ДЕАЭРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Устройство относится к технологическому оборудованию, которое предназначено для деаэрации жидкостей. Оно предназначено для применения в составе деаэрационно-сатурационной установки для изготовления безалкогольных газированных напитков, а также может быть использованным при производстве минеральных вод, фруктовых соков, пива, алкогольных напитков, медицинских препаратов, косметических средств и т.д.
Известно, что вода, в большей или меньшей степени, содержит в свободном, дисперсном или растворенном виде азот, кислород, сероводород и другие газы, которые входят в состав воздуха. Как правило, присутствующие в воде газы ухудшают качество продукта, который должен быть изготовлен. Так, при изготовлении фруктовых соков или напитков, которые содержат фруктовые соки, кислород, который содержится в воде, окисляет продукт и уничтожает витамин С. Присутствие воздуха в продуктах на основе молока, в большем, чем определено, количестве, приводит к ухудшению их качества при их тепловой обработке. Воздух в составе воды мешает ее качественной сатурации, поскольку его наличие усложняет насыщение воды углекислым газом. Таким образом, при изготовлении жидкостных продуктов в большинстве случаев необходимо изъять из воды воздух или газы, которые входят в его состав.
Среди деаэрационных устройств приобрели широкое распространение устройства с применением деаэрационной колонны, в которой вокруг жидкости, из которой изготавливается тот или иной напиток, создается вакуум, за счет чего парциальное давление растворенного в жидкости газа снижается, следовательно, снижается содержание самого газа в жидкости. К таким, например, относится устройство для деаэрации жидкости, которое входит в состав устройства для изготовления газированных напитков и содержит колонну, соединенную со средствами для подачи жидкости и углекислого газа и выведения деаэрированной жидкости, электромагнитного клапана и вакуумного насоса (В.В.Рудольф, В.Е.Балашов. Производство безалкогольных напитков и розлив минеральных вод. Москва, ВО «Агропромиздат», 1988, с.50). Недостатком устройства является невозможность обеспечения достаточной степени изъятия растворенного воздуха из воды вследствие невозможности достижения надлежащей глубины вакуумирования за счет вакуумного насоса.
Известно также деаэрационное устройство, которое содержит колонну, соединенную со средствами для подачи воды, в том числе - электромагнитным клапаном, и углекислого
газа и выведения деаэрированной воды и вакуумный насос. В верхней части колонны находится устройство для разделения водного потока в виде коаксиальных труб с отверстиями, с соединением межтрубного пространства с камерой вторичного вакуумирования, размещенной в средней зоне колонны. При прохождении воды в межтрубном пространстве имеет место эжектирующий эффект, что вызывает распыление жидкой фазы, которая выбрасывается в деаэрационную колонну, где за счет вакуумного насоса создается вакуум (UA 41220, кл. B 01 D 19/00, публ.15.08.01).
Повышение энергии входного потока, благодаря упомянутому электромагнитному клапану, способствует повышению изъятия из воды воздуха, по сравнению с упомянутым выше устройством, но эта степень, несмотря на относительную сложность устройства, остается неудовлетворительно низкой.
Такой же принцип реализован в деаэрационном устройстве по US 2004050253, кл. B 01 D 19/00, публ. 18.03.04, который по совокупности существенных признаков является наиболее близким к предложенному. Оно представляет собой деаэрационную колонну в виде перевернутой буквы "U", снабженную в ее нижней части патрубками для подачи внутрь жидкости, которая подлежит деаэрации и для выведения деаэрированной жидкости. Колонна снабжена также патрубком для введения газа, соединенным с дроссельным клапаном и снабженным сетчатой мембраной для размельчения жидкости. Патрубок для выведения жидкости снабжен насосом. На патрубке введения жидкости также, хотя и не обязательно, предусмотрен насос. Пространство над жидкостью, в верхней части колонны, соединено с вакуумным насосом. Таким образом, в этом устройстве удаление газов из жидкости осуществляется как за счет снижения парциального давления растворенных газов, так и путем их вытеснения свежим газом. Как указано в патентном описании, это может быть качественно очищенный воздух при атмосферном давлении, а также азот или углекислый газ.
