Устройство для обработки жидких сред излучением

 

Использование: обработка жидких сред, соков, молока, сахарных растворов излучением, например ультрафиолетовым. Сущность изобретения: устройство для обработки жидких сред излучением содержит корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса вертикально установлены распределительная труба с отверстиями, тарелка, формирователь толщины жидкости и приспособление для перемешивания жидкости. Распределительная труба и приспособление для перемешивания жидкости выполнены в виде полого вала с лопастями на его конце. Формирователь толщины слоя жидкости выполнен в виде двух дисков, установленных соосно с возможностью регулирования зазора между ними. Нижний диск выполнен за одно целое с полым валом в виде продолжения его лопастей. Верхний диск выполнен из кварцевого стекла, а над ним размещена камера с источником излучения. Площадь основания камеры сопоставима с площадью верхнего диска. Между дисками установлены шайбы заданной толщины. Корпус состоит из двух частей. Верхняя часть установлена с возможностью вращения, а нижняя - неподвижна. Распределительная тарелка выполнена в виде крыльчатки с криволинейными лопастями и установлена неподвижно на нижней части корпуса. Средство для охлаждения источника излучения выполнено в виде вентилятора, установленного на полом валу под камерой с источником излучения. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к стерилизации жидких пищевых сред ультрафиолетовым, видимым и инфракрасным излучением, и может быть использовано для обработки соков, молока, сахарных растворов, а также воды в ряде пищевых производств. Наиболее предпочтительным является использование изобретения для ультрафиолетового облучения молока с целью его обеззараживания от вредной микрофлоры.

В основу изобретения положена задача создания промышленной установки стерилизации молока, обеспечивающей высокие качество и производительность обработки относительно простыми техническими средствами.

Известные технические решения не сочетают в себе одновременно перечисленных качеств.

Известно устройство для обработки жидкостей (преимущественно молока) излучением, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода жидкости и инертных газов, распределительную трубу и источник излучения, размещенные внутри конуса, имеющего на внутренней стороне выступы полусферической формы [1] Путем изменения количества выступов в разных вертикальных сечениях конуса в известном устройстве можно изменять фактическое сечение потока молока и тем самым устанавливать требуемую толщину слоя, что в свою очередь обеспечивает более равномерное облучение жидкости по всей рабочей поверхности.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность обработки жидкости, обусловленная тем, что источник излучения размещен внутри конуса, и в процессе обработки не исключена возможность его загрязнения брызгами и пеной обрабатываемой жидкости. А поскольку некоторые жидкости, например молоко, являются продуктом, плохо пропускающим излучение, то очевидно, что при значительном загрязнении имеет место потеря части излучения и, как следствие, снижение качества обработки, поскольку жидкость не получает необходимой дозы облучения. Для восстановления излучательных свойств необходим демонтаж устройства излучения, что приводит к временным потерям и, следовательно, к снижению производительности устройства.

Кроме того, для установления требуемых толщин облучаемого слоя обрабатываемой жидкости в зависимости от степени ее загрязнения необходимы сменные конусы с разным количеством выступов, что усложняет устройство, делает его материалоемким. Использование инертных газов в процессе работы устройства требует подключения его к соответствующим магистралям, что ограничивает эксплуатационные возможности устройства.

Известна установка для ультрафиолетового облучения жидкостей, преимущественно молока, состоящая из корпуса с вертикально установленной оребренной рабочей поверхностью, лотками распределителями для жидкости и источников излучения, расположенных с каждой стороны вдоль рабочей поверхности [2] В известном устройстве для создания равномерной толщины слоя и турбулентного движения обрабатываемой жидкости выступы и впадины оребренной рабочей поверхности в поперечном сечении имеют форму равнобедренной трапеции с углом впадин 40-80^о, а каждый лоток-распределитель снабжен пленкообразователем с отверстиями, дно которого установлено над оребренной рабочей поверхностью параллельно ее верхнему выступу с образованием щели.

