САТУРАТОР

Устройство относится к технологическому оборудованию, которое предназначено для насыщения воды, соков, напитков и т.п. газом, как правило - углекислым газом, и может быть использованным при производстве газированных безалкогольных напитков и минеральных вод.
Известно устройство для насыщения безалкогольных напитков углекислым газом по UA 58863 А, кл. A 23 L 2/00, публ. 15.08.03, 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.
Известно устройство для насыщения жидкостей углекислым газом, которое содержит колонну со средствами для тангенциального введения на большой скорости потока углекислого газа в жидкость, которая находится внутри. Устройство снабжено вращающимся сепаратором для отведения из жидкости газовых пузырьков (ЕР 1072306, кл. B 01 F 5/02, A 23 L 2/54, публ. 31.01.01).
Известно также устройство для насыщения жидкости газом, которое содержит источник избыточного давления газа, распределительную аппаратуру, емкость для жидкости, устройство для изменения температуры, с теплообменником, и заборную трубку для раздачи сатурированной жидкости. В середине емкости, параллельно ее вертикальной оси, установлена, с возможностью вращения, крыльчатка. Последняя снабжена соплами, внутренние полости которых соединены с полостью оси и источником избыточного давления газа. Нижний конец заборной трубки и теплообменник установлены выше сопел крыльчатки (RU 2230700 С2, кл. B 67 D 1/04, A 23 L 2/54, публ. 11.27.03).
Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является сатуратор, который содержит колонну насыщения и трубопровод с нагнетательным насосом и средствами регулирования для подачи в верхнюю зону колонны деаэрированной воды. Внутри колонны установлено несколько ярусов горизонтальных решеток для распыления воды. Снизу в колонну поступает углекислый газ. Патрубок для выведения
сатурированной воды соединен с газовой полостью колонны стабилизации, размещенной позади колонны насыщения. В колонну насыщения вода поступает через узел предварительного насыщения, соединенный с источником углекислого газа. Линия дополнительного перемешивания с установленным в нее насосом соединяет верхнюю и нижнюю зоны колонны насыщения. Линия отведения сатурированной воды к газовой полости колонны стабилизации снабжена клапаном, выполненным в виде регулятора давления (RU 2163081 С1, кл. A 23 L 2/54, В 01 F 3/04, G 05 D 16/00, публ. 02.20.01). Недостатком упомянутого сатуратора является его значительная громоздкость, обусловленная наличием колонны стабилизации и необходимостью создания большого давления жидкости, которая подается в колонну насыщения углекислым газом, для обеспечения необходимой степени сатурации.
Задачей полезной модели является создание промышленного сатуратора, в котором, за счет внесения изменений в его отдельные элементы и связи между ними, созданы условия для эффективного насыщения жидкости углекислым газом и гарантированного изъятия из жидкости пузырьков газа большого размера. Тем самым изымается необходимость применения колонны стабилизации и высокого давления в колонне насыщения. Последнее обстоятельство позволяет улучшить условия безопасной эксплуатации сатуратора.
Для решения поставленной задачи в сатураторе, который содержит колонну насыщения, средство для подачи в колонну жидкости, которое включает нагнетательный насос, средство для подачи углекислого газа, средство для распыления жидкости и средство для выведения из колонны сатурированной жидкости, в соответствии с полезной моделью, внутри колонны расположена труба, один из концов которой соединен с источником подачи жидкости для сатурации, а вокруг трубы и с зазором относительно нее, в средней и нижней части колонны, установлена фильтрационная сетка с ячейкой размерами 20...200 мкм, причем пространство между трубой и фильтрационной сеткой сверху и снизу перекрыто непрозрачными для жидкости элементами, а средство для распыления жидкости выполнено в виде распылительных головок, соединенных с трубой и расположенных в верхней зоне колонны.
