Пристрій для електрообробки рідких та текучих продуктів

Пристрій для електрообробки рідких та теку чи х продук тів, який містить генера тор імп ульсі в високої напр уги і камер у, що скла дається з кор пусу, виконано го з ізо люючо го ма теріалу, дво х виконани х з стр умопровщно го ма теріалу е лек троді в, вер хньо го та нижнього, між якими розта шований електрооброблюваний продукт і які ма ють частини поверхонь, що протистоять одні одним, верхній електрод, виконаний з отвором для виводу з камери електрооброблюваного продукту, який відрізняється тим, що уведений проміжний електрод з струмопровщного матеріалу з, пр инайм ні , одним скрі зним о тво ром у це нтральній його частині, розташований між верхнім та нижнім електродами, нижній електрод виконаний з, принаймні, одним отвором для уводу в камеру електрообробпюванрго продукту в частинах його повер хні, що не про тистоя ть повер хні проміжного електрода, верхній електрод виконаний з, принаймні, одним отвором для виводу з камери електрооброблюваного продукту в частинах його повер хні, що не протистоять повер хні проміжного електрода, а вн утрі шня повер хня корпусу виконана з забезпеченням зіткнення електрооброблюваного продукту не тільки з частинами поверхонь нижнього і верхнього електродів, що протистоять частинами поверхонь частинам поверхні проміжного електроду, але й з іншими частинами їх поверхонь. CM U Винахід стосується високовольтної імпульсної техніки, електрофізичних пристроїв для високовольтних технологій знезараження, консервування, запобігання або поліпшення вихідних якостей харчових продуктів, наприклад, молока, молочних продуктів, соків, сиропів, рідких яєчних продуктів в харчовій промисловості, вин і вино матеріалів в виноробній промисловості, різних вакцин та Інших рідкотекучих медикаментів в фармацевтичній промисловості, різних напоїв, у тому числі спиртних, питної та с тічних вод і інших рідин і текучих продуктів Винахід може знайти застосування в хімічній, енергетичній, будівельній та інших галузях промисловості для збереження та поліпшення властивостей, якостей рідин і текучих продуктів, а також в мікробюлогічній промисловості для активації або інактивації мікроорганізмів. Відомий спосіб обробки рідин і текучих продуктів за авторським свідоцтвом СРСР N595945 А. МКІ6С 02 F 1/48. публ 15 08 1983 р., БВ N18. імпульсним електромагнітним полем з тривалістю (0,1. 10) мкс і з миттєвою потужністю імпульсів (50 1000) МВт Однак обробка рідин у ВІД ПО ВІД НОСТІ з цим способом недостатньо ефективна Відомий пристрій для консервування рідких харчових продуктів за патентом США N4838154, МК16 А 23 L 3/32, НКВ 99-451, публ 13 06 1989 p. T 1103 N2, що містить камеру для обробки, в якій розташовані два електроди на відстані один від одного, що (камера) заповнена рідким харчовим продуктом, який контактує з електродами Пристрій споряджений трубопроводами дпя уводу і виводу рідкого продукту і генератором імпульсів високої напруги, які подаються на електроди, що розміщені в камері, яка забезпечує напруженість електричного поля Е>0,5 МВ/м, а частота проходження імпульсів складає 1 імпульс за 1 хвилину Основним недоліком цього пристрою є низька ефективність і низька продуктивність обробки, що пов'язані з низькою напруженістю імпульсів електричного поля і великою кількістю імпульсів, які потрібні для обробки одиниці продукту Найбільш близьким до винаходу, що пропонується, по суті та результату, який досягається, є пристрій для зб ільшення термінів зберігання рід со in CM со 32453 ких харчо ви х продук тів, що описаний у патен ті США N4695472, МКІ6 А 23 L 3/32. НКВ 426-237, 426-238, 426-521, 99-451, публ. 22.09.1987р. (обраний за прототип). Пристрій містить камеру, що складається з корпусу, виконаного з ізолюючого матеріалу, двох виконаних з струмолровідного матеріалу електродів, верхнього та нижнього, які мають частини поверхонь, що вони протистоять одні одним, і між якими розташований електрооброблюваний продукт, обмежений також стінками корпусу, що примикають до частин поверхонь електродів, що вони (поверхні) протистоять одні одним, верхній електрод має в поверхні, що протистоїть нижньому електроду, отвір для уводу і виводу оброблюваного продукту. Пристрій також містить генератор імпульсів високої напруги, що подаються на верхній та нижній електроди камери, який (генератор) забезпечує обробку продукту імпульсами електричного поля напруженістю Е>0,5 МВ/м, зі щільністю струм у 12 А/см , причому кожний з Імпульсів має тривалість