Известная установка имеет несколько лучшие результаты в сравнении с вышеописанным устройством в отношении эффективности обеззараживания, поскольку обрабатываемая жидкость самотеком, только под действием силы тяжести, поступает из бака по молокопроводу в лотки-распределители, в пленкообразователи, а из них на оребренную поверхность, откуда тонким слоем, облучаясь бактерицидными лампами, стекает в приемный лоток. Тем самым исключаются вспенивание и разбрызгивание жидкости, имеющие место в предыдущем устройстве и приводящие к негативным последствиям.

Однако эксплуатационные возможности известной установки ограничены вследствие того, что она применима лишь для обработки жидкостей с постоянными физическими свойствами, например с одинаковой степенью загрязнения, что является ее недостатком. Это объясняется тем, что толщина слоя облучаемой жидкости определяется зазором между дном пленкообразователя и верхней поверхностью выступа оребренной рабочей поверхности. Причем зазор этот постоянен, поскольку в конструкции известного устройства не предусмотрено средств регулирования высоты этого зазора и, следовательно, толщины слоя.

Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для обработки жидких пищевых сред в пленке ультрафиолетовыми лучами [3] Названное устройство выбрано прототипом заявляемого технического решения как совпадающее с ним по максимальному количеству признаков.

Устройство-прототип состоит из вертикального корпуса с патрубками для подачи и отвода обрабатываемой жидкости и инертных газов, внутри которого установлены распределительная труба с отверстиями и соосно смонтированный ротор, на внутренних стенках которого размещены приспособления для перемешивания жидкости, установленные в несколько рядов со смещением каждого последующего ряда относительно предыдущего. Ротор образован двумя цилиндрическими камерами разного диаметра, соединенными между собой переходным конусом. На нижних краях цилиндрических камер установлены съемные кольца для формирования и регулирования толщины пленки жидкости. Распределительная трубка жестко связана с ротором, имеет выходные отверстия в стенке, расположенные в два ряда по высоте, и снабжена распределительной тарелкой для подачи жидкости в верхнюю камеру и переходными трубами, сообщающими полость распределительной трубы с полостью нижней камеры. В местах соединения переходных труб с нижней камерой установлены отражатели. В распределительной трубе установлен полый поршень, стенка которого в нижней части имеет отверстие для поочередного совмещения с двухрядными отверстиями распределительной трубы. Источник излучения установлен внутри ротора, образованного камерами. В днище корпуса предусмотрена дополнительная камера с подвижной подпружиненной крышкой для размещения источника излучения в его крайнем положении на время санитарной обработки устройства и проведения ремонтных работ.

Достоинство устройства-прототипа заключается в возможности обработки жидкости с различными физическими показателями (вязкостью и цветностью) и различной степенью зараженности микроорганизмами, что конструктивно обеспечивается наличием двух камер, слабоокрашенный продукт с небольшим количеством микроорганизмов, нуждающийся в минимальной обработке, дезинфицируется в нижней камере, а сильно зараженная и (или) интенсивно окрашенная жидкость сначала обрабатывается в верхней камере (предварительная обработка), а затем в нижней (окончательная обработка).

Однако, несмотря на отмеченное достоинство, устройству-прототипу присущ существенный недостаток, заключающийся в низкой эффективности обработки, обусловленный тем, что источник излучения размещен в полости камер, образующих ротор. При этом имеет место загрязнение источника со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями, снижение качества обработки из-за потери части излучения и ухудшения излучательных свойств, уменьшение производительности из-за необходимости отмывки источника излучения, связанной с временными потерями. Кроме того, регулировка толщины слоя осуществляется установкой съемных колец различной ширины, что требует довольно трудоемкой разборки и последующей сборки устройства, увеличивающих непроизводительные потери времени.

К недостаткам следует отнести и сложность конструкции наличие двух камер с переходным конусом, распределительной трубы с множеством отверстий, переходных труб, отражателей, распределительной тарелки, полого поршня, приспособлений для перемешивания жидкости и др.