Такое решение, во-первых, способствует эффективному созданию в жидкости большого количества газовых пузырьков, которые имеют большую площадь поверхности для контактирования с углекислым газом. Поскольку толщина поверхностного слоя пузырьков слишком мала, это приводит к быстрому и эффективному насыщению жидкости углекислым газом. Во-вторых, гарантированно устраняется возможность проникновения в пространство между трубой и фильтрационной сеткой газовых
пузырьков, размеры которых больше размеров ячейки фильтрационной сетки. Известно, что высококачественное насыщение жидкости газом возможно только при создании в жидкости газовых (воздуха и/или углекислого газа) пузырьков малых размеров: если в жидкости оказываются пузырьки больших размеров, вокруг них осуществляется наращивание пузырьков углекислого газа, а когда созданные таким образом большие пузырьки лопаются, вследствие их нестойкости, углекислый газ выделяется из жидкости и его количество в жидкости снижается. Таким образом, предотвращение возможности проникновения в упомянутое пространство газовых пузырьков большого размера способствует также снижению потерь углекислого газа или другого газа насыщения.
Кроме того, верхний край фильтрационной сетки находится на уровне 0,4...0,8 высоты колонны насыщения, а нижний край - в зоне нижнего края колонны.
Целесообразно фильтрационную сетку выполнить в виде двух или более сетчатых полос, изготовленных из стали или пластмассы и повернутых относительно общей для них оси в виде «пирога», с образованием 2...10 примыкающих один к одному слоев, причем одна из этих полос имеет ячейку упомянутых размеров, а другая имеет ячейку размерами 1...4 мм. При таком решении полоса с ячейками большего размера служит опорой для полосы с ячейками меньшего размера, которая, собственно, выполняет фильтрационную функцию.
Для предотвращения негативных явлений при необходимости внезапного резкого уменьшения или полной приостановки отбора сатурированной жидкости, сатуратор дополнительно снабжен средством для рециркуляции жидкости, в состав которого входят вспомогательный насос и два обратных клапана, один из которых установлен между нагнетательным насосом и входным концом упомянутой трубы, а другой - между вспомогательным насосом и входным концом упомянутой трубы, и двумя втулками разных диаметров, концентричными трубе, а фильтрационная сетка выполнена из двух частей разных диаметров, соответствующих диаметрам втулок сетки, меньшая из которых установлена с зазором вокруг трубы и расположена выше большей, в средней, по высоте зоне колонны, при этом нижний край меньшей части сетки прикреплен к верхнему краю меньшей втулки, а большая часть сетки установлена с зазором вокруг меньшей из втулок и расположена в нижней зоне колонны, нижний край большей части сетки прикреплен к верхнему краю большей втулки, зазор между меньшей частью сетки и трубой соединен со входом вспомогательного насоса, а зазор между большей частью сетки и меньшей из втулок соединен со средством для выведения сатурированной жидкости.
Полезная модель поясняется чертежами, где на:
фиг.1 показана принципиальная схема сатуратора;
фиг.2 - то же, со средством для рециркуляции жидкости и состоящей из двух частей фильтрационной сеткой. Режим обычной работы, с постоянным, равномерным отбором сатурированной жидкости;
фиг.3 - то же, что и на фиг.2. Отбор сатурированной жидкости приостановлен, режим рециркуляции;
фиг.4 - продольное сечение колонны насыщения, условно показанной без трубки для подачи в колонну газа насыщения.
Сатуратор содержит пустую цилиндрическую колонну 1, внутри которой установлена труба 2, соединенная снизу через нагнетательный насос 3 с линией 4 подачи в колонну жидкости для сатурации. В опытном образце сатуратора колонна изготовлена из акрила, вместо которого может быть применена, также, нержавеющая сталь.
В верхней зоне колонны 1 труба 2 соединена с закрепленным на колонне корпусом 5 с распылительными головками 6, в которые жидкость поступает через отверстия 7, после отражения от внутренних поверхностей корпуса 5.
В средней и нижней частях колонны 1, концентрично к трубе 2, и с зазором относительно нее, установлена фильтрационная сетка 8. Она образована из двух сетчатых полос 9, 10, повернутых относительно общей для них оси в виде «пирога» с образованием 4...6 слоев, которые примыкают один к одному. Одна из полос, которая, собственно, выполняет функцию фильтра, имеет ячейку размерами 25...35 мкм, а у другой полосы, которая служит прозрачной для пропускания жидкости опорой для первой полосы, ячейка размерами 2...3 мм. Упомянутые размеры ячеек представляются оптимальными, но могут быть уменьшены или увеличены, в зависимости от конкретных условий, для фильтрационной полосы - от 20 до 200 мкм, а опорной - от 1 до 4 мм. Также количество слоев в «пироге» может быть меньше или больше указанной, например, от 2 до 10, а количество полос может быть больше двух, например, равной трем. Толщина фильтрационной сетки - 0,3...0,5 мм, толщина опорной сетки - 0,5...1,0 мм. Сетка изготовлена из нержавеющей стали 12Х18Н9, но может быть и из пластмассы. Ее внешний диаметр - 70...80 мм.