в діапазоні (1 ...100) мкс, забезпечуючи нагрів оброблюваного продукту до температури 45°С, при якій продукт підлягає обробці ще, принаймні, одним Імпульсом сильного електричного поля. У процесі обробки харчовий продукт може підлягати дегазації' за допомогою вакуумування, щонайменше, в одній дегазаційній зоні на шляху протікання через, принаймні, одну з зон обробки. До недоліків цього пристрою можна віднести низьку продуктивність і низьку ефективність обробки, які обумовлюються тим, що продукт оброблюється імпульсами електричного поля з низькою (менше 4,5 МВ/м) напруженістю, і тим. що для досягнення лотрібного ефекту продукт необхідно догрівати до 45°С, піддаючи його дії безлічі імпульсів, а при досягненні цієї температури оброблюваний продукт піддати дії ще, принаймні, одного імпупьса сильного електричного поля. Встановлено, що з підвищенням напруженості Імпульсів електричного поля, діючих на оброблюваний продукт, ступінь обробки. Інактивації мікроорганізмів зростає скоріше, ніж прямо пропорціонально напр уженості /Hulsheger, et al ., "Killing of Bacteria with Electric Pulses of High Field Strength", Radiat. En viron Bioph ys. 20, pp. 53-65, 1981/. При напруженостях, більших за 4,5 МВ/м, це пов'язане з тим, що крім відомого ефекту електричного пробою клі тинни х мембран, що бере участь в летальній дії на клітину при низьких напруженостях імпульсів електричного поля, з'являються нові виявлення дії електричного поля, що пов'язані з порушенням функціювания органел клітин, які (виявлення) в теперішній час далеко не вивчені. Однак, збільшити напруженість імпульсного електричного поля в пристрої-прототипі не уявляється можливим із-за наявності в камері пристрою-прототипу зон, в яких відбувається застій і завихрення оброблюваного рідкого або текучого продукту В цих зонах відбувається злиття та налипання на поверхню електродів і на внутрішню поверхню корпусу камери газових бульбок, що утворюються за рахунок розчинених газів в оброблюваному продукті при його нагріві у процесі електрообробки. Іонізаційні процеси в газових бульбах, що з'являються під дією електричного поля, сприяють появі між електродами усередині камери електричних пробоїв, що призводять до псування оброблюваного продукту. Використання в пристрої-прототипі дегазації оброблюваного продукту за допомогою вакуумування до обробки є малоефективним, бо розчинений газ все ж таки надходи ть між частинами поверхонь електродів, що вони протистоять одні одним. В камері пристрою-прототипу електрична міцність вздовж поверхні корпусу між електродами менша, ніж електрична міцність рідини або текучого продукту. Це зменшує робочу напруженість електричного поля в пристрої-прототипі, при якій ще не з'являються електричні пробої, що псують обробпюваний продукт. В основу винаходу поставлена задача підвищення продуктивності та ефективності електрообробки рідких і текучих продуктів за рахунок реалізації нових механізмів інактивуючої дії імпульсів підви щено ї напруженості електри чно го поля (близько 10 МВ/м І більше) на мікроорганізми. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для електрообробш рідких і текучих продуктів, який містить генератор Імпульсів високої напруги і камеру, що складається з корпусу, вико-наного з ізолюючого матеріалу, двох виконаних з струмопровідного матеріалу електродів, верхнього та нижнього, між якими розташований електрооброблюваний продукт і які мають частини поверхонь, що вони протистоять одні одним, верхній електрод, виконаний з отвором для виводу з камери електрооброблюваного продукту, відповідно з винаходом, уведений проміжний електрод з струмопровідного матеріалу з, принаймні, одним крізним отвором у центральній його частині, розташований між верхнім і нижнім електродами, нижній електрод, виконаний з, принаймні, одним отвором для уводу в камеру електрооброблюваного продукту в частинах його поверхні, що не протистоять поверхні проміжного електрода, верхній електрод виконаний з, принаймні, одним отвором для виводу з камери електрооброблюваного продукту в частина х його повер хні, що не протистоя ть поверхні проміжного електрода, а внутрішня поверхня корпусу виконана з забезпеченим зіткнення електрооброблюваного продукту не тільки з частинами поверхонь нижнього і верхнього електродів, що (частини повер хонь) протистоять частинами поверхонь частинам поверхні проміжного електроду, але й з Іншими частинами їх поверхонь. За рахунок виконання внутрішньої поверхні корпусу камери таким чином, що