеси к отверстию выхода 3.
Техническим результатом является повышение эффективности насыщения жидкостей газами за счет контролируемости степени дробления пузырьков газа, что обеспечивается регламентированной перфорацией колец насадочной колонны, причем газожидкостная смесь измельчается ими после того, как после предварительного прохода через камеру смешения, эта смесь дробится об отбойный сферический элемент, установленный при ее выходе из камеры смешения. Отсутствие накапливающих емкостей и работа устройства «на проход» при такой конструкции обеспечивает повышение производительности, а совмещение внешней оболочки насадочной колонны с корпусом позволяет при необходимости охлаждать получаемую газожидкостную смесь непосредственно через стенку корпуса, практически не увеличивая габаритов устройства и не создавая дополнительных узлов для транспортирования охлаждающего агента.
Описанная конструкция расширяет возможности устройства для смешивания жидкостей с газами и позволяет выполнить поставленную техническую задачу.