Деаераційний пристрій

Пристрій відноситься до технологічного обладнання, яке призначене для деаерації рідин. Він призначений для застосування у складі деаераційно-сатураційної установки для виготовлення безалкогольних газованих напоїв, а також може бути використаним при виробництві мінеральних вод, фруктових соків, пива, алкогольних напоїв, медичних препаратів, косметичних засобів тощо. Відомо, що вода, у більшій чи меншій мірі, містить у вільному, дисперсному або розчиненому вигляді азот, кисень, сірководень та інші гази, які входять до складу повітря. Як правило, присутні у воді гази погіршують якість продукту, який має бути виготовлений. Так, при виготовленні фруктових соків або напоїв, що містять фруктові соки, кисень, який міститься у воді, окислює продукт і знищує вітамін С. Присутність повітря у продуктах на основі молока, у більшій, ніж визначено, кількості, призводить до погіршення їх якості при їх тепловій обробці. Повітря у складі води заважає й" якісній сатурації, оскільки його наявність ускладнює насичення води вуглекислим газом. Таким чином, при виготовленні рідинних продуктів у більшості випадків необхідно вилучити з води повітря або гази, які входять до його складу. Серед деаераційних пристроїв набули широке розповсюдження пристрої із застосуванням деаераційної колони, в якій навколо рідини, з якої виготовляється той чи інший напій, утворюється вакуум, за рахунок чого парціальний тиск розчиненого в рідині газу знижується, отже, знижується зміст самого газу у рідині. До таких, наприклад, відноситься пристрій для деаерації рідини, що входить у склад пристрою для виготовлення газованих напоїв і містить колону, сполучену з засобами для подання рідини та вуглекислого газу та виведення деаерованої рідини, електромагнітного клапану та вакуумного насосу [В.В.Рудольф, В.Е.Балашов. Производство безалкогольных напитков и розлив минеральных вод. Москва, ВО «Агропромиздат», 1988, с.50]. Недоліком пристрою є неможливість забезпечення достатнього ступеня видалення розчиненого повітря з води внаслідок неможливості досягнення належної глибини вакуумування за рахунок вакуумного насосу. Відомий також деаераційний пристрій, що містить колону, сполучену з засобами для подання води, у тому числі - електромагнітним клапаном, та вуглекислого газу та виведення деаерованої води та вакуумний насос. У верхній частині колони знаходиться пристрій для розподілення водного потоку у вигляді коаксіальних труб з отворами, зі з'єднанням міжтрубного простору з камерою вторинного вакуумування, розташованою у середній зоні колони. При проходженні води у міжтрубному просторі має місце ежектуючий ефект, що спричиняє розпил рідинної фази, яка викидається в деаераційну колону, де за рахунок вакуумного насосу створюється вакуум [UA 41220, кл. B01D19/00, публ. 15.08.01]. Підвищення енергії вхідного потоку, завдяки згаданому електромагнітному клапану, сприяє підвищенню видалення з води повітря, у порівнянні зі згаданим вище пристроєм, але цей ступень, незважаючи на відносну складність пристрою, залишається незадовільно низьким. Такий же принцип реалізований у деаераційному пристрої [за US 2004050253, кл. B01D19/00, публ. 18.03.04], який за сукупністю суттєвих ознак є найближчим до запропонованого. Він уявляє собою деаераційну колону у вигляді перегорнутої літери "U", споряджену у її нижній частині патрубками для подання усередину рідини, що підлягає деаерації та для виведення деаерованої рідини. Колона споряджена також патрубком для введення газу, сполученим з дросельним клапаном та спорядженим сітчастою мембраною для роздрібнювання рідини. Патрубок для виведення рідини споряджений насосом. На патрубку введення рідини також, хоча і не обов'язково, передбачений насос. Простір над рідиною, у верхній частині колони, сполучений з вакуумним насосом. Таким чином, у цьому пристрої видалення газів з рідини здійснюється як за рахунок зниження парціального тиску розчинених