забезпечується зіткнення електрообробпюваного продукту не тільки з частинами поверхонь нижнього і верхнього електродів, що вони (частини поверхонь) протистоять частинам поверхні проміжного електроду, але й з іншими частинами їх поверхонь, а також обтікання оброблюваним продуктом, після уводу в камеру через отвір (отвори) нижнього електроду, частин поверхні нижнього електроду, що вони не протистоять поверхні проміжного електроду, протікання його між частинами поверхонь, що- вони протистоять одні одним, нижнього і проміжного електродів, через отвір (отвори) в центральній частині проміжного електроду, між частинами поверхонь, що вони протистоять одні одним, проміжного і верхнього електродів, обтікання частин поверхні верхнього електроду, що вони не протистоять повер хні проміжного електроду, і ви від через о твір 32453 (отвори) вер хнього електроду з камери, отож створюються умови, при яких не відбувається злиття І налипання газових бульбок на поверхні електродів і на внутрішні х поверхня х корпусу камери, і значно (суттєво) збільшується напруженість імпульсно го електрично го поля без виникнення електричних пробоїв між електродами Виділення газу при обробці за рахунок розчинених газі в в електрооброблюваному рідкому чи тек учому продукті в камері, яка виконана у ВІДПОВІДНОСТІ З винаходом, що пропонується, також відбувається, однак розміри газових бульбок не досягають критични х розмірів (діаметрів), близьких до 1 мм, за рахунок ламінарної течи швидко виносяться з камери і на електричну МІЦНІСТЬ оброблюваного продукту практично не впливають. Це дозволяє проводити епектрообробку рідких і текучи х продуктів в камері, ідо виконана відпо відно з даним винаходом, Імпульсами електричного поля з амплі тудою напр ужено сті Е> 10 МВ/м Зі зна чним (Е>10 МВ/м) підви щенням напруженості імпульсного електрично го поля, за допомогою якого здійснюється електрообробка продуктів, окрім відомого, який зберігається, ефекта, що приводи ть до інактивації клітин, - електричного пробою їх мембран, виникає цілий ряд нових механізмів інактиваційної дії імпульсного електричного поля на мікроорганізми, а саме: порушення молекулярних текстів, порушення синтезу ДНК, розрив безлічі слабих, але важливих для нормального функціювання системи керування клітиною зв'язків і інши х поки ще недостатньо ви вчени х ме ханізмів, що в кінцевому підсумку забезпечують проведення електрообробки рідких і текучих продуктів без попереднього нагріву продукті в значно меншою кількістю імпульсів електрично го поля на одиницю продукту, а, відповідно, і з меншими питомими витратами електричної енергії Дія нових механізмів інактивації мікроорганізмів з підвищенням напруженості імпульсного електричного поля при електрообробці рідких і тек учи х продукті в підвищує е фективність електрообробки j підвищує продукти вність пристрою за рахунок збільшення протоку продукту через камеру при високому (потрібному) ступені електрообробки продуктів. Заявникам невідомі приклади конструктивного виконання камери, що є аналогічними (ідентичними) описаному у даному винаході. Описане виконання камери забезпечує підвищення продуктивності і ефективності електрообробки рідких і тек учи х продуктів за рахунок реалізації нових механізмів інактивуючої дії Імпульсів з підвищеною напруженістю електричного поля (близько 10 МВ/м і більше), що недосяжне для відомих пристроїв. Винахід ілюструється кресленням,на якому представлений варіант загального виду пристрою для електрообробки рідких І текучи х продуктів. Пристрій для обробки рідких і текучих продуктів містить камеру, що містить виконаний з ізолюючого матеріалу корпус, який складається, наприклад, з двох половин 11 2, виконані з струмопровідного матеріалу нижній 3, проміжний 4 і верхній 5 електроди. Проміжний електрод 4, що має, наприклад, один крізний отвір 6 в центральній його частині, розміщений (електрод) між нижнім З І верхнім 5 електродами. Нижній електрод 3, який має частину 7 поверхні, що вона протистоїть частині 8 поверхні проміжного електроду 4, виконаний (електрод 3), з отворами 9 для уводу в камеру електрооброблюваного продукту 10 Отвори 9 виконані в нижньому електроді 3 усередині камери в частинах 11 його поверхні, що вони не протистоять частині 8.