Очевидна трудоемкость изготовления устройства. Особенно сложным является выполнение на внутренних поверхностях камер приспособлений для перемешивания жидкости, которые представляют собой лопатки с пальцами, установленные под углом 45^о к оси устройства, причем при изготовлении необходимо выполнить условие: в каждом ряду лопатки должны быть смещены относительно лопаток предыдущего ряда на половину шага и развернуты относительно на 90^о. Отсюда сложность в изготовлении устройства.

Использование инертного газа для охлаждения источника излучения и защиты обрабатываемой жидкости от окисления усугубляет отмеченный недостаток, поскольку требует средств подключения устройства к магистрали подачи инертного газа.

Таким образом, совокупность вышеперечисленных недостатков известных технических решений обусловливает низкую эффективность обработки жидкости.

Задачей изобретения является устранение отмеченного недостатка, а именно получение суммарного технического результата, заключающегося в повышении эффективности обработки жидкости за счет исключения загрязнения источника излучения, повышение производительности за счет сокращения временных потерь на очистку источника излучения и упрощение конструкции устройства.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для обработки жидких пищевых сред излучением, содержащем корпус с входным и выходным патрубками для подачи и отвода обрабатываемой жидкости, внутри которого вертикально установлены распределительная труба с отверстиями, распределительная тарелка, формирователь толщины слоя жидкости и приспособления для перемешивания жидкости, а также камеру с источником излучения и средство для его охлаждения, согласно изобретению распределительная труба и приспособления для перемешивания жидкости выполнены в виде полого вала с лопастями на его конце, формирователь толщины слоя жидкости выполнен в виде двух дисков, установленных соосно с возможностью регулирования зазора между ними, причем нижний диск выполнен за одно целое с полым валом в виде продолжения лопастей, верхний диск выполнен из кварцевого стекла, а над ним размещена камера с источником излучения, при этом площадь основания камеры сопоставима с площадью верхнего диска. Кроме того, между дисками формирователя толщины слоя установлены шайбы заданной толщины; корпус устройства состоит из двух частей, верхней, установленной с возможностью вращения, и нижней неподвижной; распределительная тарелка выполнена в виде крыльчатки с криволинейными лопастями и установлена неподвижно на нижней неподвижной части корпуса с зазором относительно верхней подвижной части корпуса, причем вогнутые поверхности лопастей ориентированы в направлении, противоположном направлению вращения верхней части корпуса; средство охлаждения источника излучения выполнено в виде вентилятора, установленного на валу под камерой с источником излучения.

Такое выполнение функциональных узлов (распределительной трубы, приспособлений для перемешивания жидкости и формирователя толщины слоя жидкости) и их компоновка в конструкции устройства позволит вынести камеру с источником излучения из непосредственной зоны обработки и тем самым полностью исключить возможность загрязнения источника излучения и связанные с ним (загрязнением) вышеотмеченные отрицательные факторы, снижающие эффективность обработки жидкости и производительность работы устройства. При очевидной простоте устройства в нем обеспечивается возможность обработки в слое гарантированной толщины жидкостей с разными физическими свойствами.

Действительно, в отличие от устройства-прототипа, где толщина слоя регулируется установкой съемных колец, что связано с демонтажом устройства, в предложенном техническом решении эта процедура предельно упрощена и сведена лишь к смене шайб между дисками, что менее трудоемко и более доступно. Благодаря тому, что площадь основания камеры с источником излучения сопоставима с площадью верхнего диска, в предлагаемом устройстве осуществляется обработка всей жидкости, находящейся в зазоре, толщина которого гарантирована (погрешность определяется технологическими допусками на изготовление дисков и шайб между ними, задающих толщину (высоту) зазора). Разделение источника излучения и обрабатываемой жидкости по разным изолированным объемам позволило исключить необходимость использования инертных газов в процессе работы устройства и тем самым упростить конструкцию устройства и удешевить ее эксплуатацию.

На фиг.1 схематично показано устройство для обработки жидких сред излучением; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1.

