Сатуратор

Пристрій відноситься до технологічного обладнання, яке призначене для насичення води, соків, напоїв і т.п. газом, як правило - вуглекислим газом, і може бути використаним при виробництві газованих безалкогольних напоїв та мінеральних вод. Відомий пристрій для насичення безалкогольних напоїв вуглекислим газом [за UA 58863 А, кл. A23L2/00, публ. 15.08.03], який містить послідовно з'єднані системою трубопроводів нагнітальний насос, змішувач у вигляді ежектора та накопичувану ємність з напоєм. Ежектор виконаний з послідовно з'єднаних дво х або більше тр убок Вентурі, в кожній з яких у звуженій частині виконані радіальні отвори для надходження вуглекислого газу. Ежектор розміщено в накопичуваній ємності над поверхнею напою та з'єднаний з нагнітальним насосом. Відомий пристрій для насичення рідин вуглекислим газом, якій містить колону з засобами для тангенціального введення на великій швидкості потоку вуглекислого газу в рідину, що міститься усередині. Пристрій споряджений обертальним сепаратором для відведення з рідини газових бульбашок [ЕР 1072306, кл. B01F5/02, A23L2/54, публ. 31.01.01]. Відомий також пристрій для насичення рідини газом, який містить джерело надлишкового тиску газу, розподільну апаратуру, ємність для рідини, пристрій для зміни температури, з теплообмінником, та забірну трубку для роздачі сатурованої рідини. У середині ємності, паралельно її вертикальній осі, встановлена, з можливістю обертання, крильчатка. Остання споряджена соплами, внутрішні порожнини яких сполучені з порожниною осі та джерелом надлишкового тиску газу. Нижній кінець забірної трубки та теплообмінник встановлені вище сопел крильчатки [RU 2230700 С2, кл. B67D 1/04, A23L 2/54, публ. 11.27.03]. Найближчим до запропонованого за сукупністю ознак є сатуратор, що містить колону насичення та трубопровід з нагнітальним насосом і засобами регулювання для подання у верхню зону колони деаерованої води. У середині колони встановлено кілька ярусів горизонтальних решіток для розпилювання води. Знизу у колону надходить вуглекислий газ. Патрубок для виведення сатурованої води сполучений з газовою порожниною колони стабілізації, розташованою поза колоною насичення. У колону насичення вода надходить через вузол попереднього насичення, сполучений з джерелом вуглекислого газу. Лінія додаткового перемішування зі встановленим у неї насосом сполучує верхню та нижню зони колони насичення. Лінія відведення сатурованої води до газової порожнини колони стабілізації споряджена клапаном, виконаним у вигляді регулятора тиску [RU 2163081 С1, кл. А23L2/54, B01F3/04, G05D16/00, публ. 02.20.01]. Недоліком згаданого сатуратору є його значна громіздкість, обумовлена наявністю колони стабілізації та необхідністю створення великого тиску рідини, що подається у колону насичення вуглекислим газом, для забезпечення необхідного ступеня сатурації. Задачею корисної моделі є утворення промислового сатуратора, у якому, за рахунок внесення змін у його окремі елементи та зв'язки між ними, створені умови для ефективного насичення рідини вуглекислим газом та гарантованого вилучення з рідини бульбашок газу великого розміру. Тим самим вилучається необхідність застосування колони стабілізації та високого тиску в колоні насичення. Остання обставина дозволяє покращити умови безпечної експлуатації сатуратору. Для вирішення поставленої задачі у сатураторі, що містить колону насичення, засіб для подання в колону рідини, який включає нагнітальний насос, засіб для подання в колону газу насичення, засіб для розпилювання рідини та засіб для виведення сатурованої рідини, відповідно до корисної моделі, усередині колони розташована труба, один з кінців якої сполучений з джерелом подання рідини для сатурації, а навколо труби та з зазором відносно неї, у середній та нижній частинах 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 засіб для розпилювання рідини виконаний у вигляді розпилювальних головок, сполучених