газів, так і шляхом їх витиснення свіжим газом. Як вказано у патентному опису, це може бути якісно очищене повітря при атмосферному тиску, а також азот або вуглекислий газ. Згаданий деаераційний пристрій є найбільш ефективним з відомих, але і він не може забезпечити необхідної продуктивності при достатньо великому ступені видалення повітря з рідини. Задачею корисної моделі є створення деаераційного пристрою, у якого, шляхом внесення змін у окремі елементи та зв'язки між ними, досягнута можливість надійного відділення рідини від газів. Для вирішення поставленої задачі у деаераційному пристрої, що містить колону, засіб для подання усередину пристрою рідини, що підлягає аерації, та засіб для виведення з нього деаерованої рідини, відповідно до корисної моделі усередині колони розташована труба, один з кінців якої сполучений з джерелом подання рідини, а навколо труби та ззазором відносно неї, у середній та нижній зонах колони, встановлена фільтраційна сітка з чарункою розмірами 20...200мкм, причому простір між трубою та фільтраційною сіткою зверху та знизу перекритий непрозорими для рідини елементами, а нижня зона цього простору сполучена з патрубком для виведення деаерованої рідини з колони. Таке конструктивне рішення дозволяє гарантовано унеможливити попадання повітряних бульбашок у рідину, яка виводиться з нижньої зони простору між трубою та фільтраційною сіткою. Доцільно, щоб верхній край фільтраційної сітки знаходився на рівні не вище 2/3 висоти колони, а нижній край - у нижній зоні колони. Доцільно, також, згадану фільтраційну сітку виконати у вигляді двох або більше, виготовлених зі сталі або пластмаси, сітчастих смуг, обернутих відносно спільної для них осі у вигляді пирога, з утворенням 2...10 примикаючих один до одного шарів, причому одна з цих смуг має чарунку згаданих розмірів, а друга має чарунку розмірами 1...4мм. При цьому сітка з меншим розміром чарунки виконує функцію фільтру для повітряних бульбашок з більшими, ніж чарунка, розмірами, а сітка з більшими розмірами служить опорою для першої сітки, та, також сприяє малим бульбашкам об'єднуватись у бульбашки більших розмірів, що полегшує їх подальше видалення. Для зниження парціального тиску газів, які знаходяться у рідині, та, тим самим, підвищення ефективності дії пристрою, доцільно спорядити його засобом для створення вакууму у верхній зоні колони. Цей засіб доцільно виконати у вигляді розташованого за межами колони та сполученого з джерелом стислого повітря ежектора, сполученого трубкою з простором у верхній зоні колони. При випробуваннях дослідних варіантів пристрою була виявлена його достатньо висока ефективність і при відсутності спеціального засобу для насичення рідини повітрям, яке має витискувати повітря, що знаходиться у рідині. Але подальше підвищення ефективності деараційного процесу, при необхідності, може бути досягнуто шляхом спорядження пристрою засобом для насичення рідини повітрям. Виявлено також, що найбільш доцільно останній виконати у вигляді розпилювальних головок, сполучених з трубою для подання рідини у колону та розташованих у верхній зоні колони, причому з джерелом подання рідини сполучити нижній кінець труби. Виконання цього пристрою саме у вигляді розпилювальних головок дозволяє значно підвищити величину площі поверхні частинок рідини, що сприяє досить швидкому виведенню газів з рідини. Саме цьому сприяє також розташування розпилювальних головок у верхній частині колони. Крім того, додаткове підвищення ефективності процесу деаерації може бути одержано за рахунок спорядження пристрою засобом для подання у колону повітря або газу. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображена принципова схема деаераційного пристрою, а на Фіг.2 - вертикальний переріз деаераційної колони. Запропонований пристрій містить порожню колону 1, усередині якої встановлена труба 2, сполучена знизу через блок 3 контрольно-регулювальної апаратури з трубами 4, 5, 6 для подання у трубу 2 води, та, при виготовленні напоїв, сиропу з цукру та лимонної кислоти, а, також, смакових, запахових, кольорових і т.