Представляется, что упомянутое деаэрационное устройство является наиболее эффективным из известных мне, но и оно не может обеспечить необходимой продуктивности при достаточно большой степени изъятия воздуха из жидкости.
Задачей полезной модели является создание деаэрационного устройства, у которого путем внесения изменений в отдельные элементы и связи между ними, достигнута возможность надежного отделения жидкости от газов.
Для решения поставленной задачи в деаэрационном устройстве, которое содержит колонну, средство для подачи во внутрь устройства жидкости, которая подлежит аэрации, и средство для выведения из него деаэрированной жидкости, согласно полезной модели, внутри колонны расположена труба, один из концов которой соединен с источником
подачи жидкости, а вокруг трубы и с зазором относительно нее, в средней и нижней зонах 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 нижняя зона этого пространства соединена с патрубком для выведения деаэрированной жидкости из колонны.
Такое конструктивное решение позволяет гарантированно сделать невозможным попадание воздушных пузырьков в жидкость, которая выводится из нижней зоны пространства между трубой и фильтрационной сеткой.
Целесообразно, чтобы верхний край фильтрационной сетки находился на уровне не выше 2/3 высоты колонны, а нижний край - у нижней зоны колонны.
Целесообразно, также, упомянутую фильтрационную сетку выполнить в виде двух или больше, изготовленных из стали или пластмассы, сетчатых полос, 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 этом сетка с меньшим размером ячейки выполняет функцию фильтра для воздушных пузырьков с большими, чем ячейка, размерами, а сетка с большими размерами служит опорой для первой сетки, и, также способствует малым пузырькам объединяться в пузырьки больших размеров, что облегчает их дальнейшее изъятие.
Для снижения парциального давления газов, которые находятся в жидкости, и, тем самым, повышения эффективности действия устройства, целесообразно снабдить его средством для создания вакуума в верхней зоне колонны.
Это средство целесообразно выполнить в виде размещенного за пределами колонны и соединенного с источником сжатого воздуха эжектора, соединенного трубкой с пространством в верхней зоне колонны.
При испытаниях опытных вариантов устройства была выявлена его достаточно высокая эффективность и при отсутствии специального средства для насыщения жидкости воздухом, который должен вытеснять воздух, который находится в жидкости. Но дальнейшее повышение эффективности деаэрационного процесса, при необходимости, может быть достигнуто путем снабжения устройства средством для насыщения жидкости воздухом.
Выявлено также, что наиболее целесообразно последний выполнить в виде распылительных головок, соединенных с трубой для подачи жидкости в колонну и расположенных в верхней зоне колонны, причем с источником подачи жидкости соединить нижний конец трубы. Выполнение этого устройства именно в виде
распылительных головок позволяет значительно повысить величину площади поверхности частичек жидкости, что способствует достаточно быстрому выведения газов из жидкости. Именно этому способствует также размещение распылительных головок в верхней части колонны.
Кроме того, дополнительное повышение эффективности процесса деаэрации может быть получено за счет снабжения устройства средством для подачи в колонну воздуха или газа.
Суть полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема деаэрационного устройства, а на фиг.2 - вертикальный разрез деаэрационной колонны.
Предлагаемое устройство содержит пустую колонну 1, внутри которой установлена труба 2, соединенная внизу через блок 3 контрольно-регулирующей аппаратуры с трубами 4, 5, 6 для подачи в трубу 2 воды, и, при изготовлении напитков, сиропа из сахара и лимонной кислоты, а также, вкусовых, запаховых, цветовых и т.п. добавок. В опытном образце деаэратора колонна изготовлена из прозрачного материала - акрила. Вместо него может быть применена также нержавеющая сталь. Высота колонны равна 2 м, диаметр - 160 мм.
