Устройство для обработки жидкости излучением в тонком слое

 

Использование: инфракрасная или ультрафиолетовая обработка жидкостей в тонком слое, например молока, вина, соков. Сущность изобретения: устройство для обработки жидкости в тонком слое содержит вертикальную цилиндрическую камеру облучения 2 и установленную с зазором относительно нее приемную камеру 1. В кольцевом зазоре между камерой облучения и приемной камерой соосно камере облучения неподвижно установлены направляющие 4. Направляющие имеют форму цилиндра или его частей. Нижние кромки направляющих не касаются дна приемной камеры. Приемная камера снабжена дополнительными патрубками постоянного или сужающегося сечения. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для инфракрасной, ультрафиолетовой и других видов лучистой обработки жидкостей в тонком слое и может быть использовано, например, для пастеризации молока, вина, соков и других напитков агропромышленного производства.

Известно устройство для облучения жидкости ультрафиолетовыми лучами (а. с. N 1750621, кл. А 23 L, 3/28, 1992), содержащее корпус с размещенной внутри него камерой облучения и патрубками для подвода и отвода жидкости, а также источник облучения и узел смешения и закручивания обрабатываемой жидкости с помощью падающих жидкость коаксиальных труб с прорезями и изогнутых лопаток, служащих для образования на внутренней поверхности камеры облучения тонкой пленки жидкости, которая стекая вниз, подвергается УФ-облучению. Недостатком данного устройства является то, что его конструкция не позволяет получать и поддерживать в процессе работы равномерную по толщине сплошную пленку обрабатываемой жидкости, так как при попадании первоначально закрученного направленными прорезями потока жидкости в каналы между изогнутыми лопатками, меняющими направление его закрутки на противоположное, весь поток разделяется этими каналами на отдельные самостоятельные струи, которые при стекании на внутреннюю поверхность камеры облучения налагаются друг на друга и образуют волнообразный, по поперечному сечению, профиль пленки, сильно снижая равномерность, а следовательно, и качество обработки жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для обработки жидкости излучением в тонком слое (а.с. N 799704, A 23 L, 3/23, 1981), состоящее из вертикальной цилиндрической камеры облучения с источником излучения внутри нее, патрубка для тангенциального ввода жидкости в приемную камеру, установленную соосно камере облучения. В кольцевом зазоре между стенками приемной камеры и камеры облучения установлен приводимый во вращательное движение потоком жидкости поплавковый распределитель с элементами для образования тонкой пленки на внутренней поверхности камеры облучения.

Недостатком данного устройства является существенное снижение надежности его работы при резком увеличении расхода обрабатываемой жидкости, так как при этом происходит выброс поплавкового распределителя из цилиндра камеры облучения, что приводит к его остановке и последующему разрушению пленки. Кроме того, рабочие элементы поплавкового распределителя при его нормальной работе, взаимодействуя с потоком жидкости, создают волнообразный профиль пленки, что является причиной неоднородности ее обработки и, как следствие, снижения качества готового продукта.

Целью изобретения является повышение надежности в работе и улучшение качества обработки жидкости путем создания и подачи на внутреннюю поверхность камеры облучения более равномерной по толщине сплошной тонкой пленки жидкости без использования подвижных элементов конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что для формирования сплошной равномерной пленки жидкости на внутренней поверхности камеры облучения путем ее подачи из проточной приемной камеры, в последней установлена одна или несколько неподвижно закрепленных гладких направляющих, имеющих форму образующей цилиндра или ее частей, соосных с камерой облучения, и их нижние кромки не касаются дна приемной камеры, а для ввода жидкости в приемную камеру используется один или несколько патрубков, выполненных с постоянными или переменными сужающимися сечениями.

На фиг. 1 показан пример конструктивного решения предлагаемого устройства; на фиг.2 размещения патрубков для ввода жидкости в приемную камеру; на фиг.3 диаграмма стабилизации профиля закрученного потока жидкости.