п. добавок. У дослідному зразку деаератору колона виготовлена з прозорого матеріалу -акрилу. Замість нього може бути застосована також нержавіюча сталь. Висота колони дорівнює 2м, діаметр - 160мм. У верхній зоні колони 1 встановлений корпус 7 з розпилювальними головками 8, у які рідина надходить через отвори 9, після відбивання від внутрішніх поверхонь корпусу 7. У середній та нижній зонах колони 1, концентричне до труби 2 та із зазором відносно неї, встановлена фільтраційна сітка 10. Вона утворена з двох сітчастих смуг (не позначені), обернутих відносно спільної для них осі у вигляді пирога з утворенням 4...6 примикаючих один до одного шарів., Одна з цих смуг, яка, власне, виконує функцію фільтру, має чарунку розмірами 25...35мкм, а у другої смуги, яка служить опорою для першої смуги, стимулятором зростання розмірів повітряних бульбашок і є прозорою для пропускання рідини, чарунка розмірами 2...3мм. Згадані розміри чарунок є оптимальними при виготовленні газованих вод, а у разі деаерації інших рідин чарунка фільтраційної сітки може бути від 20 до 200мкм, а опорної - від 1 до 4 мм. Також у залежності від конкретних обставин кількість шарів у пирогу може бути менше або більше зазначеної, наприклад, від 2 до 10, а кількість смуг може бути більшою двох, наприклад, рівною трьом. Товщина фільтраційної сітки 0,3...0,5мм., товщина опірної сітки - 0,5...1,0мм. Сітка виготовлена з нержавіючої сталі 12Х18Н9. При діаметрі колони 160мм та її висоті 2 м зовнішній діаметр сітки - 60...80мм. Верхній край сітки 10 знаходиться на рівні не вище 2/3 висоти колони, а нижній край -у зоні нижнього краю колони. Передбачена неможливість проходження рідини у простір між фільтраційною сіткою та трубою 2 інакше, ніж через сітку. Для цього зверху він перекритий втулкою 11, а знизу сітка закріплена до втулки 12 з отвором 13 для виведення деаерованої рідини з пристрою. Нижній кінець втулки 12 знаходиться нижче рівня нижнього торця колони 1. Зовні колони 1 розташований ежектор 14, сполучений з насосом 15, який подає до ежектора повітря під тиском 0,5...0,6МПа. Трубкою 16 ежектор сполучений з простором у верхній зоні колони. Для подальшого підвищення ефективності процесу деаерації, насамперед, при подальшому виготовленні з деаерованої рідини газованих напоїв або міцно газованих мінеральних вод, передбачена, також, можливість обладнання деаератору засобом для подання у колону очищеного повітря або вуглекислого газу (умовно не показаний), за допомогою якого стимулюється витиснення газів, що містяться у рідині, призначеній для виготовлення напою. Для виведення деаерованої рідини з пристрою служить патрубок 17. При поданні рідини у верхню частину колони 1 в ній утворюються повітряні бульбашки. Цей процес інтенсифікується за рахунок відбивання рідини внутрішніми поверхнями колони, а при наявності корпусу 7 - його внутрішніми поверхнями, а, також, за рахунок розпилювання рідини при її пропусканні крізь розпилювальні головки 8: при виході з цих головок у стані звичайного тиску рідина опиняється у зоні повітряного розрідження, внаслідок чого утворюється повітряно-рідинна середа. Завдяки розрідженню, що утворюється у верхній частині колони внаслідок роботи ежектора 14, повітря засмоктується в трубку 16 і виводиться з колони. Оскільки зазор між сіткою 10 та колоною 1 перекритий зверху втулкою 11, а знизу - втулкою 12, рідина може опинитись у ньому тільки через бічну поверхню сітки. При цьому бульбашки, розмір яких перевищує розміри сітки з меншою чарункою, не можуть опинитися у зазорі між сіткою та колоною. Наявність опірної сітки, в якій більший розмір чарунки, сприяє малим бульбашкам об'єднуватись у бульбашки більших розмірів, які потім піднімаються уверх і виводяться з колони трубкою 16. Дослідні випробування пристрою довели його високу ефективність.