Устройство содержит корпус, состоящий из двух частей верхней 1, установленной с возможностью вращения, и нижней неподвижной 2 с входным 3 и выходным 4 патрубками для подачи и отвода обрабатываемой жидкости соответственно, выполненными в нижней неподвижной части 2 корпуса. Внутри корпуса размещены распределительная труба и приспособления для перемешивания жидкости, выполненные в виде полого вала 6 с отверстиями 7, 8 и с лопастями 5 на его конце. Отверстия 8 выполнены соосно с входным патрубком 3 и служат для пропускания обрабатываемой жидкости из входного патрубка 3 в полость вала 6, а отверстия 7 для пропускания жидкости из полости вала 6 на лопасти 5.

Устройство содержит также формирователь толщины слоя жидкости, выполненный в виде двух дисков верхнего 9 и нижнего 10, установленных соосно с возможностью регулирования зазора между ними. Причем нижний диск 10 выполнен за одно целое с полым валом 6 в виде продолжения лопастей 5. Верхний диск 9 выполнен из кварцевого стекла. Между дисками 9, 10 установлены металлические шайбы центральная 11 и периферийные 12, служащие для задания высоты зазора 18 между дисками 9 и 10 путем изменения их толщины, которая выбирается равной длине поглощения излучения обрабатываемой жидкостью, которая (длина) в свою очередь определяется физическими параметрами жидкости (вязкостью, степенью загрязненности и др.). В рассматриваемом примере реализации для стерилизации молока с различной степенью загрязненности предусмотрен набор сменных шайб с толщинами 0,3, 0,4 и 0,5 мм.

Диски 9, 10 и периферийные шайбы 12 между ними скреплены посредством фланца 13 и болтов 14. В свою очередь, фланец 13 жестко соединен с верхней частью 1 корпуса при помощи прижимного 15 и уплотнительного 16 колец. В полости, ограниченной верхней частью 1 корпуса и нижним диском 10, размещена распределительная тарелка, выполненная в виде крыльчатки 17 с криволинейными лопастями. Распределительная тарелка установлена неподвижно на нижней неподвижной части 2 корпуса с зазором относительно верхней подвижной части 1 корпуса. Лопасти служат для отвода обработанной жидкости из полости между подвижной 1 частью корпуса и диском 10 в полость между неподвижной частью корпуса 2 и полым валом 6, затем через выходной патрубок 4 в молокосборник (не показан). Вогнутые поверхности лопастей распределительной тарелки ориентированы в направлении, противоположном направлению вращения верхней части корпуса или, другими словами, ориентированы навстречу движению жидкости. Криволинейность лопастей крыльчатки 17 обеспечивает преобразование тангенциальной скорости, сообщенной верхней частью корпуса обрабатываемой жидкости, в радиальную и увеличение центростремительного ускорения обработанной жидкости, попадающей на крыльчатку 17, и интенсивный отвод ее к патрубку 4 через полость между неподвижной частью 2 корпуса и полым валом 6.

Подвижная 1 и неподвижная 2 части корпуса связаны между собой посредством шарикоподшипника 19 с уплотнительными кольцами (не показаны). Между неподвижной частью 2 корпуса и полым валом 6, ниже и выше входного патрубка 3 также установлены шарикоподшипники 20, 21 с уплотнителями для обеспечения беспрепятственного вращения полого вала 6, связанного с электродвигателем вращения (не показан). Над верхним диском 9 размещена камера 22 с источником излучения, в качестве которого применены лампы 23 с отражателями. Количество ламп диктуется экспозицией облучения всей поверхности зазора между дисками 9, 10. В рассматриваемом примере реализации применены три ртутные лампы высокого давления ДРТ-1000. В основании камеры 22 установлено кварцевое стекло 24, изолирующее объем источника излучения. Площадь основания камеры 22 сопоставима с площадью верхнего дика 10. На полом валу 6 установлен вентилятор 25, служащий средством охлаждения источника излучения. Он создает поток воздуха, охлаждающий поверхность кварцевого стекла 24 и обеспечивающий тем самым оптимальный тепловой режим ламп 23. Также он прижимает шайбу 11, определяющую величину зазора между дисками 9 и 10 совместно с периферийными шайбами 12.