В верхней зоне колонны 1 установлен корпус 7 с распыляющими головками 8, в которые жидкость поступает через отверстия 9, после отражения от внутренних поверхностей корпуса 7.
В средней и нижней зонах колонны 1, концентрично по отношению к трубе 2 и с зазором относительно нее, установлена фильтрационная сетка 10. Она образована из двух сетчатых полос (не обозначены), повернутых относительно общей для них оси в виде «пирога» с образованием 4...6 примыкающих один к одному слоев. Одна из этих полос, которая, собственно, выполняет функцию фильтра, имеет ячейку размерами 25...35 мкм, а у другой полосы, которая служит опорой для первой полосы, стимулятором увеличения размеров воздушных пузырьков и является прозрачной для пропускания жидкости, ячейка размерами 2...3 мм. Упомянутые размеры ячеек являются оптимальными при изготовлении газированных вод, а в случае деаэрации других жидкостей ячейка фильтрационной сетки может быть от 20 до 200 мкм, а опорной - от 1 до 4 мм. Также в зависимости от конкретных обстоятельств количество слоев в «пироге» может быть меньше или больше указанного, например, от 2 до 10, а количество полос может быть большим двух, например, равным трем. Толщина фильтрационной сетки 0,3...0,5 мм, толщина опорной сетки - 0,5...1,0 мм. Сетка изготовлена из нержавеющей стали
12Х18Н9. При диаметре колонны 160 мм и ее высоте 2 м внешний диаметр сетки - 60...80 мм.
Верхний край сетки 10 находится на уровне не выше 2/3 высоты колонны, а нижний край - в зоне нижнего края колонны. Предусмотрена невозможность прохождения жидкости в пространство между фильтрационной сеткой и трубой 2 иначе, чем через сетку. Для этого сверху оно перекрыто втулкой 11, а снизу сетка прикреплена к втулке 12 с отверстием 13 для выведения деаэрированной жидкости из устройства. Нижний конец втулки 12 находится ниже уровня нижнего торца колонны 1.
Снаружи колоны 1 размещен эжектор 14, соединенный с насосом 15, который подает к эжектору воздух под давлением 0,5...0,6 МПа. Трубкой 16 эжектор соединен с пространством в верхней зоне колонны.
Для дальнейшего повышения эффективности процесса деаэрации, прежде всего, при дальнейшем изготовлении из деаэрированной жидкости газированных напитков или сильно газированных минеральных вод, предусмотрена, также, возможность снабжения деаэратора средством для подачи в колонну очищенного воздуха или углекислого газа (условно не показано), с помощью которого стимулируется вытеснение газов, которые содержатся в жидкости, предназначенной для изготовления напитка.
Для выведения деаэрированной жидкости из устройства служит патрубок 17.
При подаче жидкости в верхнюю часть колонны 1 в ней создаются воздушные пузырьки. Этот процесс интенсифицируется за счет отражения жидкости внутренними поверхностями колонны, а при наличии корпуса 7 - его внутренними поверхностями, а, также, за счет распыления жидкости при ее пропускании через распылительные головки 8: при выходе из этих головок в состоянии обычного давления жидкость оказывается в зоне воздушного разрежения, вследствие чего создается воздушно-жидкостная среда. Благодаря разрежению, которое создается в верхней части колонны вследствие работы эжектора 14, воздух всасывается в трубку 16 и выводится из колонны. Поскольку зазор между сеткой 10 и колонной 1 перекрыт сверху втулкой 11, а снизу - втулкой 12, жидкость может оказаться в нем только через боковую поверхность сетки. При этом пузырьки, размер которых превышает размеры сетки с меньшей ячейкой, не могут оказаться в зазоре между сеткой и колонной. Наличие опорной сетки, в которой больший размер ячейки, способствует малым пузырькам объединяться в пузырьки больших размеров, которые потом поднимаются вверх и выводятся из колонны трубой 16.
Опытные испытания устройства доказали его высокую эффективность.