з трубою та розташованих у верхній зоні колони. Таке рішення, по-перше, сприяє ефективному утворенню в рідині великої кількості газових бульбашок, які мають велику площу поверхні для контактування з вуглекислим газом. Оскільки товщина поверхневого шару бульбашок занадто мала, це призводить до швидкого та ефективного насичення рідини вуглекислим газом. Подруге, гарантовано усувається можливість проникання у простір між трубою та фільтраційною сіткою газових бульбашок, розміри яких більше розмірів чарунки фільтраційної сітки. Відомо, що високоякісне насичення рідини газом можливе тільки при утворенні у рідині газових (повітря та/або вуглекислого газу) бульбашок малих розмірів: якщо у рідині опиняються бульбашки великих розмірів, навколо їх здійснюється нарощування бульбашок вуглекислого газу, а коли утворені таким чином великі бульбашки лопаються, внаслідок їх нестійкості, вуглекислий газ виділяється з рідини і його кількість у рідині знижується. Таким чином, запобігання можливості проникання у згаданий простір газових бульбашок великого розміру сприяє також зниженню втрат вуглекислого або іншого газу насичення. Крім того, верхній край фільтраційної сітки знаходиться на рівні 0,4...0,8 висоти колони насичення, а нижній край - у зоні нижнього краю колони. Доцільно фільтраційну сітку виконати у вигляді дво х або більше сітчасти х смуг, виготовлених зі сталі або пластмаси та 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...4 мм. При такому рішенні смуга з чарунками більшого розміру служить опорою для смуги з чарунками меншого розміру, яка, власне, виконує фільтраційну функцію. Для запобігання негативних явищ при необхідності раптового різкого зменшення або повного призупинення відбору сатурованої рідини, сатуратор додатково споряджено засобом для рециркуляції рідини, до складу якого входять допоміжний насос та два зворотних клапана, один з яких встановлений між нагнітальним насосом та вхідним кінцем згаданої труби, а другий - між допоміжним насосом та вхідним кінцем згаданої труби, та двома втулками різних діаметрів, концентричними трубі, а фільтраційна сітка виконана з двох частин різних діаметрів, відповідних діаметрам втулок сітки, менша з яких встановлена з зазором навколо труби і розташована вище більшої, у середній, за висотою зоні колони, при цьому нижній край меншої частини сітки закріплений до верхнього краю меншої втулки, а більша частина сітки встановлена з зазором навколо меншої з втулок і розташована у нижній зоні колони, нижній край більшої частини сітки закріплений до верхнього краю більшої втулки, зазор між меншою частиною сітки та трубою сполучений з входом допоміжного насосу, а зазор між більшою частиною сітки та мен шою з втулок сполучений з засобом для виведення сатурованої рідини. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на: Фіг.1 показана принципова схема сатуратора; Фіг.2 - те ж, з засобом для рециркуляції рідини та двохчастинною фільтраційною сіткою. Режим звичайної роботи, з постійним, рівномірним відбором сатурованої рідини; Фіг.3 – те ж, що на Фіг.2. Відбір сатурованої рідини призупинений, режим рециркуляції; Фіг.4 – подовжній переріз колони насичення, умовно показаної без трубки для подання в колону газу насичення. Сатуратор містить порожню циліндричну колону 1, усередині якої встановлена труба 2, сполучена знизу через нагнітальний насос 3 з лінією 4 подання в колону рідини для сатурації. У дослідному зразку сатуратору колона виготовлена з акрилу, замість якого може бути застосована, також, нержавіюча сталь. У верхній зоні колони 1 труба 2 сполучена з закріпленим на колоні корпусом 5 з розпилювальними головками 6, у які рідина надходить через отвори 7, після відбивання від внутрішніх поверхонь корпусу 5. У середній та нижній частинах колони 1, концентричне до труби 2, та із зазором відносно неї, встановлена фільтраційна сітка 8. Вона утворена з двох сітчастих смуг 9, 10, обернутих відносно спільної