Работа устройства происходит следующим образом.

Обрабатываемая жидкость под давлением поступает из магистрали подачи (не показана) через входной патрубок 3 и отверстия 8 в полость вращающегося от электродвигателя вала 6, поднимается по ней и через отверстие 7 попадает на лопасти 5, посредством которых происходит ее интенсивное перемешивание. Приобретая высокую скорость вращения, жидкость с лопастей 5 поступает в зазор 18 между дисками 9 и 10 формирователя толщины слоя жидкости. Зазор 18 заранее откалиброван установкой шайб 11, 12, размеры которых (толщина) соответствуют длине поглощения излучения обрабатываемой жидкостью. В зазоре 18 формируется слой обрабатываемой жидкости, который по всей толщине и площади подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей, генерируемых лампами 23. Под действием центробежных сил, обусловленных высокой скоростью вращения, обработанная жидкость из зазора 18 попадает в полость, ограниченную вертикальной стенкой подвижной части 1 корпуса и боковой поверхностью диска 10. Часть отработанной жидкости оказывается на крыльчатке 17 с криволинейными лопастями, где она приобретает центростремительное ускорение. По этим лопастям обработанная жидкость с высокой скоростью отводится в полость между неподвижной частью корпуса 3 и валом 6, а затем через патрубок 4 в сборник обработанной жидкости.

При обработке жидкости с другими физическими параметрами в формирователе толщины слоя жидкости осуществляют замену шайб 11, 12, для чего снимают прижимное 15 и уплотнительные 16 кольца, отвинчивают болты 14, снимают фланец 13, диск 9 устанавливают вместо имеющихся шайб 11, 12 требуемой толщины, после чего в обратном порядке осуществляют сборку названного формирователя.

Таким образом, конструкция устройства обеспечивает точное задание толщины слоя обрабатываемой жидкости, который по всей площади подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей источника, вынесенного из непосредственной зоны обработки, что исключает его загрязнение и необходимость последующей отмывки.

В этом состоят технические преимущества предложенного устройства перед устройством-прототипом.

Наряду с такими положительными качествами, как высокие эффективность обработки и производительность, простота конструкции, установка обладает способностью к самоочищению, не присущей известным техническим решениям. Самоочищение заключается в том, что сгустки жира, образующиеся при перекачке некоторых типов жидкости по трубопроводам и опасные тем, что могли бы забивать зазор, интенсивно из него выдавливаются. Этому способствует то, что в местах заполнения жира при скорости вращения 3000 об/мин развивается высокое центробежное давление (около 40 атм), "проталкивающее" сгустки из зазора.

Использование установки позволяет получить экономию за счет повышения качества обработки.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД ИЗЛУЧЕНИЕМ, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого вертикально установлены распределительная труба с отверстиями, распределительная тарелка, формирователь толщины слоя жидкости и приспособления для перемешивания жидкости, а также камеру с источником излучения и средство для его охлаждения, отличающееся тем, что распределительная труба и приспособления для перемешивания жидкости выполнены в виде полого вала с лопастями на его конце, формирователь толщины слоя жидкости выполнен в виде двух дисков, установленных соосно с возможностью регулирования зазора между ними, причем нижний диск выполнен за одно целое с полым валом в виде продолжения его лопастей, верхний диск выполнен из кварцевого стекла, а над ним размещена камера с источником излучения, при этом площадь основания камеры сопоставима с площадью верхнего диска.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между дисками формирователя толщины слоя установлены шайбы заданной толщины.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его корпус состоит из двух частей - верхней, установленной с возможностью вращения, и нижней неподвижной.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительная тарелка выполнена в виде крыльчатки с криволинейными лопастями и установлена неподвижно на нижней неподвижной части корпуса с зазором относительно верхней подвижной части корпуса, причем вогнутые поверхности лопастей ориентированы в направлении, противоположном направлению вращения верхней части корпуса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство охлаждения источника излучения выполнено в виде вентилятора, установленного на полом валу под камерой с источником излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3