Нижний край сетки 8 находится в зоне нижнего края колонны 1, а верхний, при выполнении сетки из одной части (см. фиг.1), то есть одного размера вдоль всей ее высоты, находится в средней, по высоте, зоне колонны. Конструктивно, для организации выведения жидкости из пространства между сеткой и трубой, нижний край сетки прикреплен к сплошной втулке соответствующего диаметра (условно не показано).
При выполнении сетки из двух частей (см. фиг.2...4) сверху расположена часть 11 меньшего диаметра, прикрепленная к втулке 12, а в нижней части колонны установлена
часть 13 большего диаметра, прикрепленная к втулке 14. Верхний край части 11 находится на уровне, приблизительно, 0,8 от высоты колонны. Нижние концы втулок 12, 14 размещены несколько ниже нижнего конца колонны 1. В нижних зонах втулок 12, 14 выполнены отверстия, соответственно, 15, 16. Сверху пространство между частью 1 сетки и трубой 2 и пространство между частью 13 сетки и втулкой 12 закрыто втулками, соответственно, 17, 18. Нижние концы частей 1, 13 сетки прикреплены к верхнему краю соответствующей втулки.
Пространство между большей, 13, из частей сетки и втулкой 12 соединено отверстием 16 с линией 19 выведения сатурированной жидкости. Пространство между меньшей 11, из частей сетки и трубой 2 соединено отверстием 15 с вспомогательным насосом 20. Как и нагнетательный насос 3, вспомогательный насос 20 соединен с трубой 2 через обратный клапан: нагнетательный насос 3 - через обратный клапан 21, вспомогательный насос 20 - через обратный клапан 22.
Углекислый газ подается из баллона 23 в верхнюю зону колонны 1 трубкой 24.
При поступлении под давлением жидкости через трубу 2 в корпус 5 она отражается его поверхностями и распыляется головками 6, что способствует ее насыщению углекислым газом, который одновременно подается в колонну. Поскольку зазор между сеткой 8 (см. фиг.1) и центральной трубой 3 сверху и снизу перекрыт непрозрачными для жидкости элементами, жидкость может оказаться в нем только через боковую поверхность сетки. При этом пузырьки воздуха или углекислого газа, размер которых превышает размеры сетки с меньшей ячейкой, не могут оказаться в этом зазоре. Сквозь отверстие в упомянутой сплошной втулке сатурированная жидкость выводится из колонны в линию 19.
При обычной работе модификации устройства с обратной связью между колонной насыщения и линией 4 подачи жидкости для сатурации и с фильтрационной сеткой, состоящей из двух частей (см. фиг.2, 4), сатурированная жидкость выводится через отверстие 16 в линию 19 и уровень жидкости в колонне находится на уровне несколько более высоком верхнего края большей части 13 фильтрационной сетки.
При возникновении обстоятельств, связанных с необходимостью внезапного резкого уменьшения или приостановки отбора сатурированной жидкости, уровень жидкости в колонне повышается до, приблизительно, верхнего края меньшей части 11 сетки (см. фиг.3), что приводит к включению вспомогательного насоса 20, подачи им в трубу 2 жидкости, которая продолжает поступать через отверстие 15, и до выключения нагнетательного насоса 3. Жидкость будет двигаться по замкнутому кругу: труба 2 - колонна 1 - зазор между трубой 2 и частью 11 сетки - отверстие 15 - вспомогательный
насос 20 - труба 2. Режим рециркуляции будет осуществляться до тех пор, когда вспомогательный насос сможет открыть обратный клапан 22, что приведет к включению нагнетательного насоса 3 и возобновлению обычного режима работы с выведением сатурированной жидкости в линию 19.