для них осі у вигляді „пирога” з утворенням 4...6 шарів, що примикають один до одного. Одна з цих смуг, яка, власне, виконує функцію фільтру, має чарунку розмірами 25...35мкм, а у другої смуги, яка служить прозорою для пропускання рідини опорою для першої смуги, чарунка розмірами 2...3мм. Згадані розміри чарунок уявляються оптимальними, але можуть бути зменшені або підвищенні, у залежності від конкретних умов, для фільтраційної смуги - від 20 до 200мкм, а опорної - від 1 до 4мм. Також 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 3 нержавіючої сталі 12Х18Н9, але може бути і з пластмаси. Її зовнішній діаметр - 70...80мм. Нижній край сітки 8 знаходиться у зоні нижнього краю колони 1, а верхній, при виконанні сітки з одної частини (див. Фіг.1), тобто одного діаметру вздовж усієї її висоти, знаходиться в середній, за висотою, зоні колони. Конструктивно, для організації виведення рідини з простору між сіткою та трубою, нижній край сітки закріплений до суцільної втулки відповідного діаметру (умовно не показано). При двохчастинному виконанні сітки (див. Фіг.2...4) зверху розташована частина 11 меншого діаметру, закріплена до втулки 12, а у нижній частині колони встановлена частина 13 більшого діаметру, закріплена до втулки 14. Верхній край частини 11 знаходиться на рівні, приблизно, 0,8 від висоти колони. Нижні кінці втулок 12, 14 розташовані декілька нижче нижнього кінця колони 1. У нижніх зонах втулок 12, 14 виконані отвори, відповідно, 15, 16. Зверху простір між частиною 11 сітки та трубою 2 та простір між частиною 13 сітки та втулкою 12 закритий втулками, відповідно, 17, 18. Нижні кінці частин 11, 13 сітки закріплені до верхнього краю відповідної втулки. Простір між більшою, 13, з частин сітки та втулкою 12 сполучений отвором 16 з лінією 19 виведення сатурованої рідини. Простір між меншою, 11, з частин сітки та трубою 2 сполучений отвором 15 з допоміжним насосом 20. Як і нагнітальний насос 3, допоміжний насос 20 сполучений з трубою 2 через зворотний клапан: нагнітальний насос 3 - через зворотний клапан 21, допоміжний насос 20 - через зворотний клапан 22. Вуглекислий газ подається з балону 23 у верхню зону колони 1 трубкою 24. При надходженні під тиском рідини через трубу 2 у корпус 5 вона відбивається його поверхнями та розпилюється головками 6, що сприяє її насиченню вуглекислим газом, який одночасно подається у колону. Оскільки зазор між сіткою 8 (див. Фіг.1) та центральною трубою 3 зверху та знизу перекритий непрозорими для рідини елементами, рідина може опинитись у ньому тільки через бічну поверхню сітки. При цьому бульбашки повітря або вуглекислого газу, розмір яких перевищує розміри сітки з меншою чарункою, не можуть опинитися в цьому зазорі. Крізь отвір у згаданій суцільній втулці сатурована рідина виводиться з колони у лінію 19. При звичайній роботі модифікації пристрою зі зворотним зв'язком між колоною насичення та лінією 4 подання рідини для сатурації і з двохчастинною фільтраційною сіткою (див. Фіг.2, 4) сатурована рідина виводиться скрізь отвір 16 у лінію 19 і рівень рідини у колоні знаходиться на рівні дещо вищому верхнього краю більшої частини 13 фільтраційної сітки. При виникненні обставин, зв'язаних з необхідністю раптового різкого зменшення або призупинення відбору сатурованої рідини, рівень рідини у колоні підвищується до, приблизно, верхнього краю меншої частини 11 сітки (див. Фіг.3), що призводить до включення допоміжного насосу 20, подання ним у тр убу 2 рідини, яка продовжує надходити через отвір 15, та до виключення нагнітального насосу 3. Рідина буде рухатись за замкненим колом: труба 2 - колона 1 - зазор між трубою 2 та частиною 11 сітки - отвір 15 - допоміжний насос 20 - труба 2. Режим рециркуляції буде здійснюватись до тих пір, коли допоміжний насос зможе відкрити зворотний клапан 22, що призведе до включення нагнітального насосу 3 та поновлення звичайного режиму роботи з виведенням сатурованої рідини у лінію 19.