повер хні проміжного електроду 4 Вер хній електрод 5, який має частину 12 його поверхні, що вона протистоїть частині 13 поверхні проміжного електроду 4, виконаний (електрод 5), з отворами 14 для виводу з камери епектрооброблюааного продукту 10 в частина х 15 його (електроду 5) повер хні, що вони не протистоять частині 13 поверхні проміжного електроду Вн утрі шня поверхня 16 половин 1,2 корпусу камери виконана так, що забезпечує зіткнення епектрооброблюваного продукту 10 не тільки з частинами 7 і 12 поверхонь нижнього 3 і верхнього 5 електродів, які протистоять частинам 8 і 13 поверхні проміжного електроду 4, але й з частинами 11 і 15 (тобто іншими частинами) поверхонь нижнього 3 і верхнього 5 електродів, які не протистоять частинам 8 і 13 поверхні проміжного електроду 4. До проміжного електроду 4 підключено високовольтний (потенційний) вивід 17 генератора 18 імпульсів високої напруги, а до нижнього 3 і верхнього 5 електродів підключено заземлений виеід 19 генератора 18 Половини 1 І 2 корпусу мають ущільнюючі кільцеві прокладки 20 і 21 відповідно. Отвори 9 в нижньому З І отвори 14 у верхньому 5 електродах відповідно для уводу в камеру і виводу з неї продукту складаються, наприклад, з осьового (аксіального) отвору, що переходить в декілька, наприклад, чотири, радіальних отворів усередині камери. Проміжний електрод А може виконуватись як з одним, так і з декількома отворами у центральній частині. Щоб не відбувалося викривлення електри чного поля , діаме тр кожного з ци х . отворів повинний бути мінімально припустимим, виходячи з в'язкості електрооброблюваного рідкого або текучого продукту та потрібної продуктивності. В залежності від продуктивності камери, що пропонується, і для більш однорідного розподілу електричного поля в камері кількість проміжних електродів може виражатися будь-яким непарним числом, починаючи з одиниці. При цьому проміжні електроди матимуть два варіанти виконання: з отворами в центральній частині і по перифері ї; в камері вони чер гуються , при чом у най ближчими до вер хньо го 5 і нижнього 3 елек тро ді в будуть проміжні електроди з отворами в цен тральній частині При використанні трьо х, п'я ти або більше проміжних елек троді в полегшуються умови роботи камери, по ліпшується (стає бі льш о днорідним) розподіл поля в ній при ді ї імп ульсі в напруги з амплітудами мега воль тно го діапазон у І форм уванні в ній поля з напр уженістю 10 МВ/м і більше при величина х проміжків між сусідніми електро дами камери приблизно (1 ...2) см. При використанні декількох проміжних електродів високовольтний (по тенційний) ви від 17 може бути підключений до будь-якого з ни х. а ле найбі льш однорідним поле в камері буде , коли ви від 17 буде пі дключений до середньо го проміжного електрода , між яким І верхнім , а також нижнім електродом зна ходи ться однакова кількість про 32453 міжних електродів на однаковій відстані між сусідніми електродами. Високовольтний (потенційний) вивід 17 генератора 18 імпульсів високої напруги може бути підключений до верхнього 5 (нижнього 3) електрода У цьому випадку проміжний електрод 4 (або проміжні електроди, якщо їх більше одного) до виводів генератора 18 не підклкучасться(-ються), а до нижнього 3 (верхнього 5) електрода підключається заземлений вивід 19. Пристрій для електрообробки рідких і текучих продуктів працює таким чином. Рідкий (текучий) продукт 10, що підлягає електрообробці, через отвори 9 (осьовий (аксіальний) отвір, що переходить в радіальні отвори в камері) нижнього електрода 3 уводиться в камеру. В ній цей продукт 10 уздовж внутрішньої поверхні 16 нижньої половини 2 корпусу обтікає частини 11 поверхні нижнього електрода 3, що вони не протистоять поверхні проміжного електрода А. надходить у простір між частинами 7 і 8 поверхонь електродів З і 4 відповідно, потім через отвір 6 проміжного електрода 4 надходить у простір між частинами 13 І 12, поверхонь електродів 4 І 5 відповідно, що вони протистоять одна одній і, обтікаючи верхній електрод 5, у тому числі частини 15 його поверхні, що вони не протистоять поверхні електрода 4, уздовж внутрішньої поверхні 16 верхньої половини 1 корпусу, через отвір 14 верхнього електрода виводиться з камери. Одночасно з подачею продукту 10 в камеру по виводах 17 і 19 від генератора 18 на проміжний електрод 4, нижній 3 і верхній 5 електроди надходять імпульси високої напруги ЦІ імпульси між частинами 7 і в, що вони протистоять одна одній, поверхонь відповідно електродів 3 і 4 І між частинами 12 і 13, що вони протистоять одна одній, поверхонь відповідно електродів 5 і 4 перетворюються на імпульси електричного поля високої напруженості і струму {провідності і зміщення), які, діючи на електрооброблюваний продукт 10, викликають в останньому кінцеві (результуючі) ефекти. До них можна віднести, наприклад, інактивацію мікроорганізмів в харчових продуктах для збільшення термінів їх зберігання зі збереженням їх вихідних якостей (властивостей), створення нових комплексних сполук (комплексів), знищення міхроводоростєй в оборотній воді і запобігання створенню накипу в теплообмінних апаратах та інш. При обробці Імпульсами електричного поля продукту, що протікає між частинами 7 і 8 та 12 і 13, що вони протистоять одні одним, поверхонь електродів 3, 4, 5 можливе виділення газів за рахунок часткового нагріву продукту, однак в камері, що виконана відповідно з винаходом, що пропонується, відсутні умови (відсутні застійні зони, відсутні завихрення, внутрішня поверхня корпусу 1, 2 винесена з зони електричного поля, небезпечної у відношенні розвитку небажаних електричних розрядів) для зпиття бульбох і налипання їх на електроди і внутрішню поверхню корпусу камери, і, відповідно, вони не можуть бути центрами ініціювання електричних пробоїв між електродами в камері, що дозволяє у винаході, що пропонується, значно збільшити напруженість Імпульсного електричного лоля під час обробки, а тому підви щити ефективність обробки з відповідним збільшенням продуктивності пристрою. При значному підвищенні нап руженості імпульсного електричного поля (10 МВ/м і більше) при обробці з'являється низка нових механізмів інактивуючої дії на мікроорганізми І на структур у продукту у цілому Напруженість електричного поля під час обробки відповідно даному винаходу обмежується крізною електричною міцністю електрооброблюваного продукту. Одночасно з дією імпульсного електричного поля виникають Інші фактори, що позитивно впливають на оброблювані продукти. До них можна віднести імпульсні струми високої інтенсивності (щільності), імпульсне магнітне попе, імпульсні перепади тиску, температури та інш. Особливо їді фактори, що впливають на властивості оброблюваного продукту, починають виявлятися зі значним підвищенням напруженості імпульсних електричних полів (до 10 МВ/м і більше). Таким чином, у даному винаході для електрообробки рідких і текучих продуктів за рахунок уведення проміжного електрода, з, принаймні, одним отвором у центральній його частині, за рахунок виконання внутрішньої поверхні корпусу камери з забезпеченням зіткнення електрооброблюваного продукту не тільки з частинами поверхонь нижнього і верхнього електродів, що вони (частини поверхонь) протистоять частинам поверхні проміжного електроду, але й з іншими частинами їх поверхонь, за рахунок виконання верхнього і нижнього електродів таким чином, що електрооброблюваний продукт вводиться в. принаймні, один отвір нижнього електрода, обтікає частини його поверхні, які не протистоять поверхні проміжного електрода, олинясться між частинами поверхонь, що вони протистоять одна ОД НІЙ , нижнього І проміжного електродів, де проходить часткову електрообробку, через, принаймні, один отвір, в центральній частині проміжного електроду уводиться між частинами поверхонь, що вони протистоять одна одній, проміжного і верхнього електродгв, де відбувається остаточна електрообробка, і, обтікаючи частини поверхні, що. вони не протистоять поверхні проміжного електрода, верхнього електрода, виводиться з камери, забезпечується істотне підвищення напруженості імпульсного електричного поля і, відповідно, підвищується ефективність і продуктивність пристрою. Отож, поставлена в основу винаходу задача вирішена. Одночасно з рішенням поставленої задачі зберігаються асі притаманні пристрою-прототипу переваги (інактивація мікроорганізмів в харчових продуктах при збереженні первісних властивостей, що мають сирі продукти, які не пройшли теплову обробку, та інш.) і у випадку, коли заземлений (низьковольтний) вивід генератора підключено до нижнього і верхнього електродів камери, забезпечується найбільша електробезпека пристрою, що пов'язана з усуненням виносу високого потенціалу по трубопроводах з рідким або текучим продуктом. У цьому випадку, на відміну від пристрою-прототипу, де один з електродів (верхній або нижній) знаходиться під високим потенціалом відносно заземлених частин пристрою, у винаході, що пропонується, обидва (верхній і нижній) електроди, до яких підключаються трубопроводи для уводу в камеру і виводу з не? електрооброблювзного продукту, з'єднані електричне накоротко і заземлені. Таким чином, у даному винаході забезпечується вирішення поставленої задачі. 32453 5 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122} 2-57-03