Устройство содержит приемную камеру 1, камеру облучения 2, источник излучения 3, неподвижно закрепленный направляющий элемент 4, патрубок 5 для ввода обрабатываемой жидкости, патрубок 6 для вывода жидкости после обработки.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость, подлежащая обработке, с помощью патрубка 5 подается с тангенциальным ускорением в приемную камеру 1, где производится сильная начальная закрутка потока относительно центральной оси камеры облучения 2. Закрученный поток, переливаясь через верхнюю переливную кромку камеры облучения, под действием сил инерции сохраняет свое вращательное движение и внутри нее. Благодаря этому, при стекании жидкости вниз через зону облучения она центробежными силами прижимается к внутренней стенке цилиндра, как бы размазываясь по ней и трансформируясь в сплошную тонкую пленку. При этом облучение жидкости от источника излучения 3 может быть тепловым, например инфракрасным, а однородность толщины пленки жидкости по поперечному сечению, определяющая равномерность и качество ее обработки, зависят от равномерности ее подачи по периметру верхней переливной кромки цилиндра камеры облучения, которая в свою очередь, зависит от скорости закрутки потока. Чем больше скорость закрутки, тем более неравномерна подача жидкости через переливную кромку, так как с увеличением скорости жидкости при ее переливе через стенку образуется волна в месте перелива ядра струи. Это приводит к образованию мест гидродинамической тени не смачиваемых жидкостью, котоpые быстро перегреваются излучением и, при последующем попадании на них новой волны продукта, последний пригорает к перегретой поверхности, что является причиной резкого снижения качества готового продукта. С другой стороны, чем больше скорость первоначальной закрутки потока жидкости в приемной камере, тем выше скорость ее вращения внутри цилиндра камеры облучения и тем более устойчива неразрывность пленки по высоте стекания. Поэтому для сохранения высокой скорости первоначальной закрутки потока, которая достигается путем тангенциального ввода жидкости в приемную камеру через один или несколько патрубков 5 (фиг. 2) с постоянными или переменными сужающимися сечениями, имеющими форму, например, конуса или сопла, в закрученный поток устанавливается неподвижно закрепленная гладкая направляющая, плохо смачиваемая обрабатываемой жидкостью, и имеющая форму образующей одного или нескольких цилиндров или ее частей, в поперечном разрезе представляющая собой (фиг.2) одну или несколько концентрических окружностей (а), либо спираль (б). При этом направляющая устанавливается сверху вниз, не касаясь дна приемной камеры. Это дает возможность не разделяя основной поток жидкости на несколько самостоятельных потоков, стабилизировать неравномерность его возмущения (фиг.3) путем многократных лабиринтных переходов при сохранении начального импульса скорости закрутки, так как поверхности неподвижно закрепленной направляющей специально обработаны с целью снижения трения с движущимся потоком жидкости. При этом положительный эффект достигается в основном за счет использования энергии отраженных поверхностных волн, образующихся при встрече закрученного потока жидкости с неподвижной направляющей, наложение которых на набегающую струю стабилизирует ее профиль за счет равномерного распределения ядра струи по периметру переливной кромки, сохраняя общую скорость закрутки потока, которая определяется массовым расходом жидкости и величиной кольцевого зазора между камерами приемной и облучения. Затем обработанная в камере 2 жидкость через патрубок 6 отводится из устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ ИЗЛУЧЕНИЕМ В ТОНКОМ СЛОЕ, содержащее вертикальную цилиндрическую камеру облучения с источником излучения и патрубком для вывода обработанной жидкости, а также приемную камеру с тангенциальным патрубком ввода жидкости, установленную с зазором относительно камеры облучения, отличающееся тем, что в кольцевом зазоре между камерой облучения и приемной камерой соосно с камерой облучения неподвижно установлены одна или несколько направляющих, имеющих форму цилиндра или его частей, причем их нижние кромки не касаются дна приемной камеры, а приемная камера снабжена одним или несколькими патрубками постоянного или сужающегося сечения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3